一種可控逆變高溫爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設(shè)置在爐體內(nèi)的加熱體、溫控組件以及逆變控制電路，所述逆變控制電路包括用于將外部的工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電的輸入整流濾波電路、用于將輸入整流濾波電路輸出的直流電逆變成中頻交流電的逆變器、用于將逆變器輸出的中頻交流電降壓的中頻變壓器以及用于將中頻變壓器輸出的中頻交流電轉(zhuǎn)換成工作直流電的輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路的輸出端與爐體內(nèi)的加熱體電連接。本實(shí)用新型的高溫爐采用新型逆變電路進(jìn)行控制，電爐的重量比傳統(tǒng)電爐輕的多，并且在升溫過程中能實(shí)時(shí)發(fā)揮硅鉬棒發(fā)熱體的最大功率，使用時(shí)通過發(fā)熱體的電流穩(wěn)定，能有效延長(zhǎng)發(fā)熱體的使用壽命。
【專利說明】
一種可控逆變高溫爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及高溫電爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種最高使用溫度可達(dá)到1700°C的可控逆變高溫爐。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫電爐廣泛應(yīng)用于金屬材料、陶瓷材料、納米材料、半導(dǎo)體等材料的研究以及高溫應(yīng)用技術(shù)研發(fā)。本電爐最高使用溫度為1700°C，使用硅鉬棒為發(fā)熱元件，由于硅鉬棒本身電阻值很小，使用過程中為防止通過過大電流燒壞硅鉬棒，一般硅鉬棒的額定工作電壓都比較低，使用時(shí)，需要通過變壓器降低輸入電壓，同時(shí)，由于硅鉬棒隨著溫度的升高，阻值也隨之出現(xiàn)大幅度的升高，為了保證通過硅鉬棒的電流在可控范圍內(nèi)，需要在升溫過程中根據(jù)信號(hào)反饋對(duì)硅鉬棒上所加電壓不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，保證硅鉬棒始終通過合適電流。
[0003]傳統(tǒng)電爐控制使用自耦變壓器進(jìn)行降壓，通過溫控儀表控制可控硅輸出電壓來調(diào)節(jié)加在硅鉬棒上的電壓，由于硅鉬棒在低溫時(shí)電阻極小，要求變壓器輸出電壓很低，控制過程對(duì)硅鉬棒上所加電壓做分段限制，繼而限制了硅鉬棒的輸出功率，使用時(shí)硅鉬棒不能實(shí)時(shí)發(fā)揮最大輸出功率，造成升溫速度很慢，升溫過程中熱量損耗過多。同時(shí)傳統(tǒng)變壓器電能轉(zhuǎn)換效率低，只能達(dá)到總功率的60 — 70%，電能利用率低，而且傳統(tǒng)自耦變壓器體積和重量較大，不利于電爐的尺寸的縮小以及運(yùn)輸。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是為解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種可控逆變高溫爐，該高溫爐采用新型逆變電路進(jìn)行控制，電爐的重量比傳統(tǒng)電爐輕的多，并且在升溫過程中能實(shí)時(shí)發(fā)揮硅鉬棒發(fā)熱體的最大功率，使用時(shí)通過發(fā)熱體的電流穩(wěn)定，能有效延長(zhǎng)發(fā)熱體的使用壽命。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題，所提供的技術(shù)方案是:一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設(shè)置在爐體內(nèi)的加熱體、溫控組件以及逆變控制電路，所述逆變控制電路包括用于將外部的工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電的輸入整流濾波電路、用于將輸入整流濾波電路輸出的直流電逆變成中頻交流電的逆變器、用于將逆變器輸出的中頻交流電降壓的中頻變壓器以及用于將中頻變壓器輸出的中頻交流電轉(zhuǎn)換成工作直流電的輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路的輸出端與爐體內(nèi)的加熱體電連接。
[0006]作為本實(shí)用新型一種可控逆變高溫爐的進(jìn)一步優(yōu)化:所述輸入整流濾波電路通過三相橋式整流電路將380V/50HZ的工業(yè)用電變?yōu)?30V直流電，并通過電解電容和電阻組成RC濾波電路對(duì)輸出整流后的電路進(jìn)行濾波。
[0007]作為本實(shí)用新型一種可控逆變高溫爐的進(jìn)一步優(yōu)化:所述輸出整流濾波電路為快速整流二極管和直流電抗器共同組成的單相全波整流濾波輸出電路，并且還包括有RCD吸收回路。
[0008]作為本實(shí)用新型一種可控逆變高溫爐的進(jìn)一步優(yōu)化:所述逆變控制電路還包括PffM控制芯片和igbt驅(qū)動(dòng)模塊，所述igbt驅(qū)動(dòng)模塊具有反饋電流輸入端、反饋電壓輸入端以及給定信號(hào)輸入端，igbt驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接至PWM控制芯片，PWM控制芯片的輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路連接至逆變器。
[0009]作為本實(shí)用新型一種可控逆變高溫爐的進(jìn)一步優(yōu)化:所述PWM控制芯片還連接有保護(hù)電路。
[0010]有益效果
[0011]1、本實(shí)用新型的可控逆變高溫爐在升溫過程中能實(shí)時(shí)發(fā)揮硅鉬棒發(fā)熱體的最大功率，能在一個(gè)小時(shí)內(nèi)從室溫升溫到17000C，升溫時(shí)間是原有傳統(tǒng)電爐的三分之一；
[0012]2、本實(shí)用新型的可控逆變高溫爐在使用時(shí)通過發(fā)熱體的電流比較穩(wěn)定，能有效延長(zhǎng)發(fā)熱體的使用壽命，并且此新型控制器電能轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到90%，比傳統(tǒng)電爐節(jié)能30%以上；
[0013]3、本實(shí)用新型的可控逆變高溫爐采用新型逆變電路控制，比傳統(tǒng)同型號(hào)電爐重量減少三分之一，更加便于運(yùn)輸。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型高溫爐的逆變控制電路原理框圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型高溫爐的逆變控制電路中整流濾波過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖所示:一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設(shè)置在爐體內(nèi)的加熱體、溫控組件以及逆變控制電路。加熱體為在爐體兩側(cè)均勻布置8支Φ 6/12的硅鉬棒發(fā)熱體，布局緊湊，爐膛均勻性好。逆變控制電路包括用于將外部的工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電的輸入整流濾波電路、用于將輸入整流濾波電路輸出的直流電逆變成中頻交流電的逆變器、用于將逆變器輸出的中頻交流電降壓的中頻變壓器以及用于將中頻變壓器輸出的中頻交流電轉(zhuǎn)換成工作直流電的輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路的輸出端與爐體內(nèi)的加熱體電連接。輸入端的380V/50HZ的工業(yè)用電經(jīng)過整流模塊整流輸出周期性波動(dòng)的脈沖直流電；為降低脈沖波動(dòng)程度，用電解電容和電阻組成RC濾波電路對(duì)輸出整流后的電路進(jìn)行濾波。其中由工頻50HZ380V變?yōu)?30V左右直流電由三相橋式整流電路實(shí)現(xiàn)，整流過程及整流后的波形如圖2所示:由于整流后直流電壓是有周期波動(dòng)的，要得到更為平順的直流電壓，就需要并聯(lián)上RC回路對(duì)整流輸出進(jìn)行濾波，得到脈動(dòng)程度很小的穩(wěn)定的直流電壓。該逆變控制電路采用功率開關(guān)管IGBT管實(shí)現(xiàn)逆變功能，電路中設(shè)置由電阻、電容和二極管構(gòu)成吸收網(wǎng)絡(luò)，減少IGBT開關(guān)過程電流、電壓對(duì)管子的沖擊。經(jīng)中頻降壓變壓器降壓后輸出低電壓。(經(jīng)過IGBT產(chǎn)生的20KHz的中頻交流電經(jīng)非晶變壓器降壓至適合于發(fā)熱體工作的0-70V電壓，再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流電流。)快速整流二極管和直流電抗器共同組成單相全波整流濾波輸出電路；同時(shí)為了電路的穩(wěn)定和保護(hù)電器元件也設(shè)置RCD吸收回路。直流電抗器的作用有兩方面:一是用于濾波，使電流連續(xù)，特別是小電流脈動(dòng)大時(shí)；二是電抗器和負(fù)載串聯(lián)在電路中，利用電抗器通直隔交(通過直流電，隔斷交流電)的特性對(duì)輸出再次進(jìn)行濾波，濾掉輸出電流的交流部分，得到較平滑的低壓直流電流。改善電源的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，在使用較大電流時(shí)，限制電流上升速度和短路電流峰值，以便改善電源的穩(wěn)定性能。
[0017]逆變控制電路還包括PWM控制芯片和igbt驅(qū)動(dòng)模塊，igbt驅(qū)動(dòng)模塊具有反饋電流輸入端、反饋電壓輸入端以及給定信號(hào)輸入端(反饋信號(hào)由各種信號(hào)傳感器得到)，igbt驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接至PWM控制芯片，PWM控制芯片的輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路連接至逆變器，PffM控制芯片還連接有保護(hù)電路。該主電路工作原理為:輸入電壓經(jīng)整流后，輸出為帶紋波的直流電壓，再經(jīng)過電解電容濾波電路濾波后得到510V平直的直流電壓。用控制電路輸出相同占空比的PWM脈沖控制IGBT，使電子開關(guān)輪流導(dǎo)通與關(guān)斷，此時(shí)，直流電壓被逆變成20KHz的交流方波電壓。IGBT中電子開關(guān)的輪流導(dǎo)通和關(guān)斷使中頻變壓器的原邊繞組上的電壓為正負(fù)對(duì)稱的方波。變壓器的次級(jí)繞組感應(yīng)的交流方波電壓大小采用PWM方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，即改變驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比實(shí)現(xiàn)。變壓器輸出的交流方波電壓經(jīng)過快恢復(fù)二極管整流后變成方波直流電壓，最后經(jīng)過直流電抗器濾波后輸出較為平直的直流電壓。此時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電流的恒流控制。當(dāng)控制電路輸出不同占空比的PWfM脈沖控制IGBT中電子開關(guān)的開通與關(guān)斷，則逆變器輸出頻率為20KHz，幅值相同但平均值不同的交流方波脈沖。經(jīng)過變壓器降壓整流濾波后，可以實(shí)現(xiàn)脈沖電流的輸出?？梢姡淖兛刂泼}沖的占空比就可以調(diào)節(jié)逆變控制系統(tǒng)電源的輸出電壓。PWM脈沖占空比通過軟件程序設(shè)計(jì)，由電爐內(nèi)熱電偶采集到的溫度信號(hào)同設(shè)定溫度值進(jìn)行比對(duì)，再經(jīng)過PID運(yùn)算對(duì)輸出功率進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器輸出功率進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到精確控溫的目的。
[0018]由于硅鉬棒自身電阻隨著溫度升高變大，在低溫狀態(tài)下，硅鉬棒發(fā)熱體的電阻是很小的，只有其700°C時(shí)電阻的1/10左右，在硅鉬棒的升溫過程中，為防止加在硅鉬棒兩端的電壓高于此時(shí)硅鉬棒所能承受的電壓，在硅鉬棒上產(chǎn)生超過硅鉬棒極限的最大電流損壞硅鉬棒，需要對(duì)硅鉬棒采取保護(hù)措施，在原有電路中，是根據(jù)硅鉬棒自身在不同溫度下的電阻來限制在各個(gè)溫度段的輸出電壓，來保證硅鉬棒上不會(huì)通過過大電流。本產(chǎn)品在硬件上對(duì)輸出電路進(jìn)行限流設(shè)計(jì)，從物理電路限制了通過硅鉬棒上的最大電流，且使用時(shí)能根據(jù)硅鉬棒自身的電阻變化實(shí)時(shí)改變加在硅鉬棒兩端的電壓，保證通過硅鉬棒上的電流始終穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)發(fā)揮硅鉬棒的最大功率，同時(shí)穩(wěn)定通過硅鉬棒的電流，起到保護(hù)硅鉬棒的作用。
[0019]本實(shí)用新型的可控逆變高溫爐工作時(shí)，先將三相380V/50HZ電壓整流并濾波后，變?yōu)槟孀冎骰芈匪璧?30V左右平滑直流電壓。然后將該直流電壓送入逆變主回路，經(jīng)過大功率電子元件的交替逆變作用轉(zhuǎn)變成中頻交流電壓，再經(jīng)過降壓變壓器降壓至適合于硅鉬棒工作的幾十伏電壓，最后經(jīng)過整流濾波后得到直流輸出。借助于控制電路及反饋回路，以及回路的阻抗，可以對(duì)發(fā)熱體提供平穩(wěn)的輸入電流。其交流變換順序?yàn)?工頻交流(AC)-直流(DC)-中頻交流一 (AC)降壓一直流(DC)。在“交流一直流一交流”階段的電壓頻率發(fā)生了改變。同時(shí)電路中的保護(hù)部分能對(duì)發(fā)熱體通過的最大電流進(jìn)行限制，保證發(fā)熱體在發(fā)揮最大功率的同時(shí)處于額定工作狀態(tài)，避免發(fā)生通過電流過大燒毀發(fā)熱體，有效延長(zhǎng)了發(fā)熱體的使用壽命。
[0020]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設(shè)置在爐體內(nèi)的加熱體、溫控組件以及逆變控制電路，其特征在于:所述逆變控制電路包括用于將外部的工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電的輸入整流濾波電路、用于將輸入整流濾波電路輸出的直流電逆變成中頻交流電的逆變器、用于將逆變器輸出的中頻交流電降壓的中頻變壓器以及用于將中頻變壓器輸出的中頻交流電轉(zhuǎn)換成工作直流電的輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路的輸出端與爐體內(nèi)的加熱體電連接。2.如權(quán)利要求1所述一種可控逆變高溫爐，其特征在于:所述輸入整流濾波電路通過三相橋式整流電路將380V/50HZ的工業(yè)用電變?yōu)?30V直流電，并通過電解電容和電阻組成RC濾波電路對(duì)輸出整流后的電路進(jìn)行濾波。3.如權(quán)利要求1所述一種可控逆變高溫爐，其特征在于:所述輸出整流濾波電路為快速整流二極管和直流電抗器共同組成的單相全波整流濾波輸出電路，并且還包括有RCD吸收回路。4.如權(quán)利要求1所述一種可控逆變高溫爐，其特征在于:所述逆變控制電路還包括PWM控制芯片和igbt驅(qū)動(dòng)模塊，所述igbt驅(qū)動(dòng)模塊具有反饋電流輸入端、反饋電壓輸入端以及給定信號(hào)輸入端，igbt驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接至PWM控制芯片，PWM控制芯片的輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路連接至逆變器。5.如權(quán)利要求4所述一種可控逆變高溫爐，其特征在于:所述PWM控制芯片還連接有保護(hù)電路。
【文檔編號(hào)】F27D19/00GK205537168SQ201620047976
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日
【發(fā)明人】王超超, 李益兵, 姜衛(wèi)民, 杜高波
【申請(qǐng)人】河南三特爐業(yè)科技有限公司