用于加热工件的具有稳定调节输出的高频电源系统技术方案

提供高频电加热系统，用于在导电部件推进时加热导电部件，或用于退火或焊接过程，其中电加热电流由固态逆变器通过负载匹配和频率控制装置供应，其随着导电部件推进时导致的负载阻抗的变化而维持期望的负载电流和频率。高度稳定的负载匹配可以通过高频可变电抗器来实现，该电抗器可以具有几何成形的可移动插入芯部分和固定分离总线部分，该固定分离总线部分具有互补的几何成形的分离总线部分和分离的电端子总线部分，其中插入芯部分可以相对于固定的分离总线部分移动以改变电抗器对的电感。感。感。

【技术实现步骤摘要】
用于加热工件的具有稳定调节输出的高频电源系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2015年12月22日提交的美国临时申请号62/270,952的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
专利

[0003]本专利技术涉及具有稳定调节输出的高频电源系统，用于在金属零件的一部分或多个部分被推进时加热金属零件的一部分或多个部分。

技术介绍

[0004]感应焊接是一种焊接形式，当金属零件的一部分或多个部分推进时，其利用电磁感应加热金属零件的一部分或多个部分。例如，在周围大气或受控环境中，诸如，惰性气体或真空中，金属片的加热部分、例如相对的边缘，通过在感应加热部分之间施加力来焊接在一起，例如，以形成管状产品。
[0005]电阻焊接(ERW)是一种焊接形式，随着金属零件的一部分或多个部分的前进，其使用电阻加热来加热金属零件的一部分或多个部分。在周围大气或受控环境中，例如，惰性气体或真空中，通过在一个或多个电阻加热部分(例如，金属片的相对边缘)之间施加力以将加热表面焊接在一起，以形成管状产品。
[0006]用于感应或电阻焊接工艺中的高频固态电源也可用于其它加热工艺，例如，感应退火(热处理)工艺，其中金属工件或工件区域(诸如，先前形成的焊缝)需要热处理。感应线圈和磁性耦合的工件热处理区域在退火工艺中形成具有动态变化的负载特性的电力负载电路。
[0007]美国专利号5,902,506(
′
506专利)，其全部内容通过引用并入本文，公开了在负载匹配装置中使用可变电抗器的高频锻造焊接或退火供电系统。
[0008]本专利技术的一个目的是提供一种高频锻造焊接或退火电源系统，具有改进的可变电抗器，其优于美国专利No.5,902,506中公开的提供高稳定调节输出的高频电源系统。

技术实现思路

[0009]在一个方面，本专利技术是一种高频电加热系统，用于在金属零件的一部分或多个部分被推进时加热一个或多个金属零件的一部分或多个部分，其中高频电加热系统包括固态逆变器以及负载匹配和频率控制装置，其中使用成对的可变电抗器来实现从高频电加热系统到负载的稳定调节的输出(closely regulated output)。
[0010]另一方面，本专利技术是一种高频可变电抗器，具有几何成形(geometrically shaped)的可移动插入芯部分；固定分离总线部分，其包括：互补几何成形的分离总线段和分离总线电端子，用于将可变电抗器连接到电路，其中插入芯部分可以移入或移出互补几何成形的分离总线段，以改变电抗器对的电感。
[0011]以上和其他本专利技术的方面在本说明书和所附权利要求中描述。
附图说明
[0012]如下面简要总结的附图提供用于示例性理解本专利技术，并且不限制在本说明书和所附权利要求中进一步阐述的本专利技术。
[0013]图l是利用电流源逆变器的本专利技术的高频加热电源系统的简图的一个示例。
[0014]图2是利用电压源逆变器的本专利技术的高频加热电源系统的简图的一个示例。
[0015]图3是本专利技术的高频加热电源系统的控制系统的简图的一个示例。
[0016]图4(a)和图4图4(b)示出了可用于本专利技术的高频电源系统的负载匹配装置的，具有本专利技术的单个实心或空心导电芯插入物的几何成形的一对圆锥形可变电抗器的示例。
[0017]图4(c)是图1或图2所示的负载匹配和频率控制装置的细节，示出图4(a)和图4(b)中的一对可变电抗器用于图l和图2中的电抗器对32
‑
33。
[0018]图5(a)示出了可用于图4(a)和图4(b)所示的一对可变电抗器中的由实心或空心铁氧体形成的单个几何成形插入芯的一个示例。
[0019]图5(b)示出了可用于图4(a)和图4(b)所示的一对电抗器中的铁氧体棒阵列形成的单个几何成形插入芯的一个示例。
[0020]图6示出了可以用本专利技术的高频电源系统的负载匹配装置中的楔形的本专利技术的高频可变电抗器的一个示例。
[0021]图7示出了可用于本专利技术的高频电源系统的负载匹配装置中的椭圆抛物面形的本专利技术的高频可变电抗器的一个示例。
[0022]图8(a)至图8(d)示出本专利技术的高频可变电抗器的一个示例，其包括可以在本专利技术的高频电源系统的负载匹配装置中使用的一对圆锥形的两匝可变电抗器。
[0023]图9(a)和图9(b)示出本专利技术的高频可变电抗器的一个示例，其包括具有本专利技术的单个实心或空心导电芯插入件的几何成形的一对圆锥形可变电抗器，其可用于本专利技术的负载匹配和频率控制装置，其中用于电抗器对中的每个可变电抗器的分离式电总线部分连接在一起，以形成单个可变电抗器。
[0024]图9(c)是图1或图2中所示的改进的负载匹配和频率控制装置的细节，示出了图9(a)和图9(b)的高频电抗器可用于高频电源系统。
具体实施方式
[0025]在图1中，整流器12将三相交流电转换成直流电，并通过导线82和84以及固定电感器18连接到包括晶体管20a，20b，20c和20d的逆变器(inverter)电路。晶体管可以是金属氧化物半导体场效应晶体管或其它合适的固态开关装置。电流传感器16提供与提供给逆变器及负载80的电流成比例的输出。当使用本专利技术的高频电源加热系统时，例如，在感应焊接或退火应用或电阻焊接应用中，负载80包括电引线和感应线圈或待焊接、退火或加热的电触点(接触一部分或多个部分)。
[0026]逆变器输出导线86和88通过负载匹配装置14连接到负载80，负载匹配装置14包括：第一对可变电抗器32和33，该对可变电抗器中的每一个串联电连接在每一个逆变器输出导线和负载80之间；第二对可变电抗器34和35，该对可变电抗器中的每一个与逆变器输出导线电并联；串联连接在逆变器输出导线和负载80之间的第一(可选)高频低损耗电容器36；以及与逆变器输出导线并联电连接的第二高频低损耗电容器37，其中所有组件都布置
在本专利技术的一个实施例中，如图1所示。
[0027]负载80、电抗器对32
‑
33和34
‑
35以及电容器36(如果使用的话)和37形成连接到逆变器输出导线的储能电路。当感应电抗和电容电抗相等时，可实现最大功率传输。选择电容器36(如果使用的话)和37的值以及两个可变电抗器对32
‑
33和34
‑
35的范围从确定标称负载电感范围开始，标称负载电感范围是标称负载电感，以及(如果使用的话)形成管状物品内的任何磁芯(阻抗器)(如果加热过程是感应焊接)、以及辅助总线工作电感、焊接应用中与焊机匹配的负载电阻的范围以及用于焊接应用的焊接频率的总和。还需要了解逆变器可以提供其全功率的电阻阻抗值。根据这些知识，电容器37的值Cp被计算为支持在全功率输出时由储能电路产生的最高循环电流所需的值。这可以示出为：
[0028]其中：
[0029]π等于3.1415926；
[0030]f等于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频可变电抗器，由几何成形的电抗器对形成，所述几何成形的电抗器对包括：几何成形的可移动插入芯，其形成电抗器对可移动插入芯；固定分离总线，其形成电抗器对总线部分，所述固定分离总线包括：几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分，其具有与几何成形的可移动插入芯的几何互补形状，以提供几何成形的可移动插入芯插入到几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分中的可调位置，将几何成形的电抗器对的可变电感从最小电感值改变到最大电感值，当几何成形的可移动插入芯被完全插入到几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分中时具有最小电感值，当几何成形的可移动插入芯从几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分中撤出到某位置时具有最大电感值，在所述某位置处，几何成形的可移动插入芯和几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分之间形成的可变能量场处于最大电感值；电隔离和空间分离的分离电总线端子部分，用于电连接第一对可变电抗器和第二对可变电抗器到电源；和致动器，其连接到几何成形的可移动插入芯，用于将几何成形的可移动插入芯插入几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分以及从几何成形的电隔离和空间分离的分离总线部分抽出。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：色玛图尔公司，
类型：发明
国别省市：