一種可控逆變高溫爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設置在爐體內的加熱體、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的加熱體電連接。本實用新型的高溫爐采用新型逆變電路進行控制，電爐的重量比傳統(tǒng)電爐輕的多，并且在升溫過程中能實時發(fā)揮硅鉬棒發(fā)熱體的最大功率，使用時通過發(fā)熱體的電流穩(wěn)定，能有效延長發(fā)熱體的使用壽命。
【專利說明】
一種可控逆變高溫爐
技術領域
[0001]本實用新型涉及高溫電爐技術領域，具體涉及一種最高使用溫度可達到1700°C的可控逆變高溫爐。
【背景技術】
[0002]高溫電爐廣泛應用于金屬材料、陶瓷材料、納米材料、半導體等材料的研究以及高溫應用技術研發(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，需要通過變壓器降低輸入電壓，同時，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，需要在升溫過程中根據信號反饋對硅鉬棒上所加電壓不斷進行調節(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行降壓，通過溫控儀表控制可控硅輸出電壓來調節(jié)加在硅鉬棒上的電壓，由于硅鉬棒在低溫時電阻極小，要求變壓器輸出電壓很低，控制過程對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，使用時硅鉬棒不能實時發(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。同時傳統(tǒng)變壓器電能轉換效率低，只能達到總功率的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輸。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是為解決上述技術問題的不足，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時發(fā)揮硅鉬棒發(fā)熱體的最大功率，使用時通過發(fā)熱體的電流穩(wěn)定，能有效延長發(fā)熱體的使用壽命。
[0005]本實用新型為解決上述技術問題，所提供的技術方案是:一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設置在爐體內的加熱體、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的加熱體電連接。
[0006]作為本實用新型一種可控逆變高溫爐的進一步優(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濾波電路對輸出整流后的電路進行濾波。
[0007]作為本實用新型一種可控逆變高溫爐的進一步優(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]作為本實用新型一種可控逆變高溫爐的進一步優(yōu)化:所述逆變控制電路還包括PffM控制芯片和igbt驅動模塊，所述igbt驅動模塊具有反饋電流輸入端、反饋電壓輸入端以及給定信號輸入端，igbt驅動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動電路連接至逆變器。
[0009]作為本實用新型一種可控逆變高溫爐的進一步優(yōu)化:所述PWM控制芯片還連接有保護電路。
[0010]有益效果
[0011]1、本實用新型的可控逆變高溫爐在升溫過程中能實時發(fā)揮硅鉬棒發(fā)熱體的最大功率，能在一個小時內從室溫升溫到17000C，升溫時間是原有傳統(tǒng)電爐的三分之一；
[0012]2、本實用新型的可控逆變高溫爐在使用時通過發(fā)熱體的電流比較穩(wěn)定，能有效延長發(fā)熱體的使用壽命，并且此新型控制器電能轉換效率能達到90%，比傳統(tǒng)電爐節(jié)能30%以上；
[0013]3、本實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)同型號電爐重量減少三分之一，更加便于運輸。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型高溫爐的逆變控制電路原理框圖；
[0015]圖2是本實用新型高溫爐的逆變控制電路中整流濾波過程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖所示:一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設置在爐體內的加熱體、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的加熱體電連接。輸入端的380V/50HZ的工業(yè)用電經過整流模塊整流輸出周期性波動的脈沖直流電；為降低脈沖波動程度，用電解電容和電阻組成RC濾波電路對輸出整流后的電路進行濾波。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的，要得到更為平順的直流電壓，就需要并聯(lián)上RC回路對整流輸出進行濾波，得到脈動程度很小的穩(wěn)定的直流電壓。該逆變控制電路采用功率開關管IGBT管實現(xiàn)逆變功能，電路中設置由電阻、電容和二極管構成吸收網絡，減少IGBT開關過程電流、電壓對管子的沖擊。經中頻降壓變壓器降壓后輸出低電壓。(經過IGBT產生的20KHz的中頻交流電經非晶變壓器降壓至適合于發(fā)熱體工作的0-70V電壓，再次整流并經電抗濾波輸出相當平穩(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；同時為了電路的穩(wěn)定和保護電器元件也設置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)，特別是小電流脈動大時；二是電抗器和負載串聯(lián)在電路中，利用電抗器通直隔交(通過直流電，隔斷交流電)的特性對輸出再次進行濾波，濾掉輸出電流的交流部分，得到較平滑的低壓直流電流。改善電源的動態(tài)品質，在使用較大電流時，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驅動模塊，igbt驅動模塊具有反饋電流輸入端、反饋電壓輸入端以及給定信號輸入端(反饋信號由各種信號傳感器得到)，igbt驅動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動電路連接至逆變器，PffM控制芯片還連接有保護電路。該主電路工作原理為:輸入電壓經整流后，輸出為帶紋波的直流電壓，再經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，使電子開關輪流導通與關斷，此時，直流電壓被逆變成20KHz的交流方波電壓。IGBT中電子開關的輪流導通和關斷使中頻變壓器的原邊繞組上的電壓為正負對稱的方波。變壓器的次級繞組感應的交流方波電壓大小采用PWM方式進行調節(jié)，即改變驅動脈沖的占空比實現(xiàn)。變壓器輸出的交流方波電壓經過快恢復二極管整流后變成方波直流電壓，最后經過直流電抗器濾波后輸出較為平直的直流電壓。此時實現(xiàn)了對輸出電流的恒流控制。當控制電路輸出不同占空比的PWfM脈沖控制IGBT中電子開關的開通與關斷，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。經過變壓器降壓整流濾波后，可以實現(xiàn)脈沖電流的輸出。可見，改變控制脈沖的占空比就可以調節(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計，由電爐內熱電偶采集到的溫度信號同設定溫度值進行比對，再經過PID運算對輸出功率進行運算，實現(xiàn)對控制器輸出功率進行微調，達到精確控溫的目的。
[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硅鉬棒所能承受的電壓，在硅鉬棒上產生超過硅鉬棒極限的最大電流損壞硅鉬棒，需要對硅鉬棒采取保護措施，在原有電路中，是根據硅鉬棒自身在不同溫度下的電阻來限制在各個溫度段的輸出電壓，來保證硅鉬棒上不會通過過大電流。本產品在硬件上對輸出電路進行限流設計，從物理電路限制了通過硅鉬棒上的最大電流，且使用時能根據硅鉬棒自身的電阻變化實時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，實時發(fā)揮硅鉬棒的最大功率，同時穩(wěn)定通過硅鉬棒的電流，起到保護硅鉬棒的作用。
[0019]本實用新型的可控逆變高溫爐工作時，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，經過大功率電子元件的交替逆變作用轉變成中頻交流電壓，再經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，可以對發(fā)熱體提供平穩(wěn)的輸入電流。其交流變換順序為: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。同時電路中的保護部分能對發(fā)熱體通過的最大電流進行限制，保證發(fā)熱體在發(fā)揮最大功率的同時處于額定工作狀態(tài)，避免發(fā)生通過電流過大燒毀發(fā)熱體，有效延長了發(fā)熱體的使用壽命。
[0020]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種可控逆變高溫爐，包括爐體、設置在爐體內的加熱體、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的加熱體電連接。2.如權利要求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濾波電路對輸出整流后的電路進行濾波。3.如權利要求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驅動模塊，所述igbt驅動模塊具有反饋電流輸入端、反饋電壓輸入端以及給定信號輸入端，igbt驅動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動電路連接至逆變器。5.如權利要求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電路。
【文檔編號】F27D19/00GK205537168SQ201620047976
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月19日
【發(fā)明人】王超超, 李益兵, 姜衛(wèi)民, 杜高波
【申請人】河南三特爐業(yè)科技有限公司