中频感应加热炉的应用研究.doc

1、摘 要国内外一些行业中广泛采用的是传统的油加热、蒸汽加热。在多年的生产过程中老加热设备暴露出诸多不足：能源利用率低、机械设备投资大、环境污染、屡次发生重大安全事故。随着近年来国际上能源紧缺现象的加剧和人们环保意识的加强，各个工业生产部门都在不断淘汰旧设备，更新节能高效新设备。为了从根本上改变由油和蒸汽作为加热介质的加热方式，寻求一种简单方便又无污染的替代方案。中频感应加热是一种优良的加热方式，具有热效率高，加热均匀、安全等特点，在钢铁冶炼、汽车制造等行业已有成功应用。本文主要以PLC控制中频感应加热炉系统，来满足控制过程的工业加热炉，结合可编程逻辑控制器及其模块性能，开发一套成本低、控制精确、

2、自动化程度高、热处理效果好，操作方便的控制系统。本文负载电路采用并联谐振结构，完成智能型感应加热电源的设计。提高感应加热电源的频率、功率是难点。关键词：中频电源；感应加热；PLC控制；程序设计AbstractSome industries at home and abroad are widely used in conventional oil heating, steam heating. In the years of the old production process heating equipment exposed many deficiencies: low energy ef

3、ficiency, investment in machinery and equipment, environmental pollution, the repeated occurrence of major accidents. With the strengthening of the international communitys increasing awareness of environmental protection and energy shortage phenomenon in recent years, various industrial sectors are

4、 constantly out of old equipment, updated energy efficient new equipment. In order to change the oil and vapor from the fundamental mode as a heating medium for heating, to find a simple and non-polluting alternatives. Induction heating program is an appropriate heating, high thermal efficiency, uni

5、form heating, security and other features in the iron and steel smelting, automobile manufacturing and other industries have been successfully applied. This paper mainly medium frequency induction furnace PLC control system to meet the industrial furnace control process, combined with SIEMENS PLC an

6、d module performance, the development of a low cost, precise control and a high degree of automation, heat treatment effects, easy to operate control system .This paper uses a parallel resonant load circuit structure, completed induction heating power of intelligent design. Improve starting frequenc

7、y induction heating power supply and the power is difficult.Key word: IF power; inductive heating; PLC control; program design目 录1 绪论11.1 中频感应加热炉的实际应用11.2题目背景和研究意义11.3 感应加热炉的发展前景31.4 研究内容及论文结构安排52 中频感应加热炉原理62.1感应加热原理62.1.1中频加热原理图62.1.2 感应加热中的三种效应72.1.3 感应加热的过程82.2分析中频炉功率因数93 中频加热炉主电路分析设计113.1系统总原理框图

8、113. 2 感应加热负载电路及其自然特性123.2.1 负载电路123.3 中频加热电源主结构133.3.1感应加热电源的使用性要求133.3. 2感应加热电源的电气性能参数144控制系统设计164.1整流逆变保护电路分析164.1.1.整流电路基本原理164.1.2.整流电路参数设置如下：174.1.3逆变电路工作原理174.1.4 逆变电路参数设置184.1.5保护电路与电源电路的设计194.2可编程逻辑控制器及控制电路分析214.2.1可编程逻辑控制器介绍214.2.2 可编程逻辑控制器定义结构214.2. 3 可编程逻辑控制器特点224.2.4 控制电路原理框图234.3 系统软件程

9、序设计244.3.1 PLC软件主要功能244.3.2触摸屏程序主要功能244.3.3系统软件流程框图244.3.4模拟量输入/输出设计255 结论275.1系统分析及评价275.2回顾与展望27参考文献28翻译30英文原文30中文翻译37致 谢431 绪论1.1 中频感应加热炉的实际应用传统的油烘缸、蒸汽烘缸，加热原理简单，温度容易控制，多年来一直被各种造纸厂采用，但是随着社会发展人们环保节能意识提高，传统造纸烘缸设备暴露出各方面的缺陷不足：占地大，设备维护成本高，能源利用率低，有安全隐患，事故频繁，自19世纪末感应加热设备在工业领域中的开始应用，随着感应加热理论的提出，应用和发展，各式各样

10、的感应加热设备的出现，使人们逐步的体会到感应加热的优越性，对它的研究也更加深入，感应加热在造纸烘缸中就是一个非常典型的应用，其具有的特点是： 1、加热温度高。2、可以节能，加热效率高。3、加热速度快，被加热物件氧化少。4、控制温度容易，质量稳定。5、可以加热局部，质量好，非接触式。6、自动控制容易，省力。7、作业环境好，几乎没有热、噪声和灰尘8、设备占地面积小，生产效率高。随着我国经济的发展，弯管产品被广泛应用于石化、电力、城建等工程建设中。弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关,发达国家已经研制生产了计算机数控弯管设备。目前我国弯管加工的现状是既有自动化程度高的数控弯管机，也有半自动的数控弯

11、管机，也有相当一部分中小企业还在使用传统的手工弯管。中频弯管机是采用中频电感应加热，将工件在局部加热的条件下进行弯曲。与一般冷态弯管机相比，不仅不需要成套的专用模具，而且机床体积也只占同一规格的冷态弯管机的1/31/2。中频热弯管工艺是现有各种弯管工艺中最为经济有效的一种。中频弯管的过程是在弯管的部分套上感应圈，用机械转臂卡住管头，在感应圈中通入中频电流加热钢管，当钢管温度升高到塑性状态时，在钢管后端用机械推力推进，进行弯制，弯制出的钢管部分迅速用冷却剂冷却, 这样边加热、边推进、边弯、边冷却， 不断将弯管出来。弯管中频加热设备大量应用电厂、航空、航海、石油加工等弯管加工领域中。感应加热技术早

12、已渗透到了各领域，其中这就包括轻工业中的饮料包装、封口以及食品的包装、封口等等，封口机就是指的是在容器承装了产品后，对产品容器进行封口的机械。制作包装容器的材料有很多种，比如纸类，塑料，金属，玻璃，复合材料陶瓷等等。包装容器的形态和物理性能是各不相同的，所以，采用封口的形式和封口的装置是不一样的。柔性容器是一种用柔性材料，例如纸张、复合薄膜、塑料薄膜等制作的袋类容器。这个类别容器的封口很多和制袋、充填组成联合机，极少独立使用，又因为材料的不同，其封口装置也就不一样。本设计研究的就是应用在柔性产品的包装及封口上。电源能在瞬间产生出高温并融化封装材料。柔性容器封口机有以下技术特性：（1）设置有自检

13、功能，过流、过压和超温保护的功能。（2）功率和封口可调，封口速度快，可以流水线作业。感应加热方式和传统加热方式相比较而言，其有明显的优势，所以感应加热在应用研究中获得了很大的发展空间。1.2题目背景和研究意义中频加热炉是一种将工频(50Hz)变换为频率为(300Hz200kHz)用于加热的技术，把工频的三相交流电通过整流后变为直流，通过逆变变为中频电流（可调节大小），当中频交流电流快速通过感应线圈时，可以产生密度很高的磁力线。待加工工件再被感应线圈切割后，在金属工件材料中会产生很大涡流。这种加热方式的特点是升温速度快，所以氧化极少，中频感应加热炉加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、延长模具寿命

14、、工作环境优越、能提高工人劳动环境和公司形象、并且无污染、低耗能、熔炼速度快、节电效果好、烧损少、能耗低、具有自搅拌功能、熔炼温度及金属成分均匀、使得电加热作业环境好、启动性能好，空炉、满炉均可达到100%启动。由于它具有控制方式灵活，输出功率大，效率较机组高，变化运行频率方便等优点，所以在冶金、电力、石油、化工、电子等行业的焊接、淬火、熔炼、透热、保温等领域获得了广泛的应用1。我国从上世纪五十年代开始引进前苏联和捷克等国的感应加热技术，因为技术方面的限制，感应加热的应用领域主要集中于工件表面的淬火，熔炼和透热方面的应用比较少。现今，我国高频、中频感应加热电源的开关器件中较为普遍的采用IGBT

15、或者MOSFET晶体管功率器件，其功率输出从几千瓦到几百千瓦，其输出的频率从10kHz到几百kHz。这类电源较多用于淬火，在透入深度要求不同的工件硬层处理中有着广泛的应用。还存在一些双频电源及一些超高频小功率电源。双频电源一般指的是高频和超音频的组合，比如超音频40kHz与中频0.5kHz组合，这种感应加热电源不仅效率高，并且更加适用于对投入深度要求不同的工件。在感应透热领域，工频电源和中频电源同时在应用。之前，工频电源在感应透热以及熔炼等方面起着主导性作用，后由于中频电源的发展，现正退出市场。 我国对于电磁感应加热的应用研究起步较晚，经历了较长时间从学习引进国外的先进生产技术到自主研究创新设备的过渡。感应加热的主要应用是金属热处理方面，但是制造该产品的水品不高，与发达国家有相当大的差距，其主要原因是2： （1）由于半导体功率器件的限制，半导体器件的加工设备与制造工艺水平比较落后。 （2）一些国外的国家为了制约中国工业现代化的发展进程，控制中国的半导体制造水平和能力。 根据相关报道，国内中频感应加热炉的品牌有很多，例如河北恒远电炉制造有限公司及山东金华信机电设备有限公司等。近年来，国内又有几家企业在不断研究，研制出了超高频感应机，其振荡频率可达到1.5MHz，而且焊接点更小，更适合于精密的器件，