高频加热

高频感应加热与分拣技术摘要进入21世纪，随着高新科技的日新月异和工业发展的自动化趋势下，工业上对金属材料的加热上有了新的要求，高频感应加热技术也有了更进一步的发展前景，目前高频加热技术具有对金属材料加热速度最快，效率最高，损耗最低的优势，高频加热技术已经是金属加工行业使用最广泛的设备。高频感应加热之所以越来越来受到各大金属加工行业的青睐，最主要的还是因为它更利于未来的自动化控制，目前很多传统的工件加热技术已经完全不能满足当代的自动化控制的要求，现在的工厂大部分都采用基于组态等相关软件的自动化过程控制，比如传统的金属加热领域一般采用普通煤炭或天然气加热，这种加热方式最大的问题是加热速度慢，污染严重，而且温度不能精确的得到控制，对产品的合格率也会收到比较大的影响。而且这种方式一般成本都很高，所以经济效益不高，慢慢都会被淘汰。高频感应加热采用的是高频电流通过感应线圈从而产生电磁感应效应，对金属工件本身产生感应电流，它的加热方式不是普通的锅炉导热原理，能量损耗更小，因为它是金属工件本身产热，不需要外部导热。在控制方面也非常智能，只需要控制电流的频率和大小就可以精确的控制温度，发热时间很短，甚至几秒就能达到1200多度的高温，这是传统方式加热所不能比拟的。本次设计主要是针对高频加热的自动化控制做了研究，利用组态王软件来实现相关变量的控制和监控，采用不同工件对温度的要求不同而实现高频加热与分拣的完美结合，再这个领域实现更进一步的完善。关键词：高频感应加热；电磁感应；组态王；自动化ABSTRACTIntothe21stcentury,alongwiththehighandnewscienceandtechnologyprogressandindustrialdevelopmenttrendofautomation,industrialheatingofmetalmaterialswiththenewrequirements,highfrequencyinductionheatingtechnologyhasfurtherprospectsfordevelopment,thehighfrequencyheatingtechnologyformetalmaterialheatthefastest,mostefficient,lossminimum,theadvantagesofhighfrequencyheatingtechnologyhasbeenthemostwidelyusedinmetalprocessingindustryistheequipment.Highfrequencyinductionheatingismoreandmoregetthefavourofthemetalprocessingindustry,themainorbecauseitisinfavoroftheautomaticcontrolofthefuture,atpresentmanytraditionalworkpieceheatingtechnologyhasbeencompletelyunabletomeettherequirementsofmodernautomationcontrol,nowthefactoryaremostlybasedonconfigurationsoftwarerelatedtotheautomationofprocesscontrol,suchasthetraditionalmetalheatingareasgenerallyUSESordinarycoalornaturalgasheating,theheatingmodethebiggestproblemisthattheheatingspeedisslow,pollutionisserious,andthetemperaturecannotbepreciselycontrolled,fortheproductpercentofpasswillalsoreceivealargerimpact.Andthiswaythegeneralcostisveryhigh,soeconomicefficiencyisnothigh,slowlywillbeeliminated.HighfrequencyinductionheatingUSESahighfrequencycurrentthroughtheinductioncoiltogenerateelectromagneticinductioneffect,formetalartifactsthemselvesproduceinducedcurrent,itsheatingmodeisnotordinaryboilerheatconductionprinciple,lessenergyloss,becauseitisametalworkpieceitselfgenerateheat,doesnotneedexternalthermalconductivity.Intheaspectofcontrolisalsoverysmart,justneedtocontrolcurrentoffrequencyandsizecanaccuratelycontroltemperature,heatingtimeisshort,evenafewsecondscanachieve1200-degreeheat,thisisatraditionalwaycan'tbematchedbyheating.Thisdesignismainlyaimedatthehighfrequencyheatingautomaticcontroltodotheresearch,byusingkingviewsoftwaretoimplementtherelevantvariablescontrolandmonitoringofdifferentworkpiecetemperatureondifferentrequirementsandachievetheperfectcombinationofhighfrequencyheatingandsorting,thenthisfieldtofurtherimprove.Keywords:HighFrequencyHeating;Electromagneticinduction;kingview;automation第一章绪论1.1选题目的和意义工业加热几乎是每个工厂在生产过程中必不可少的一个工艺，目前大部分国内厂家对于工业上加热方式，包括工件的热处理，工件锻造方面都采用天然气传统加热方式，而这种方式带来的最大问题就是环境污染，因为天然气是属于不可再生资源，燃烧后产生大量的有毒气体，对环境产生非常严重的污染。其次传统的天然气加热是首先把锅炉加热达到一定温度之后，然后才是通过锅炉的温度传导给加工元器件，这过程中会有热量损耗，其实是非常浪费资源的。并且这种方式的加热温度很难得到精确的控制，因为它的加热过程较长，用时较大，稳定性不高，所以温度控制上是一个难题。针对以上这些问题，本课题研究了目前比较先进的高频感应加热技术，这也是随着工业自动化发展中必然的产物。高频感应加热技术可以很好的解决上述问题。它是利用电磁感应原理对工件本身内部加热，舍去了传统的天然气作为燃料的不利因素，并且在加热过程中完全是通过可控的电流来控制其温度和时间。本课题还重点研究了高频加热与分拣技术的结合，在对工业制品进行加热处理的同时可实现对多种产品的同时加热处理，并且全部由组态王软件实现自动化控制。相比普通的加热工艺具有不可取代的意义。通过对这种新型加热技术的不断完善，不仅给企业带来可观的经济效益，同时还很好的解决工业对环境污染的问题，所以高频感应加热技术对于每个企业都有很高的价值和意义。1.2选题的理论依据付尾款后显示付尾款后显示付尾款后显示付尾款后显示1.3现状分析我国在感应加热技术方面起步较早，早在20世纪50年代就开始初步应用于国内的各行各业，包括机床制造，汽车，纺织机制造等工业部门都有应用。但是这些高频加热设备几乎全部来自国外进口，国内还没有完善的技术，大部分来自苏联，捷克，比利时这些发达国家，技术完全被垄断。在50年代末期，中国开始自己制造生产高频加热设备，先后制造了电子管式高频电源，机械式高频发电机等设备。60年代后期，国内开始制造了晶闸管等更先进的高频电源来取代之前的电子管设备，但是技术上还是比较落后于发达国家。改革开放之后，中国开始重点研究高频加热技术，通过不断引进国外先进设备和技术，工业发达国家的现代化高频加热技术逐步的进入到国内工业部门。第二章高频加热系统分析2.1高频电源分析根据麦克斯韦电磁感应定律，我们知道需要产生高频振荡磁场必须有高频电场，然后高频电场的产生必须由高频电流驱动，所以设计高频加热设备最主要的就是设计一个高频电源，结合相关知识和经济角度考虑，本设计采用IGBT为主要器件设计的逆变器作为高频电流产生的依据，设计一个合理的逆变器可以有效的提高电流频率，从而达到高频加热所需要的必要条件。2.2设计内容分析高频感应设备于分拣技术分设计最终体现在工业生产的高效率与高的自动化控制上，所以根据国内外的发展现状以及各种参考文献，本次设计采用以IGBT为主要元件的高频电源以及组态王作为自动化控制的基础。根据设计要求，本次设计需要实现高频感应加热和自动分拣技术的结合，所以本设计采用自动控制供电设备频率，以不同的频率去精确控制高频加热炉的温度，同时高频炉架设了自动分拣装置，不同温度要求的金属工件可以实现相应的温度控制，同时加热完毕自动分配到不同的容器中。控制界面采用组态王制作人机交互界面，实现电脑自动化控制。2.3需求分析确定了课题实施的可行性后就可以根据实际工业生产来分析本次设计的需求。2.3.1功能需求付尾款后显示付尾款后显示付尾款后显示付尾款后显示第三章：高频感应加热设备的总体设计3.1.1高频电源的选用及介绍高频感应加热设备最重要的就是选择合适的电源，电源的设计也一直是整个行业一直研究的重点。我们知道，能产生高频电流的设备很多，有以电子管为主要元件的高频电源，和机械式发电机，以及以晶闸管为主要元件的中高频逆变器，还有以IGBT为元器件的高频电源。选择合适的电源首先要根据不同的设备需求来选择，本次设计的高频感应加热装置最大的需求就是可控性强的高频电源，还有就是考虑到工厂经济效益，选择功率因素较高，能源损耗较少，并且设备成本较低的高频电源，综上所述，根据查阅资料和调查，选择以IGBT为主要元件的15KW高频加热电源，它采用IGBT固态逆变技术，高效节能，输出功率大，100%负绩率设计，可连续24小时工作，采用了谐振变频技术使设备整机效率≥95%。3.1.2高频加热炉的选用及介绍高频感应加热炉的原理就是在炉体内布置一个感应线圈，高频振荡电流通过该线圈会在炉体产生电磁感应现象，从而在待加热金属器件表面迅速产生强大的感应电流，金属表面会出现集肤效应形成高温。基本上所有的感应加热设备都是这个原理，但是选用合适的设备可以提高生产效益，同时产生较好的经济效益。高频加热炉采用感应加热工艺，感应加热是将工件直接加热。传统的感应加热设备应用的电力电子器件是电子管和快速晶闸管。电子管电压高，稳定性差，辐射强，效率低，已经到了淘汰的边缘，但它频率高，功率大，所以在市场上仍有一席之地。快速晶闸管是目前应用的主力军，它耐压高，电流大，抗过流、过压能力较强。但它只能工作在10000Hz以下，这使其使用范围受到了限制。高频加热炉采用IGBT为主器件，IGBT是一种复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率较高，元件容量大。它不仅达到了晶闸管不能达到的频率（60kHz以上），而且正在逐步取代快速晶闸管。国外1kHz～80kHz的感应加热已广泛应用IGBT，