感应加热电源控制方法与流程

1.本发明属于感应加热技术领域，具体涉及一种感应加热电源控制方法。


背景技术：

2.隧道式感应加热电源调功多采用逆变电流闭环或逆变电压闭环，负载功率等于逆变电流的平方乘以负载反射电阻，或等于逆变电压的平方除以负载反射电阻。
3.感应线圈由空载至满载或满载至空载的过程中，逆变电流给定，逆变电压给定不变的情况下，随着感应线圈工件占比变多，负载反射电阻的变化并不线性，和工件占比是指数关系，导致工件占比较少时，负载功率比工件实际需要的功率大，造成工件端部温度过高。工件整体温度一致性较差，后续需要消耗较多的时间及能耗进行匀温。
4.因此，需要设计一种保证工件整体温度的一致性，消除工件端头温度过高的缺陷的感应加热电源控制方法来解决目前所面临的技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种保证工件整体温度的一致性，消除工件端头温度过高的缺陷的感应加热电源控制方法。
6.本发明的技术方案为：感应加热电源控制方法，包括以下步骤：
7.采集电源直流电压值ud及直流电流值id，采集电源逆变交流电流值i
inv
及逆变角度反馈；
8.将逆变给定角度和逆变角度反馈的差值作为锁相闭环pi调节器的输入，构成锁相环，使电源逆变工作频率始终跟踪负载固有谐振频率；
9.保持逆变电流不变，在感应加热装置内部空载及满载状态下，根据直流电压值ud、直流电流值id及逆变交流电流值i
inv
，分别计算出空载反射电阻re及满载反射电阻rf；
10.根据实时反射电阻rr、空载反射电阻re及满载反射电阻rf计算出工件占比coff；
11.根据感应线圈的给定电流值ig及工件占比coff计算出实际给定电流ir；
12.将实际给定电流ir和逆变交流电流值i
inv
的差值作为调功闭环pi调节器的输入，由调功闭环pi调节器计算输出比例并调制为后级驱动脉冲。
13.所述实时反射电阻
14.所述工件占比
15.所述给定电流值ir＝coff
×
ig。
16.所述直流电压值ud通过直流电压传感器获取，所述直流电流值id通过直流电流传感器获取，逆变交流电流值i
inv
通过交流互感器获取，所述逆变角度反馈通过交流互感器配合鉴相电路获取。
17.利用信号处理单元的模拟量转换模块采集直流电压传感器、直流电流传感器及交
流互感器输出的模拟量信号，利用信号处理单元的脉冲检测模块采集鉴相电路的脉冲信号。
18.所述信号处理单元上连接有逻辑控制单元，经过信号处理单元调制后的脉冲发送至所述逻辑控制单元，通过所述逻辑控制单元将驱动脉冲发送至逆变器，对逆变器输出的电流及频率进行控制。
19.所述信号处理单元为dsp信号处理芯片，逻辑控制单元为fpga逻辑控制器。
20.本发明的有益效果：
21.(1)本发明中，通过锁相闭环pi调节器设置逆变给定角度和获取逆变角度反馈构成锁相环，锁相环在感应线圈空载、满载、工件温度变化、进出料等情况下造成的负载频率变化时，能够使电源工作频率始终跟踪负载固有谐振频率，电源始终在软开关工作状态，谐振回路只有有功功率，没有无功功率，更节能。
22.(2)由于负载工作在谐振状态，负载只有有功功率，负载功率等于直流功率，可将整流后的直流电压值、直流电流值计算得出的直流功率作为负载功率，进而通过逆变交流电流值计算出反射电阻，利用标定的空载反射电阻及满载反射电阻，按照线性或指数关系标定负载反射电阻的变化范围，再由实时反射电阻和标定值对比，计算目前进入工件占比，按比例调节给定电流，实现工件进出感应器时，负载功率的自动调节，保证工件整体温度的一致性，消除工件端头温度过高的缺陷。
附图说明
23.图1为本发明中感应加热电源的原理框图。
具体实施方式
24.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本发明可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本发明透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本发明的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
25.本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
26.本发明实施例中所涉及的感应加热炉采用ac380v供电，经整流电路输出直流电后，通过逆变电路输出交流电向感应线圈供电。
27.如图1所示，感应加热电源控制方法，包括以下步骤：
28.采集电源直流电压值ud及直流电流值id，采集电源逆变交流电流值i
inv
及逆变角度反馈；
29.将逆变给定角度和逆变角度反馈的差值作为锁相闭环pi调节器的输入，构成锁相
环，使电源逆变工作频率始终跟踪负载固有谐振频率；
30.保持逆变电流不变，在感应加热装置内部空载及满载状态下，根据直流电压值ud、直流电流值id及逆变交流电流值i
inv
，分别计算出空载反射电阻re及满载反射电阻rf；
31.根据实时反射电阻rr、空载反射电阻re及满载反射电阻rf计算出工件占比coff；
32.根据感应线圈的给定电流值ig及工件占比coff计算出实际给定电流ir；
33.将实际给定电流ir和逆变交流电流值i
inv
的差值作为调功闭环pi调节器的输入，由调功闭环pi调节器计算输出比例并调制为后级驱动脉冲。
34.在上述实施例中，通过锁相闭环pi调节器设置逆变给定角度和获取逆变角度反馈构成锁相环，锁相环在感应线圈空载、满载、工件温度变化、进出料等情况下造成的负载频率变化时，能够使电源工作频率始终跟踪负载固有谐振频率，电源始终在软开关工作状态，谐振回路只有有功功率，没有无功功率，更节能。由于负载工作在谐振状态，负载只有有功功率，负载功率等于直流功率，可将整流后的直流电压值、直流电流值计算得出的直流功率作为负载功率，进而通过逆变交流电流值计算出反射电阻，利用标定的空载反射电阻及满载反射电阻，按照线性或指数关系标定负载反射电阻的变化范围，再由实时反射电阻和标定值对比，计算目前进入工件占比，按比例调节给定电流，实现工件进出感应器时，负载功率的自动调节，保证工件整体温度的一致性，消除工件端头温度过高的缺陷。
35.作为空载反射电阻具体的一种计算方式，所述实时反射电阻在标定时可根据实时反射电阻rr的计算方式，在感应线圈内部空载的情况下及满载的情况下分别计算出空载反射电阻re及满载反射电阻rf。
36.作为工件占比具体的一种计算方式，根据计算得出空载反射电阻re及满载反射电阻rf，结合实时反射电阻rr能够进一步的能够计算出工件占比
37.作为给定电流值具体的一种计算方式，所述给定电流值ir＝coff
×
ig。
38.在一些实施例中，所述直流电压值ud通过直流电压传感器获取，所述直流电流值id通过直流电流传感器获取，逆变交流电流值i
inv
通过交流互感器获取，所述逆变角度反馈通过交流互感器配合鉴相电路获取；直流电压传感器、直流电流传感器、交流互感器上均连接有方法电路，用于放大对应的电流或电压信号。
39.在一些实施例中，利用信号处理单元的模拟量转换模块采集直流电压传感器、直流电流传感器及交流互感器输出的模拟量信号，利用信号处理单元的脉冲检测模块采集鉴相电路的脉冲信号；信号处理单元将直流电压、直流电流、逆变电流进行模数转换为数字信号，计算直流功率等于直流电压乘直流电流，逆变进行模数转换和鉴相后，得到实时逆变电流和逆变相位。
40.在一些实施例中，所述信号处理单元上连接有逻辑控制单元，经过信号处理单元调制后的脉冲发送至所述逻辑控制单元，通过所述逻辑控制单元将驱动脉冲发送至逆变器，对逆变器输出的电流及频率进行控制。
41.在一些实施例中，所述信号处理单元为dsp信号处理芯片，逻辑控制单元为fpga逻辑控制器。
42.至此，已经详细描述了本发明的各实施例。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述
本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种感应加热电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采集电源直流电压值u
d
及直流电流值i
d
，采集电源逆变交流电流值i
inv
及逆变角度反馈；将逆变给定角度和逆变角度反馈的差值作为锁相闭环pi调节器的输入，构成锁相环，使电源逆变工作频率始终跟踪负载固有谐振频率；保持逆变电流不变，在感应加热装置内部空载及满载状态下，根据直流电压值u
d
、直流电流值i
d
及逆变交流电流值i
inv
，分别计算出空载反射电阻r
e
及满载反射电阻r
f
；根据实时反射电阻r
r
、空载反射电阻r
e
及满载反射电阻r
f
计算出工件占比coff；根据感应线圈的给定电流值i
g
及工件占比coff计算出实际给定电流ir；将实际给定电流ir和逆变交流电流值i
inv
的差值作为调功闭环pi调节器的输入，由调功闭环pi调节器计算输出比例并调制为后级驱动脉冲。2.根据权利要求1所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：所述实时反射电阻3.根据权利要求1所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：所述工件占比4.根据权利要求1所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：所述给定电流值i
r
＝coff
×
i
g
。5.根据权利要求1所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：所述直流电压值u
d
通过直流电压传感器获取，所述直流电流值i
d
通过直流电流传感器获取，逆变交流电流值i
inv
通过交流互感器获取，所述逆变角度反馈通过交流互感器配合鉴相电路获取。6.根据权利要求5所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：利用信号处理单元的模拟量转换模块采集直流电压传感器、直流电流传感器及交流互感器输出的模拟量信号，利用信号处理单元的脉冲检测模块采集鉴相电路的脉冲信号。7.根据权利要求6所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：所述信号处理单元上连接有逻辑控制单元，经过信号处理单元调制后的脉冲发送至所述逻辑控制单元，通过所述逻辑控制单元将驱动脉冲发送至逆变器，对逆变器输出的电流及频率进行控制。8.根据权利要求6所述的感应加热电源控制方法，其特征在于：所述信号处理单元为dsp信号处理芯片，逻辑控制单元为fpga逻辑控制器。

技术总结
本发明提供一种感应加热电源控制方法，包括以下步骤：采集电源直流电压值及直流电流值，采集电源逆变交流电流值及逆变角度反馈；使电源逆变工作频率始终跟踪负载固有谐振频率；保持逆变电流不变，分别计算出空载反射电阻及满载反射电阻；根据实时反射电阻、空载反射电阻及满载反射电阻计算出工件占比；根据感应线圈的给定电流值及工件占比计算出实际给定电流；本发明利用标定的空载反射电阻及满载反射电阻，按照线性或指数关系标定负载反射电阻的变化范围，再由实时反射电阻和标定值对比，计算目前进入工件占比，按比例调节给定电流，实现工件进出感应器时，负载功率的自动调节，保证工件整体温度的一致性，消除工件端头温度过高的缺陷。温度过高的缺陷。温度过高的缺陷。


技术研发人员：宋航
受保护的技术使用者：河北伊洛电气有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/26