专利名称：磁热驱动器系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于工业加热领域，更具体地说，涉及》兹热驱动器系统及其控制方法。
背景技术：
传统的工业加热采用使用某些能源如煤、燃油等的方式，基于这类能源的 工业加热方式容易造成污染、产生温室效应且不利于可持续性发展。
随着科学技术的发展，出现了电磁感应加热的方法，其基本原理是将输入 的工频交流电经过电力变换成高频电流，驱动外接的感应线圈，在线圏周围产 生交变磁场，通过磁场产生的涡流作用对附近的金属物体进行加热。这样一种 通过现代微控技术，将电能进行有效的电力电子变换，以驱动负载线圏产生电 磁感应加热为目的，并且普遍适用的设备，称为磁热驱动器。但是目前基于感
应加热原理的加热i殳备存在如下方面的问题
1、 加热电路和感应线圈是一个硬连接，加热电路没有独立设成为一个标 准的通用i殳备，因此无法实现标准化生产；
2、 没有实现》兹热驱动器的智能控制功能，不易于进行工业集成化控制；
3、 不能识别外接的线圈参数，从而不能满足外接设备的通用性要求。 因此，需要一种能使加热电路和感应线圈分开独立设计、能实现i兹热驱动
的智能化控制和能够识别外接线圈的方案，来克服现有技术中存在的上述缺 陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有的感应加热电路和感应线圈不 能独立设计、没有实现^磁热驱动器的智能化控制和不能识别外接线圈参数的缺 陷，提供一种磁热驱动器系统及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是将磁热驱动器分为嵌入计算机控 制子系统和感应加热驱动子系统组成。嵌入计算机控制子系统把^敛电脑控制技 术、信息技术、数字信号处理技术和预定的外接连接类型的数据值及连接类型 对应的控制模式集成在一个处理板中，完成信号处理、匹配不同外接连接类型、 发出控制信号，对整个系统进行智能化控制。
本发明提供了磁热驱动器系统，包括
嵌入计算机控制子系统用于对输入电源进行检测，接收用户的控制命令、 采集信号、完成信号处理、发出控制信号，控制整个系统的工作；
感应加热驱动子系统用于将50Hz三相工频交流电转换成两相20kHz至 100kHz的交变电流，接收嵌入计算机控制子系统发出的控制信号，通过外接 感应线圏对金属物体进4亍加热。
感应力口热驱动子系统包括
整流电路单元用于将50Hz三相工频交流电转换成直流电压，并将转换 后的直流电压送入逆变电路单元；
逆变电^各单元用于将整流电炉单元送入的直流电转换成两相的20kHz 至1 OOkHz的交变电流，并输出到外接的感应线圈中。
嵌入计算机控制子系统包括
用户通讯单元用于用户输入控制命令，并将控制命令送入信号处理单元， 或用于输出信号处理单元的处理结果；信号采集单元:用于采集逆变单元的的反馈信号，并将采集到的信号送入 信号处理单元；
信号处理单元用于对输入电源进行检测从而控制保护电路单元的工作状 态、处理用户输入的控制命令、对信号采集单元送入的采集信号进行分析处理， 根据存储单元存储的预定连接类型的数据值及连接类型对应的控制模式发出 控制信号并将信号送入逆变电路单元；
保护电路单元用于根据信号处理单元对电路的检测结果，决定感应加热 驱动子系统是否能进入工作状态，若电路检测的结果不符合工作的要求，则为 保护状态，系统被保护起来不进行工作，若电路检测的结果符合工作的要求， 则为非保护状态，系统为正常工作状态；
存储单元用于存储预定的连接类型的数据值及连接类型相应的控制模式。
系统上电时，首先信号处理单元要对输入电源进行4企测，也即判断输入电 源电压、频率、相位是否正确，如果输入电源满足系统要求，那么信号处理单 元对整个系统进行复位，也即将系统设置到初始状态；如果输入电源有异常情 况，如电压过低，那么系统是不能进行正常工作的，保护电路单元将系统保护 起来，也即处于不能正常工作的状态。
存储单元存储的连接类型为输出电路连接的金属的材质类型， 一般材质类 型有银、铜、铁和铝等。影响感应加热中的金属体加热效果的主要因素有系统 频率，也即逆变电路单元的输出频率、不同材质金属的相对导磁系数、不同材 质金属的电阻系数等。电阻系数是影响输出电流的关键，并最终决定驱动器能 够输出的最大功率。按金属材质进行分类，通过实验的方法得到不同材料金属的时间电流曲线
数据x. = F(x;)，其中x,代表时间点，y,.代表时间点x,.时的电流值，根据电流
值和材料的电阻系数等可计算出适合此种材料金属的系统输出频率和功率等。 将不同材料的时间电流曲线数据存储在存储单元作为连接类型数据值，不同材 料金属的系统输出频率、功率、系统状态等参数作为连接类型对应的控制模式
存储在存储单元。
存储单元对存储的预定连接类型的数据值及连接类型对应的控制模式进 行集中管理维护，并能持续更新升级。
一种磁热驱动器的控制方法，包括如下步骤
51) 系统上电；
52) 4全测输入电源；
S 3)根据对输入电源的检测结果，判断是否可以进行系统复位到初始状态， 若可以进行系统复位，则转到S4;
54) 对整个系统进行复位；
55) 用户输入控制命令；
56) 输入测试脉沖，同时采集反々赍过来的反馈信号；
57) 根据采集的反馈信号判断输出电路的连接是否有效，若有效，则转到
S8;
58) 根据拟合算法对采集的反馈信号进行计算，匹配所有预定的连接类型， 获得当前的输出属于何种连接类型，并根据当前的连接类型决定控制模式；
59) 进入相应的控制模式。
在步骤S3中，若根据对输入电源的检测结果判断为不可以进行系统复位，则近一 步包括如下步骤
531) 将系统切入到保护状态；
532) 将不能复位信息反馈给用户。
在步骤S7中，若所述输出电路的的连接无效，则将无效信息反馈给用户。 步骤8中的所述拟合算法为
及2=力(3;,—尸(;c,.))2，其中x,.为采集时间点，x为采集时间点x,时刻的采集到
的电流值，F(;c,.)为存储单元中某个连接类型在jc,.时刻的电流值，R为拟合半径， 其意义是数据点的偏差平方和。
步骤8中的匹配存储单元存储的连接类型为利用公式及2 =玄(乃-F(x,.))2计
,=1
算采集数据与存储单元中的每个连接类型数据值的偏差平方和，取R值最小时 对应的连接类型。
在步骤9中，系统进入到根据步骤S8中获得连接类型所对应的控制模式。 利用本发明公开的系统和方法，使得电磁感应电路能独立设计从而实现标
准化生产、能识别外接线圈的参数从而满足设备的通用性要求、能实现智能控
制从而易于进行工业集成化控制。
图1是本发明一较佳实施例提供的磁热驱动器系统结构示意图2是本发明一较佳实施例提供的磁热驱动器系统的控制原理示意图3是本发明一较佳实施例提供的磁热驱动器控制方法的流程图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一较佳实施例提供的磁热驱动器系统结构示意图。如图1 所示，包括嵌入计算机控制子系统1和感应加热驱动子系统2。
图2是本发明一较佳实施例提供的磁热驱动器系统的控制原理示意图。如 图2所示，感应加热驱动子系统2包括整流电路单元21和逆变电路单元22。 整流电路单元21用于将50Hz三相工频交流电转换成直流电压，并将转换后的 直流电压送入逆变电炉单元22;逆变电路单元22用于将整流电路单元送入的 直流电转换成两相的20kHz至100kHz的交变电流，并输出到要外4妄的感应线 圈中(图中未示出)。嵌入计算机控制子系统1包括信号采集单元11、信号处 理单元12、存储单元13、保护电路单元14和用户通讯单元15。信号采集单 元11用于釆集逆变电路单元22的的反馈信号，并将采集到的信号送入信号处 理单元12;用户通讯单元15用于用户输入控制命令，并将控制命令送入信号 处理单元12,或用于输出信号处理单元12的处理结果；信号处理单元12用 于对输入电源进行检测从而控制保护电路电路单元14的工作状态、处理用户 通讯单元15输入的控制命令、对信号釆集单元11送入的采集信号进行分析处 理，根据存储单元13存储的预定连接类型的数据值及连接类型对应的控制模 式发出控制信号并将信号送入逆变电路单元22;保护电路单元14用于根据信 号处理单元12对输入电源的检测结果，决定整个电路是否能进入工作状态， 若检测的结果不符合工作的要求，则为保护状态，系统被保护起来不进行工作， 若检测的结果符合工作的要求，则为非保护状态，系统进行正常工作状态。存 储单元13用于存储预定的连接类型的数据值及连接类型对应的控制^^莫式。系统上电时，首先信号处理单元要对输入电源进行4企测，也即判断输入电 源电压、频率、相位是否正确，如果输入电源满足系统要求，那么信号处理单
元对整个系统进行复位，也即将系统设置到初始状态；如果输入电源有异常情 况，如电压过低，那么系统是不能进行正常工作的，保护电路单元将系统保护 起来，也即处于不能正常工作的状态。
存储单元存储的连接类型为输出电路连接的金属的材质类型， 一般材质类 型有银、铜、铁和铝等。影响感应加热中的金属体加热效果的主要因素有系统 频率，也即逆变电路单元的输出频率、不同材质金属的相对导磁系数、不同材 质金属的电阻系数等。电阻系数是影响输出电流的关键，并最终决定驱动器能 够输出的最大功率。
按金属材质进行分类，通过实验的方法得到不同材料金属的时间电流曲线 数据乃-F(x,.)，其中x,.代表时间点，x.代表时间点;c,时的电流值，根据电流
值和材料的电阻系数等可计算出适合此种材料金属的系统输出频率和功率等。 将不同材料的时间电流曲线数据存储在存储单元作为连接类型数据值，不同材 料金属的系统输出频率、功率、系统状态等参数作为连接类型对应的控制模式 存储在存储单元。
存储单元对存储的预定连接类型的数据值及连接类型对应的控制才莫式进 行集中管理维护，并能持续更新升级。
图3是本发明一较佳实施例提供的磁热驱动器控制方法的流程图。如图3 所示，包括如下步骤
51) 系统上电；
52) 信号处理单元4企测输入电源；
iiS 3)信号处理单元判断是否可以进行系统复位到初始状:态，若可以进行系
统复位，则转到S4，若不能进行系统复位，则转到S5;
54) 信号处理单元对整个系统进行复位，然后执行步骤S7;
55) 保护电路单元将系统切入到保护状态，然后执行步骤S6;
56) 将不能复位信息通过用户通讯单元反馈给用户；
57) 用户输入控制命令；
58) 对逆变电路单元输入测试脉沖，同时信号采集单元采集逆变电路单元 反馈过来的反馈信号；
59) 信号处理单元根据采集的反馈信号判断输出电路的连接是否有效，若 有效，则转到SIO，若无效，则转到S11;
S10)信号处理单元根据拟合算法对采集的反馈信号进行计算，匹配存储单 元存储的连接类型，获得当前的输出属于何种连接类型，并才艮据连接类型决定 控制模式，然后执行步骤S12;
Sl 1)信号处理单元将无效信息送入用户通讯单元反々贵给用户；
S12)系统进入相应控制模式。
步骤SIO中的所述拟合算法为
及、力0;(-F(;Ci))2，其中x,.为采集时间点，乃为采集时间点x,.时刻的采集到
的电流值，F(x,.)为存储单元中某个连接类型在;c,.时刻的电流值，R为拟合半径， 其意义是数据点的偏差平方和。
步骤S10中的匹配存储单元存储的连接类型进一步包括利用公式
及2=1;(乃-,".))2计算采集数据与存储单元中的每个连接类型数据的偏差平方和4取R值最小时对应的连接类型。
在步骤S12中，系统进入到根据步骤SIO中获得连接类型所对应的控制模式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的4呆护范围之内。
权利要求
1、一种磁热驱动器系统，其特征在于，包括嵌入计算机控制子系统用于对输入电源进行检测，接收用户的控制命令、采集信号、完成信号处理、发出控制信号，控制整个系统的工作；感应加热驱动子系统用于将50Hz三相工频交流电转换成两相20kHz至100kHz的交变电流，接收嵌入计算机控制子系统发出的控制信号，通过外接感应线圈对金属物体进行加热。
2、 如权利要求l所述系统，其特征在于，所述感应加热驱动子系统包括 整流电路单元用于将50Hz三相工频交流电转换成直流电压，并将转换后的直流电压送入逆变电路单元；逆变电路单元用于将整流电路单元送入的直流电转换成两相的20kHz至 100kHz的交变电流，并输出到外接的感应线圈中。
3、 如权利要求2所述系统，其特征在于，所述嵌入计算机控制子系统包括用户通讯单元用于用户输入控制命令，并将控制命令送入信号处理单元， 或用于输出信号处理单元的处理结果；信号采集单元用于采集逆变电路单元的的反馈信号，并将采集到的信号 送入信号处理单元；信号处理单元用于对输入电源进行检测从而控制保护电路单元的工作状 态、处理用户输入的控制命令、对信号采集单元送入的采集信号进行分析处理， 根据存储单元存储的预定连接类型的数据值及连接类型对应的控制模式发出控制信号并将信号送入逆变电路单元；保护电路单元用于根据信号处理单元对电路的检测结果，决定感应加热 驱动子系统是否能进入工作状态，若电路检测的结果不符合工作的要求，则为 保护状态，系统被保护起来不进行工作，若电路检测的结果符合工作的要求， 则为非保护状态，系统为正常工作状态；存储单元用于存储预定的连接类型的数据值及连接类型相应的控制模式。
4、 一种^f兹热驱动器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤51) 系统上电；52) 检测输入电源；S 3)根据对输入电源的检测结果，判断是否可以进行系统复位到初始状态， 若可以进行系统复位，则转到S4;54) 对整个系统进行复位；55) 用户输入控制命令；56) 输入测试脉冲，同时采集反馈过来的反馈信号；57) 根据采集的反馈信号判断输出电路的连接是否有效，若有效，则转到S8;58) 根据拟合算法对采集的反馈信号进行计算，匹配所有预定的连接类型， 获得当前的输出属于何种连接类型，并根据当前的连接类型决定控制才莫式；59) 进入相应的控制模式。
5、 如权利要求4所述方法，其特征在于，在步骤S3中，若所述根据对输 入电源的检测结果判断为不可以进行系统复位，则近一步包括如下步骤531) 将系统切入到保护状态；532) 将不能复位信息反馈给用户。
6、 如权利要求4所述方法，其特征在于，步骤S7近一步包括若所述输 出电路的的连接无效，则将无效信息反馈给用户。
7、 如权利要求4所述方法，其特征在于，步骤S8中的所述拟合算法为及、i(X-F(x,.))2,其中:c,.为采集时间点，y,为采集时间点x,时刻的采集到的电流值，F(x,.)是预定的连接类型在;c,.时刻的电流值，R为拟合半径，其意义是数 据点的偏差平方和。
8、 如权利要求7所述方法，其特征在于，步骤S8中所述匹配所有预定的连接类型进一步包括利用公式i 、尤0;,-F(;c,))2计算采集数据与预定的每个连接类型数据的偏差平方和，取R值最小时对应的连接类型。
9、 如权利要求8所述方法，其特征在于，步骤S9进一步包括系统进入 到根据步骤S8中获得连接类型所对应的控制模式。
全文摘要
本发明涉及磁热驱动器系统，包括嵌入计算机控制子系统和感应加热驱动子系统。嵌入计算机控制子系统把微电脑控制技术、信息技术和数字信号处理技术集成在一个处理板中，完成信号处理，发出精密的控制信号，控制感应加热驱动子系统的工作；感应加热驱动子系统将工频交流电经过电力转换成高频交变电流。此磁热驱动器外接感应线圈，在线圈周围产生交变磁场，通过磁场产生的涡流作用对处在磁场中的金属进行加热。本发明还公开了控制该系统的方法。利用本发明公开的系统和方法，使得电磁感应电路能独立设计从而实现标准化生产、能识别外接线圈的参数从而满足设备的通用性要求、能实现智能控制从而易于进行工业集成化控制。
文档编号H05B6/02GK101631404SQ20091010946
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者阮海深 申请人:阮海深