專利名稱：一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁感應(yīng)加熱裝置，具體地說(shuō)是一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置。
背景技術(shù)：
在金屬工件的制造中，淬火是一項(xiàng)重要的處理步驟。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件，如齒輪、軋輥、滲碳零件等。目前的淬火處理工藝中，通常采用火焰加熱工件，這種加熱方式需要消耗燃料，并且加熱過(guò)程中大部分的熱量散發(fā)到環(huán)境中，浪費(fèi)了大量能源，能源利用率低。原有火焰加熱方式需要將工件整體加熱，無(wú)法做局部熱處理，能源消耗大，并且整體加熱導(dǎo)致工件變形大， 影響工件成品質(zhì)量。電磁感應(yīng)加熱是通過(guò)在感應(yīng)線圈中通入一定頻率的交變電流，在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流，即渦流。產(chǎn)生的渦流使金屬直接發(fā)熱，從而極大的減少了熱量損失，提高了能量利用率。因此，電磁感應(yīng)是金屬工件加熱的一大發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置， 具有運(yùn)行穩(wěn)定、加熱速度快的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，包括控制柜、電容器、變壓器和加熱線圈，變壓器中的一次線圈與電容器串接，變壓器中的二次線圈與加熱線圈串接，控制柜內(nèi)設(shè)有主控板、驅(qū)動(dòng)變壓器、驅(qū)動(dòng)板、電源和四組IGBT，電容器和變壓器的一次線圈與四組IGBT組成的全橋逆變電路連接，第一組 IGBT依次與電容器和變壓器的一次線圈串接后與第四組IGBT連接，第二組IGBT依次與變壓器的一次線圈和電容器串接后與第三組IGBT連接，第一組IGBT和第二組IGBT輸入端并接，第三組IGBT和第四組IGBT輸出端并接；電源依次經(jīng)過(guò)整流電路和濾波電路后與全橋逆變電路連接，主控板的控制端依次經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器和驅(qū)動(dòng)板與IGBT的控制極連接；電容器和變壓器的一次線圈的串聯(lián)電路上還設(shè)有互感器，互感器的輸出端與主控板的反饋信號(hào)檢測(cè)端連接。所述的全橋逆變電路中，每組IGBT中均設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的IGBT。所述的濾波電路與全橋逆變電路的連接線路上設(shè)有過(guò)流傳感器，過(guò)流傳感器的輸出端與主控板連接。所述的IGBT上設(shè)有水冷裝置，水冷裝置內(nèi)設(shè)有水腔，水腔上設(shè)有進(jìn)水口和出水所述的IGBT上設(shè)有溫度傳感器，所述水冷裝置的進(jìn)水口設(shè)有流量傳感器，流量傳感器和溫度傳感器的輸出端與主控板的檢測(cè)端連接。所述的加熱線圈設(shè)置在冷卻套管內(nèi)，冷卻套管的繞制方式與加熱線圈的繞制方式相同，在冷卻套管的一端設(shè)有套管進(jìn)口，另一端設(shè)有套管出口。所述的變壓器上設(shè)有冷卻裝置，冷卻裝置包括套在變壓器線圈導(dǎo)線上的水冷管和設(shè)置在鐵芯上的冷卻水盒，水冷管的繞制方式與變壓器線圈導(dǎo)線的繞制方式相同，在水冷管的一端設(shè)有水管進(jìn)口，另一端設(shè)有水管出口 ；冷卻水盒上設(shè)有水盒進(jìn)口和水盒出口。所述的冷卻水盒，其水盒進(jìn)口和水盒出口分別連接有導(dǎo)水管，導(dǎo)水管呈環(huán)狀盤旋設(shè)置。所述的整流電路為橋式整流電路，所述的濾波電路為RC濾波電路。所述的電源設(shè)有缺相檢測(cè)電路和過(guò)壓檢測(cè)電路，缺相檢測(cè)電路和過(guò)壓檢測(cè)電路的輸出端分別與主控板連接。本發(fā)明的有益效果是本技術(shù)方案中，電源經(jīng)過(guò)整流、濾波后，再由全橋逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸娏?。在全橋逆變電路中采用IGBT控制電流的導(dǎo)通與關(guān)斷，提高了負(fù)載電路的穩(wěn)定性和加熱效率，并且簡(jiǎn)化了電路組成，降低了故障率。主控板的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器升壓后由驅(qū)動(dòng)板控制IGBT的開關(guān)，根據(jù)需要調(diào)整開關(guān)頻率即可產(chǎn)生不同頻率的交變電流，以適應(yīng)不同工件的需要。在電容器和變壓器一次線圈的串聯(lián)電路上設(shè)有互感器，主控板根據(jù)互感器檢測(cè)到反饋信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整電流頻率，從而提高熱處理效果。在本技術(shù)方案的全橋逆變電路中，每組IGBT中均設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的IGBT，兩個(gè)并聯(lián)的IGBT輪流導(dǎo)通，這種設(shè)置方式降低了單個(gè)IGBT的通斷頻率，不但可以使產(chǎn)生交變電流的最大頻率成倍增加，還降低了 IGBT的損耗，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了保護(hù)IGBT，在濾波電路與全橋逆變電路的連接線路上設(shè)置過(guò)流傳感器，過(guò)流傳感器的輸出端與主控板連接，一旦發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象立刻關(guān)斷電路，防止方式以外。另外，本技術(shù)方案中IGBT、變壓器和加熱線圈上都設(shè)有水冷裝置，采用冷卻水進(jìn)行冷卻，該設(shè)置方式冷卻效率高，極大的提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。綜上所述，本技術(shù)方案的加熱設(shè)備電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低，具有極高的穩(wěn)定性和加熱效率，能夠根據(jù)需要調(diào)整交變電流的頻率，調(diào)整簡(jiǎn)便且調(diào)整范圍大。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明控制柜中的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中全橋逆變電路的設(shè)置方式示意圖。圖4是本發(fā)明中變壓器線圈上水冷管的設(shè)置方式示意圖。圖5是本發(fā)明中變壓器鐵心上冷卻水盒的設(shè)置方式示意圖。圖6是本發(fā)明中多個(gè)變壓器鐵心上冷卻水盒的連接方式示意圖。圖7是本發(fā)明中與冷卻水盒連接的導(dǎo)水管的盤旋方式示意圖。圖8是本發(fā)明中加熱線圈上冷卻套管的設(shè)置方式示意圖。圖中標(biāo)記1、控制柜，2、電容器，3、變壓器，4、加熱線圈，5、主控板，6、驅(qū)動(dòng)變壓器， 7、驅(qū)動(dòng)板，8、電源，9、全橋逆變電路，10、第一組IGBT，11、第二組IGBT，12、第三組IGBT，13、 第四組IGBT，14、整流電路，15、濾波電路，16、互感器，17、過(guò)流傳感器，18、溫度傳感器，19、 流量傳感器，20、冷卻套管，21、變壓器線圈導(dǎo)線，22、水冷管，23、鐵芯，24、冷卻水盒，25、導(dǎo)水管，26、缺相檢測(cè)電路，27、過(guò)壓檢測(cè)電路，28、套管進(jìn)口，29、套管出口，30、水盒進(jìn)口，31、 水盒出口，32、水管進(jìn)口，32、水管出口。
具體實(shí)施例方式如圖所示，一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，包括控制柜1、電容器2、 變壓器3和加熱線圈4，變壓器3中的一次線圈與電容器2串接，變壓器3中的二次線圈與加熱線圈4串接，控制柜1內(nèi)設(shè)有主控板5、驅(qū)動(dòng)變壓器6、驅(qū)動(dòng)板7、電源8和四組IGBT，電容器2和變壓器3的一次線圈與四組IGBT組成的全橋逆變電路9連接。如圖3所示，全橋逆變電路9的設(shè)置方式為第一組IGBT 10依次與電容器2和變壓器3的一次線圈串接后與第四組IGBT 13連接，第二組IGBT 11依次與變壓器3的一次線圈和電容器2串接后與第三組IGBT 12連接，第一組IGBT 10和第二組IGBT 11輸入端并接，第三組IGBT 12和第四組IGBT 13輸出端并接。其中，第一組IGBT 10和第四組IGBT 13同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，第二組IGBT 11和第三組IGBT 12同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷。由此即可在變壓器3的一次線圈和電容器 2的串聯(lián)電路中產(chǎn)生交變電流。電路的供電方式如圖2所示，電源8依次經(jīng)過(guò)整流電路14 和濾波電路15后與全橋逆變電路9連接，主控板5的控制端依次經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器6和驅(qū)動(dòng)板7與IGBT的控制極連接。主控板5的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器6放大后，由驅(qū)動(dòng)板7控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷?？刂菩盘?hào)的設(shè)置方式和控制電路的設(shè)置方式可以采用現(xiàn)有技術(shù)。驅(qū)動(dòng)變壓器6和驅(qū)動(dòng)板7的電路設(shè)置方式也可以按照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施。為了實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)通入加熱線圈的電流頻率和負(fù)載功率，在電容器2和變壓器3的一次線圈的串聯(lián)電路上設(shè)置互感器 16，互感器16的輸出端與主控板5的反饋信號(hào)檢測(cè)端連接。主控板5根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行控制。如圖3所示，所述的全橋逆變電路9中，每組IGBT中均設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的IGBT。兩個(gè)并聯(lián)的IGBT輪流導(dǎo)通，這種設(shè)置方式降低了單個(gè)IGBT的通斷頻率，不但可以使產(chǎn)生交變電流的最大頻率成倍增加，還降低了 IGBT的損耗，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。所述的濾波電路15與全橋逆變電路9的連接線路上設(shè)有過(guò)流傳感器17，過(guò)流傳感器17的輸出端與主控板5連接。當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)主控板5控制電路關(guān)斷，防止出現(xiàn)危險(xiǎn)或損害。為了降低IGBT發(fā)熱帶來(lái)的損害，可以在IGBT上設(shè)置水冷裝置，水冷裝置內(nèi)設(shè)有水腔，水腔上設(shè)有進(jìn)水口和出水口，在水腔內(nèi)通入循環(huán)水以降低IGBT的溫度。為了防止意外情況導(dǎo)致IGBT過(guò)熱帶來(lái)的損害，在IGBT上設(shè)置溫度傳感器18，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IGBT的溫度。在IGBT的水冷裝置的進(jìn)水口設(shè)有流量傳感器19，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水冷裝置的通水情況，防止意外斷水。流量傳感器19和溫度傳感器18的輸出端與主控板5的檢測(cè)端連接。由于對(duì)金屬工件進(jìn)行熱處理時(shí)的功率非常高，設(shè)備發(fā)熱量大，尤其是變壓器3和加熱線圈4，如不能及時(shí)降溫，將會(huì)對(duì)設(shè)備造成很大的損害，降低使用壽命。如圖8所示，所述的加熱線圈4設(shè)置在冷卻套管20內(nèi)，冷卻套管20的繞制方式與加熱線圈4的繞制方式相同，在冷卻套管20的一端設(shè)有套管進(jìn)口 28，另一端設(shè)有套管出口 29，在冷卻套管20內(nèi)通入循環(huán)水進(jìn)行冷卻降溫。這種冷卻方式加熱線圈4的導(dǎo)線與冷卻水直接接觸，降溫效率高。如圖4、圖5所示，所述的變壓器3上設(shè)有冷卻裝置，冷卻裝置包括套在變壓器線圈導(dǎo)線21上的水冷管22和設(shè)置在鐵芯23上的冷卻水盒24。水冷管22的繞制方式與變壓器線圈導(dǎo)線21的繞制方式相同，在水冷管22的一端設(shè)有水管進(jìn)口 32，另一端設(shè)有水管出口33。這種設(shè)置方式與加熱線圈4的冷卻方式基本相同。在鐵芯23的冷卻水盒M上設(shè)有水盒進(jìn)口 30和水盒出口 31，通入循環(huán)水進(jìn)行降溫。為了不影響鐵芯23在安裝變壓器線圈內(nèi)的安裝，可以將冷卻水盒M設(shè)置成兩部分，兩部分分別設(shè)置在鐵芯23的上下兩端，并且相互連通。水盒進(jìn)口 30和水盒出口 31則分別設(shè)置在冷卻水盒M的上下兩部分上。由于變壓器中的磁通量非常大，通入冷卻水盒M的循環(huán)水中極易產(chǎn)生靜電，如果處理不好很可能對(duì)設(shè)備或人員造成危險(xiǎn)。為了解決這一問(wèn)題，可以在冷卻水盒M的水盒進(jìn)口 30和水盒出口 31分別連接導(dǎo)水管25，通過(guò)導(dǎo)水管25向冷卻水盒M供水或排水，并且將導(dǎo)水管25呈環(huán)狀盤旋設(shè)置，盤旋方式如圖7所示。這種設(shè)置方式能夠有效消除冷卻水中的靜電，保證人員安全。由于一個(gè)變壓器中通常設(shè)有多個(gè)鐵芯，為了簡(jiǎn)化鐵芯23上冷卻水盒M與供水系統(tǒng)的連接。如圖6所示，可以將一個(gè)鐵芯23上冷卻水盒M的水盒出口 31與另一個(gè)相鄰鐵芯23上冷卻水盒M的水盒進(jìn)口 30連接。變壓器兩端的鐵芯上的冷卻水盒分別通過(guò)導(dǎo)水管與供水系統(tǒng)連接，這里的導(dǎo)水管同樣呈環(huán)狀盤旋設(shè)置。所述的整流電路14為橋式整流電路，所述的濾波電路15為RC濾波電路。所述的電源8設(shè)有缺相檢測(cè)電路沈和過(guò)壓檢測(cè)電路27，缺相檢測(cè)電路沈和過(guò)壓檢測(cè)電路27的輸出端分別與主控板5連接。本技術(shù)方案，交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻，工作表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。工作表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即?shí)現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過(guò)鋼的臨界點(diǎn)溫度后迅速冷卻，即可實(shí)現(xiàn)表面淬火。采用感應(yīng)加熱的方式能夠?qū)ぜ植考訜幔ぜ冃涡?，提高了工件質(zhì)量。工件表面淬硬層可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，易于控制。本技術(shù)方案的加熱設(shè)備可以安裝在機(jī)械加工生產(chǎn)線上，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，便于管理，且可減少運(yùn)輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，包括控制柜(1)、電容器(2)、變壓器 (3)和加熱線圈(4)，其特征在于變壓器(3)中的一次線圈與電容器(2)串接，變壓器(3) 中的二次線圈與加熱線圈(4)串接，控制柜(1)內(nèi)設(shè)有主控板(5)、驅(qū)動(dòng)變壓器(6)、驅(qū)動(dòng)板 (7)、電源(8)和四組IGBT，電容器(2)和變壓器(3)的一次線圈與四組IGBT組成的全橋逆變電路(9)連接，第一組IGBT (10)依次與電容器(2)和變壓器(3)的一次線圈串接后與第四組IGBT (13)連接，第二組IGBT (11)依次與變壓器(3)的一次線圈和電容器(2)串接后與第三組IGBT (12)連接，第一組IGBT (10)和第二組IGBT (11)輸入端并接，第三組 IGBT (12)和第四組IGBT (13)輸出端并接；電源(8)依次經(jīng)過(guò)整流電路(14)和濾波電路 (15)后與全橋逆變電路(9)連接，主控板(5)的控制端依次經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器(6)和驅(qū)動(dòng)板 (7)與IGBT的控制極連接；電容器(2)和變壓器(3)的一次線圈的串聯(lián)電路上還設(shè)有互感器(16)，互感器(16)的輸出端與主控板(5)的反饋信號(hào)檢測(cè)端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的全橋逆變電路(9)中，每組IGBT中均設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的IGBT。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的濾波電路(15)與全橋逆變電路(9)的連接線路上設(shè)有過(guò)流傳感器(17)，過(guò)流傳感器 (17)的輸出端與主控板(5)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的IGBT上設(shè)有水冷裝置，水冷裝置內(nèi)設(shè)有水腔，水腔上設(shè)有進(jìn)水口和出水口。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的IGBT上設(shè)有溫度傳感器(18)，所述水冷裝置的進(jìn)水口設(shè)有流量傳感器(19)，流量傳感器(19)和溫度傳感器(18)的輸出端與主控板(5)的檢測(cè)端連接。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的加熱線圈(4)設(shè)置在冷卻套管(20)內(nèi)，冷卻套管(20)的繞制方式與加熱線圈(4)的繞制方式相同，在冷卻套管(20 )的一端設(shè)有套管進(jìn)口( 28 )，另一端設(shè)有套管出口( 29 )。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的變壓器(3)上設(shè)有冷卻裝置，冷卻裝置包括套在變壓器線圈導(dǎo)線(21)上的水冷管(22) 和設(shè)置在鐵芯(23)上的冷卻水盒(24)，水冷管(22)的繞制方式與變壓器線圈導(dǎo)線(21)的繞制方式相同，在水冷管(22)的一端設(shè)有水管進(jìn)口(32)，另一端設(shè)有水管出口(33);冷卻水盒(24)上設(shè)有水盒進(jìn)口(30)和水盒出口(31)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的冷卻水盒(24)，其水盒進(jìn)口(30)和水盒出口(31)分別連接有導(dǎo)水管(25)，導(dǎo)水管(25) 呈環(huán)狀盤旋設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的整流電路(14)為橋式整流電路，所述的濾波電路(15)為RC濾波電路。
10.如權(quán)利要求1所述的一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，其特征在于所述的電源(8 )設(shè)有缺相檢測(cè)電路(26 )和過(guò)壓檢測(cè)電路(27 )，缺相檢測(cè)電路(26 )和過(guò)壓檢測(cè)電路(27)的輸出端分別與主控板(5)連接。
全文摘要
一種用于加熱金屬工件的電磁感應(yīng)加熱裝置，包括控制柜、電容器、變壓器和加熱線圈，變壓器中的一次線圈與電容器串接，變壓器中的二次線圈與加熱線圈串接，控制柜內(nèi)設(shè)有主控板、驅(qū)動(dòng)變壓器、驅(qū)動(dòng)板、電源和四組IGBT，電容器和變壓器一次線圈與四組IGBT組成的全橋逆變電路連接，電源依次經(jīng)過(guò)整流電路和濾波電路后與全橋逆變電路連接，主控板的控制端依次經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器和驅(qū)動(dòng)板與IGBT的控制極連接；電容器和變壓器的一次線圈的串聯(lián)電路上還設(shè)有互感器，互感器的輸出端與主控板的反饋信號(hào)檢測(cè)端連接。本技術(shù)方案的加熱設(shè)備電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低，具有極高的穩(wěn)定性和加熱效率，能夠根據(jù)需要調(diào)整交變電流的頻率，調(diào)整簡(jiǎn)便且調(diào)整范圍大。
文檔編號(hào)H05B6/10GK102291863SQ20111018168
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者孫凱, 孫建國(guó) 申請(qǐng)人:平頂山市鴻發(fā)物資貿(mào)易有限公司