一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，所述设备包括：整流滤波模块、功率控制模块、逆变器模块、输出变压器模块、加热线圈模块、高速电流采样模块，以及控制及保护模块、以及一个或多个驱动电路模块，所述控制及保护模块包括数字信号处理模块。利用本实用新型专利技术的改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，能够输出频率快速调整，经过少量几个工作周期之后即可实现频率锁定，从而能够显著提升加热器功率变换效率、减轻冷却系统的重量和体积，使其能够适用并安装于移动机器人，特别适用于集装箱维修使用。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备
本技术涉及智能硬件
，特别涉及一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备。
技术介绍
现有的电磁感应加热器包括加热器电源主机、变压器、加热线圈，以及水冷散热装置。电磁感应加热器的原理是利用电磁感应将电能转化为热能。当感应线圈有交流电流通过时，由于交流电的大小和方向随时间变化，磁场的大小和方向也随时间变化，导致磁通量会发生变化，并产生相应的感应电动势。感应电动势在工件中产生感应电流，对工件进行加热。目前市面现有的感应加热设备的频率跟踪主要是通过锁相技术来实现的，如图1所示，其功能组成包括鉴相器、环路数字滤波器、压控振荡器三个基本软件单元构成。其作用是实现环路输出信号和输入信号无误差的频率跟踪。鉴相器是一个相位比较器，检测输入信号θ1(t)和输出信号θ2(t)的相位，将两者的相位差转化为相应的误差电压。环路滤波器将鉴相器输出的高频分量和噪声滤除掉，以保证环路对性能的要求。误差电压经过滤波后，输出一个控制电压，控制误差电压的频率变化。压控振荡器是一个电压-频率转换器，它的震荡频率受控制电压控制。随着数字电子技术的发展，使用单片机、DSP、FPGA控制实现的软件数字锁相环技术逐步在此类应用中体现出强大的优势。与传统的模拟锁相环相比，参考图2，数字锁相环（DPLL)能更大范围的进存频率跟踪，并能提高锁相的精度，可以通过软件进行修改，不用另加辅助电路，从而简化了硬件电路的设计，更能有效地解决模拟锁相出现的老化和温漂问题。上述锁相单元对应的全数字锁相环主要由数字鉴相器、K变模可逆计数器、脉冲加减计数器（ID)及N分频器四部分组成。数字鉴相器输出的误差信号作为K变模可逆计数器的计数方向信号；当输入信号fin超前于输出信号fout时，K变模可逆计数器进行减计数，当递减溢出时输出借位信号；当输入信号fin滞后于输出信号fout时，K变模可逆计数器进行加计数，当累加溢出时输出进位信号。当没有进位或借位信号时，脉冲加减电路就相当于一个二分频电路，当进位信号到来时，脉冲加减电路会增加一个脉冲，相当于减少脉冲周期，增加了输出频率；同理，当借位信号到来时，脉冲加减电路会减少一个脉冲，相当于增加脉冲周期，减少了输出频率；这样通过脉冲增减电路对输入信号频率及相位的跟踪和调整，最终使输出信号锁定在输入信号的频率和相位上；N分频器对脉冲加减电路的输出进行N分频，得到整个环路的输出信号fout。上述锁相技术在各行各业有着广泛的应用，但用于电磁感应加热设备，还存在一定的局限，主要表现为相位锁定不够快速，容易出现超调，由此可能导致电磁感应加热过程中，因外界环境物理特性不断发生变化，产生输出频率不稳定问题。如何提升加热器功率变换效率、减轻冷却系统的重量和体积，使其能够适用并安装于移动机器人，特别适用于集装箱维修使用成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本技术提供一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，通过使用改进的软件锁相技术进行频率跟踪，显著提升加热器功率变换效率、减轻冷却系统的重量和体积，使其能够适用并安装于移动机器人，特别适用于集装箱维修使用。本技术提供一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，其特征在于，所述设备包括：整流滤波模块、功率控制模块、逆变器模块、输出变压器模块、加热线圈模块、高速电流采样模块，以及控制及保护模块、以及多个驱动电路模块；其中所述整流滤波模块的输出端与所述功率控制模块的第一输入端相连接；所述功率控制模块的输出端与所述逆变器模块的第一输入端相连接；所述逆变器模块的输出端与所述输出变压器模块的输入端相连接；所述输出变压器模块的第一输出模块与所述加热线圈模块相连接，所述输出变压器模块的第二输出模块与所述高速电流采样模块的输入端相连接；所述高速电流采样模块的输出端与所述控制及保护模块的输入端相连接，所述控制及保护模块的第一输出端与所述驱动电路模块的输入端相连接；所述驱动电路模块的输出端与所述功率控制模块的第二输入端，以及所述逆变器模块的第二输入端相连接；所述控制及保护模块确定模数转换的开始时间；所述控制及保护模块包括数字信号处理模块，所述数字信号处理模块用于在初始化定时器，输出PWM，以及初始化ADC，设置为DMA模式之后，初始化软件锁相模块，启动锁相和频率输出控制。利用本技术的改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，能够避免电磁感应加热过程中，因外界环境物理特性不断发生变化，产生输出频率不稳定等问题，实现更快速、更准确检测并锁定频率。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是一种现有技术中的模拟锁相示意图。图2是一种现有技术中的数字锁相示意图。图3是本技术实施例中的改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备结构图。图4是本技术实施例中的逆变器模块的电路结构。图5是本技术实施例中的基于改进的变频锁相技术的信号波形图。图6是本技术实施例中的谐振式电磁感应加热设备电路图。图7是本技术实施例中的控制及保护模块处理流程。图8是本技术实施例中的软件锁相和频率输出控制任务处理流程。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。本技术的实施例以及实施例的具体特征是对本技术实施例技术方案的详细说明，而非对本技术说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术的实施例以及实施例的技术特征可以相互结合。本技术的核心是频率跟踪技术。在加热器工作过程中，感应加热电源因炉料溶化和温度变化等的影响，使得负载的固有谐振频率及有效参数发生了变化。为了改善电源效率，逆变器应该尽量处于全功率因数或接近于全功率因数运行的状态，这就使得该变换器的输出频率必须满足与负载的固有频率时刻保持一致的特点。因此，我们需要对逆变全桥的开关频率进行动态调整，做到及时的最佳谐振适配。本技术在现有锁相技术的基础上进行了改进，提出了一种直接电流相位检测锁相技术，能够更快速、更准确检测并锁定频率，特别适合于需要省电、小体积类型的电磁感应加热设备。以下先对本技术的小型谐振式电磁感应加热设备进行说明，如图3所示，所述小型谐振式电磁感应加热设备包括整流滤波模块、功率控制模块、逆变器模块、输出变压器模块、加热线圈模块、高速电流采样模块，以及控制及保护模块、以及一个或多个驱动电路模块。所述整流滤波模块的输出端与所述功率控制模块的第一输入端相连接；所述功率控制模块的输出端与所述逆变器模块的第一输入端相连接；所述逆变器模块的输出端与所述输出变压器模块的输入端相连接；所述输出变压器模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，其特征在于，所述设备包括：整流滤波模块、功率控制模块、逆变器模块、输出变压器模块、加热线圈模块、高速电流采样模块，以及控制及保护模块、以及一个或多个驱动电路模块；/n其中所述整流滤波模块的输出端与所述功率控制模块的第一输入端相连接；所述功率控制模块的输出端与所述逆变器模块的第一输入端相连接；所述逆变器模块的输出端与所述输出变压器模块的输入端相连接；所述输出变压器模块的第一输出模块与所述加热线圈模块相连接，所述输出变压器模块的第二输出模块与所述高速电流采样模块的输入端相连接；所述高速电流采样模块的输出端与所述控制及保护模块的输入端相连接，所述控制及保护模块的第一输出端与所述驱动电路模块的输入端相连接；所述驱动电路模块的输出端与所述功率控制模块的第二输入端，以及所述逆变器模块的第二输入端相连接；/n所述控制及保护模块确定模数转换的开始时间；/n所述控制及保护模块包括数字信号处理模块，所述数字信号处理模块用于在初始化定时器，输出PWM，以及初始化ADC，设置为DMA模式之后，初始化软件锁相模块，启动锁相和频率输出控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种改进的变频锁相谐振式电磁感应加热设备，其特征在于，所述设备包括：整流滤波模块、功率控制模块、逆变器模块、输出变压器模块、加热线圈模块、高速电流采样模块，以及控制及保护模块、以及一个或多个驱动电路模块；
其中所述整流滤波模块的输出端与所述功率控制模块的第一输入端相连接；所述功率控制模块的输出端与所述逆变器模块的第一输入端相连接；所述逆变器模块的输出端与所述输出变压器模块的输入端相连接；所述输出变压器模块的第一输出模块与所述加热线圈模块相连接，所述输出变压器模块的第二输出模块与所述高速电流采样模块的输入端相连接；所述高速电流采样模块的输出端与所述控制及保护模块的输入端相连接，所述控制及保护模块的第一输出端与所述驱动电路模块的输入端相连接；所述驱动电路模块的输出端与所述功率控制模块的第二输入端，以及所述逆变器模块的第二输入端相连接；
所述控制及保护模块确定模数转换的开始时间；
所述控制及保护模块包括数字信号处理模块，所述数字信号处理模块用于在初始化定时器，输出PWM，以及初始化ADC，设置为DMA模式之后，初始化软件锁相模块，启动锁相和频率输出控制。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一个或多个驱动电路模块包括第一驱动电路模块和第二驱动电路模块；
其中所述控制及保护模块的第一输出端与第一驱动电路模块的输入端相连接；所述控制及保护模块的第二输出端与第二驱动电路模块的输入端相连接；所述第一驱动电路模块的输出端与所述功率控制模块的第二输入端相连接；所述第二驱动电路模块的输出端与所述逆变器模块的第二输入端相连接。


3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：创景未来北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11