一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法與流程
1.本發明涉及電磁鍋爐技術領域，尤其涉及一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法。
背景技術：
2.電磁鍋爐是一種對罐體內部水進行加熱的鍋爐，其加熱原理為：三相工頻交流電整流變成直流電后，將直流電變為可調節的電流，該可調節的電流用于供給由電容器和感應線圈里流過的交變電流在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。這種渦流使加熱罐體內部鐵原子直接感應磁能，從而高速無規則運動。鐵原子的高速無規則運動使得各個鐵原子之間互相碰撞、摩擦，從而產生熱能，進而實現對罐體內部水的加熱。
3.現有的電磁鍋爐中，內部加熱控制器的工作根據串聯諧振原理決定，且電磁鍋爐的工作頻率受組成器件的固有電氣特性、線圈尺寸、繞制形式等因素影響，無法控制渦流效應滲透深度，進而難以實現滲透深度與加熱體結構良好重合，最終無法實現工作頻率的主動調節功能。
4.另外，電磁鍋爐在使用維護過程中需要更換加熱體或感應線圈。為使更換前后的工作頻率保持一致，需由人工多次調整線圈長度、繞制方式、測量頻率等，這嚴重影響工作效率。
技術實現要素：
5.本發明提供一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法，以解決現有電磁鍋爐的工作頻率無主動調節功能的問題。
6.本發明提供一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統，包括：可編輯邏輯控制器、頻率轉電壓模塊、固態繼電器k0、多個固態繼電器ki和多個固態繼電器k
(i+n)
，其中，所述可編輯邏輯控制器分別電連接所述頻率轉電壓模塊、所述固態繼電器ki、所述固態繼電器k
(i+n)
；每個所述固態繼電器ki均并聯一個電感器li，每個所述固態繼電器k
(i+n)
均并聯加熱控制器中的一個電容器ci；所述固態繼電器k0、所述固態繼電器ki以及所述固態繼電器k
(i+n)
串接，所述電感器li與所述電容器ci串接。
7.優選地，所述電感器的電感量和所述電容器的電容量均按幾何級數增長設置，所述電感器li的電感量為2
i-1
·
l0，所述電容器ci的電容量為2
i-1
·
c0。
8.本發明提供一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，包括：
9.可編輯邏輯控制器將接收到的通信指令發送給固態繼電器k0、固態繼電器ki和固態繼電器k
(i+n)
，以使所述固態繼電器k0、所述固態繼電器ki和所述固態繼電器k
(i+n)
全部開通；其中，所述通信指令包括目標設定頻率fr；
10.所述可編輯邏輯控制器接收頻率轉電壓模塊發送的電壓模擬量信號，其中，所述電壓模擬量信號包括當前工作頻率fm；
11.計算所述目標設定頻率fr與所述當前工作頻率fm的差值f
m-fr；
12.若差值f
m-fr與所述目標設定頻率fr比值的絕對值小于等于設定頻率偏差，則保持當前固態繼電器的通斷狀態；
13.若差值f
m-fr與所述目標設定頻率fr的比值大于所述設定頻率偏差，則根據所述目標設定頻率fr與所述當前工作頻率fm的大小調整電感器和電容器的通斷狀態。
14.優選地，根據所述目標設定頻率fr與所述當前工作頻率fm的大小調整電感器和電容器包括：
15.若所述當前工作頻率fm大于所述目標設定頻率fr，則調整電感器的通斷狀態；
16.若所述當前工作頻率fm小于所述目標設定頻率fr，則調整電容器的通斷狀態。
17.優選地，所述調整電感器的通斷狀態包括：
18.關閉固態繼電器k1；
19.所述可編輯邏輯控制器接收所述頻率轉電壓模塊發送的第一電壓模擬量信號，其中，所述第一電壓模擬量信號包括第一當前工作頻率f
ml
；
20.計算串聯接入電感量理想值l
x
與單元電感量l0的比值λ
l
，即
[0021][0022]
按照四舍五入的方式，比值λ
l
取最接近的整數值，記為k
l
；
[0023]
比較k
l
與2
n-1的大小，其中，n為所述電感器的數量；
[0024]
若k
l
大于2
n-1，則接通全部所述固態繼電器；
[0025]
若k
l
不大于2
n-1，則將k
l
根據二進制數值轉換方式轉換為以2為底的非負整數指數和的形式，即k
l
＝a0*20+a1*21+
…
+a
n-1
*2
n-1
，其中ai為0或1；
[0026]
當ai為0時，開通固態繼電器k
(i+1)
；
[0027]
當ai為1時，關閉固態繼電器k
(i+1)
。
[0028]
優選地，所述調整電容器的通斷狀態包括：
[0029]
關閉固態繼電器k
(n+1)
；
[0030]
所述可編輯邏輯控制器接收所述頻率轉電壓模塊發送的第二電壓模擬量信號，其中，所述第二電壓模擬量信號包括第二當前工作頻率f
mc
；
[0031]
計算串聯接入電容量理想值c
x
與單元電容量c0的比值λc，即
[0032][0033]
計算2
m-1
/λc，并按照四舍五入的方式取最接近的整數值，記為kc；
[0034]
比較kc與2
m-1的大小，其中，m為所述電容器的數量；
[0035]
若kc大于2
m-1，則接通全部所述固態繼電器；
[0036]
若kc不大于2
m-1，則將kc根據二進制數值轉換方式轉換為以2為底的非負整數指數和的形式，即kc＝b0*20+b1*21+
…
+b
m-1
*2
m-1
，其中bi為0或1；
[0037]
當bi為0時，開通固態繼電器k
(n+m-i)
；
[0038]
當bi為1時，關閉固態繼電器k
(n+m-i)
。
[0039]
優選地，所述設定頻率偏差為5％。
[0040]
本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：
[0041]
本技術提供一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法，該系統直接串接在電磁鍋爐中，通過控制固態繼電器的通斷來切換接入線路中的電感和電容，進而調整系統的電氣特性，改變電磁鍋爐的工作頻率，實現電磁鍋爐工作頻率的自主調節。電磁鍋爐工作頻率的自主調節能夠利于控制加熱工作的渦流效應滲透深度，為提升加熱效率提供基礎條件。另外，在產品設計研發與生產測試過程中，通過外部設備的控制能夠便于工作頻率的反復調整操作。本技術提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法適用于采用串聯諧振原理進行加熱工作的電磁鍋爐產品。
[0042]
應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發明。
附圖說明
[0043]
為了更清楚地說明本技術的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0044]
圖1為本發明實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統的外部連接示意圖；
[0045]
圖2為本發明實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統的內部組成示意圖；
[0046]
圖3為本發明實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法的流程示意圖；
[0047]
圖4為本發明實施例提供的調整電感器的通斷狀態的流程示意圖；
[0048]
圖5為本發明實施例提供的調整電容器的通斷狀態的流程示意圖。
具體實施方式
[0049]
請參考附圖1、2，附圖1、2分別示出了本技術實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統的外部連接示意圖和內部組成示意圖。本技術實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統安裝在電磁鍋爐的內部，其分別與加熱控制器、感應線圈相連接，并采用24v的直流電源作為工作電源。如附圖1所示，本技術實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統的功率輸入端a1、a2分別與加熱控制器的功率輸出端l1、l2相連接，以便于接收加熱控制器的輸出功率。變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統的功率輸出端b1、b2分別與感應線圈的首尾兩端c1、c2相連接，以便于給感應線圈提供變頻電能。另外，變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統還設有通信接口，如rs485通信接口，以便于與其他設備交互，實現接收控制指令、反饋工作狀態等功能。
[0050]
通常，電磁鍋爐的加熱控制器內部安裝有電容器，外部串接感應線圈，因此，加熱控制器的電容量主要由電容器的容量決定，感應線圈的電感量由感應線圈的材質、長度、線徑、繞線形式、繞線螺距以及加熱體的材質、外形、尺寸等因素決定。通常，加熱控制器采用串聯諧振電源生成變頻電能，進而生成感應磁場。對于串聯諧振電源，其諧振頻率為其中，l為負載電感量，c為負載電容量。
[0051]
如附圖2所示，本技術實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統包括：可編輯邏輯控制器、頻率轉電壓模塊、固態繼電器k0、多個固態繼電器ki和多個固態繼電器k
(i+n)
、
多個電感器以及多個電容器。
[0052]
其中，可編輯邏輯控制器u1為該系統的核心控制器件，其負責調控系統的運行?？删庉嬤壿嬁刂破鱱1分別電連接頻率轉電壓模塊t1、固態繼電器ki、固態繼電器k
(i+n)
。具體的，可編輯邏輯控制器u1通過通信接口連接外部設備，如通過rs485通信接口串接計算機或觸摸屏等外部設備，以便于接收外部設備的控制指令。可編輯邏輯控制器u1通過模擬量輸入接口電連接頻率轉電壓模塊t1，以接收頻率轉電壓模塊t1采集的頻率信息。可編輯邏輯控制器u1通過離散量輸出接口電連接固態繼電器ki、固態繼電器k
(i+n)
，以便于控制固態繼電器ki、固態繼電器k
(i+n)
的開關狀態。頻率轉電壓模塊t1用于采集加熱控制器功率輸出信號的頻率，將該頻率轉化為電壓模擬信號后傳輸至可編輯邏輯控制器u1。
[0053]
固態繼電器k0、多個固態繼電器ki和多個固態繼電器k
(i+n)
用于切換串聯線路，進而控制接入線路中的電感和電容。在本技術實施例中，每個固態繼電器ki均并聯一個電感器li，每個固態繼電器k
(i+n)
均并聯加熱控制器中的一個電容器ci。即，編號為ki(1≤i≤n)的固態繼電器與編號為li的電感器并聯，編號為k
(i+n)
(1≤i≤m)的固態繼電器與編號為ci的電容器并聯。同時，固態繼電器k0、固態繼電器ki以及固態繼電器k
(i+n)
串接，電感器li與電容器ci串接。串接的電感器li與電容器ci用于調整系統的電氣特性。較為優選地，本技術實施例中的固態繼電器k0、多個固態繼電器ki和多個固態繼電器k
(i+n)
均采用直流控制交流型固態繼電器。
[0054]
進一步，本技術實施例中，電感器的電感量和電容器的電容量均按幾何級數增長設置。具體的，記單元電感量為l0，則電感器l1的電感量為l0，電感器l2的電感量為2l0，
……
，電感器ln的電感量為2
n-1
·
l0。記單元電容量為c0，則電容器c1的電容量為c0，電容器c2的電容量為2c0，
……
，電容器cm的電容量為2
m-1
·
c0。
[0055]
如附圖3所示，本技術實施例還提供一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，該方法包括：
[0056]
s01：可編輯邏輯控制器將接收到的通信指令發送給固態繼電器k0、固態繼電器ki和固態繼電器k
(i+n)
，以使固態繼電器k0、固態繼電器ki和固態繼電器k
(i+n)
全部開通；其中，通信指令包括目標設定頻率fr。
[0057]
具體的，操作人員通過計算機或觸摸屏等外部設備向可編輯邏輯控制器u1發送通信指令，該通信指令包括目標設定頻率fr?？删庉嬤壿嬁刂破鱱1接收到通信指令后，通過離散量輸出接口發送給固態繼電器k0、固態繼電器ki和固態繼電器k
(i+n)
，以控制固態繼電器k0、固態繼電器ki和固態繼電器k
(i+n)
全部開通，此時，變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統接通加熱控制器和感應線圈。
[0058]
s02：可編輯邏輯控制器接收頻率轉電壓模塊發送的電壓模擬量信號，其中，電壓模擬量信號包括當前工作頻率fm。
[0059]
可編輯邏輯控制器u1通過模擬量輸入接口接收頻率轉電壓模塊t1發送的電壓模擬量信號，該電壓模擬量信號包括當前工作頻率fm。
[0060]
s03：計算目標設定頻率fr與當前工作頻率fm的差值f
m-fr。
[0061]
可編輯邏輯控制器u1計算目標設定頻率fr與當前工作頻率fm的差值f
m-fr。
[0062]
s04：若差值f
m-fr與目標設定頻率fr比值的絕對值小于等于設定頻率偏差，則保持當前固態繼電器的通斷狀態。
[0063]
若差值f
m-fr與目標設定頻率fr比值的絕對值小于等于設定頻率偏差，則保持當前固態繼電器的通斷狀態。在本技術實施例中，設定頻率偏差為5％，該數值的設置對電磁鍋爐工作特性無明顯影響的頻率偏差。即，若則保持當前固態繼電器的通斷狀態。
[0064]
s05：若差值f
m-fr與目標設定頻率fr的比值大于設定頻率偏差，則根據目標設定頻率fr與當前工作頻率fm的大小調整電感器和電容器的通斷狀態。
[0065]
若差值f
m-fr與目標設定頻率fr的比值大于設定頻率偏差，則需要根據目標設定頻率fr與當前工作頻率fm的大小確定調整電感還是調整電容。在本技術實施例中，當當前工作頻率fm大于目標設定頻率fr時，調整電感器的通斷狀態；當當前工作頻率fm小于目標設定頻率fr時，調整電容器的通斷狀態。
[0066]
如附圖4所示，本技術實施例中調整電感器的通斷狀態的方法包括：
[0067]
s051：關閉固態繼電器k1，以使電感器l1接入加熱控制器與感應線圈之間的回路；
[0068]
s052：可編輯邏輯控制器u1通過模擬量輸入接口接收頻率轉電壓模塊t1發送的第一電壓模擬量信號，其中，第一電壓模擬量信號包括第一當前工作頻率f
ml
；
[0069]
s053：計算串聯接入電感量理想值l
x
與單元電感量l0的比值λ
l
，即
[0070][0071]
s054：按照四舍五入的方式，比值λ
l
取最接近的整數值，記為k
l
；
[0072]
s055：比較k
l
與2
n-1的大小，其中，n為電感器的數量；
[0073]
s056：若k
l
大于2
n-1，則通過通信接口反饋提示信息“超出最大調節范圍”，同時接通全部固態繼電器；
[0074]
s057：若k
l
不大于2
n-1，則將k
l
表達為二進制數值形式，根據對應數位的數值，獲得參數組(a0,a1,
…
,a
n-1
)，將k
l
轉換為以2為底的非負整數指數和的形式，即k
l
＝a0*20+a1*21+
…
+a
n-1
*2
n-1
，其中ai為0或1；
[0075]
s058：當ai為0時，開通固態繼電器k
(i+1)
；
[0076]
s059：當ai為1時，關閉固態繼電器k
(i+1)
。
[0077]
如附圖5所示，本技術實施例中調整電容器的通斷狀態的方法包括：
[0078]
s051
′
：關閉固態繼電器k
(n+1)
，以使電容器cm串聯接入加熱控制器與感應線圈之間的回路；
[0079]
s052
′
：可編輯邏輯控制器u1通過模擬量輸入接口接收頻率轉電壓模塊t1發送的第二電壓模擬量信號，其中，第二電壓模擬量信號包括第二當前工作頻率f
mc
；
[0080]
s053
′
：計算串聯接入電容量理想值c
x
與單元電容量c0的比值λc，即
[0081][0082]
s054
′
：計算2
m-1
/λc，并按照四舍五入的方式取最接近的整數值，記為kc；
[0083]
s055
′
：比較kc與2
m-1的大小，其中，m為電容器的數量；
[0084]
s056
′
：若kc大于2
m-1，則通過通信接口反饋提示信息“超出最大調節范圍”，同時接
通全部固態繼電器；
[0085]
s057
′
：若kc不大于2
m-1，則將kc表達為二進制數值形式，根據對應數位的數值，獲得參數組(b0,b1,
…
,b
m-1
)，將kc轉換為以2為底的非負整數指數和的形式，即kc＝b0*20+b1*21+
…
+b
m-1
*2
m-1
，其中bi為0或1；
[0086]
s058
′
：當bi為0時，開通固態繼電器k
(n+m-i)
；
[0087]
s059
′
：當bi為1時，關閉固態繼電器k
(n+m-i)
。
[0088]
本技術實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法中，該系統直接串接在電磁鍋爐中，通過控制固態繼電器的通斷來切換接入線路中的電感和電容，進而調整系統的電氣特性，改變電磁鍋爐的工作頻率，實現電磁鍋爐工作頻率的自主調節。電磁鍋爐工作頻率的自主調節能夠利于控制加熱工作的渦流效應滲透深度，為提升加熱效率提供基礎條件。另外，在產品設計研發與生產測試過程中，通過外部設備的控制能夠便于工作頻率的反復調整操作。本技術實施例提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法適用于采用串聯諧振原理進行加熱工作的電磁鍋爐產品。
[0089]
本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里發明的公開后，將容易想到本發明的其它實施方案。本技術旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理并包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。
[0090]
應當理解的是，諸如“第一”和“第二”等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。本發明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發明的范圍僅由所附的權利要求來限制。
技術特征：
1.一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統，其特征在于，包括：可編輯邏輯控制器、頻率轉電壓模塊、固態繼電器k0、多個固態繼電器k
i
和多個固態繼電器k
(i+n)
，其中，所述可編輯邏輯控制器分別電連接所述頻率轉電壓模塊、所述固態繼電器k
i
、所述固態繼電器k
(i+n)
；每個所述固態繼電器k
i
均并聯一個電感器l
i
，每個所述固態繼電器k
(i+n)
均并聯加熱控制器中的一個電容器c
i
；所述固態繼電器k0、所述固態繼電器k
i
以及所述固態繼電器k
(i+n)
串接，所述電感器l
i
與所述電容器c
i
串接。2.根據權利要求1所述的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統，其特征在于，所述電感器的電感量和所述電容器的電容量均按幾何級數增長設置，所述電感器l
i
的電感量為2
i-1
·
l0，所述電容器c
i
的電容量為2
i-1
·
c0。3.一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，其特征在于，包括：可編輯邏輯控制器將接收到的通信指令發送給固態繼電器k0、固態繼電器k
i
和固態繼電器k
(i+n)
，以使所述固態繼電器k0、所述固態繼電器k
i
和所述固態繼電器k
(i+n)
全部開通；其中，所述通信指令包括目標設定頻率f
r
；所述可編輯邏輯控制器接收頻率轉電壓模塊發送的電壓模擬量信號，其中，所述電壓模擬量信號包括當前工作頻率f
m
；計算所述目標設定頻率f
r
與所述當前工作頻率f
m
的差值f
m-f
r
；若差值f
m-f
r
與所述目標設定頻率f
r
比值的絕對值小于等于設定頻率偏差，則保持當前固態繼電器的通斷狀態；若差值f
m-f
r
與所述目標設定頻率f
r
的比值大于所述設定頻率偏差，則根據所述目標設定頻率f
r
與所述當前工作頻率f
m
的大小調整電感器和電容器的通斷狀態。4.根據權利要求3所述的變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，其特征在于，根據所述目標設定頻率f
r
與所述當前工作頻率f
m
的大小調整電感器和電容器包括：若所述當前工作頻率f
m
大于所述目標設定頻率f
r
，則調整電感器的通斷狀態；若所述當前工作頻率f
m
小于所述目標設定頻率f
r
，則調整電容器的通斷狀態。5.根據權利要求4所述的變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，其特征在于，所述調整電感器的通斷狀態包括：關閉固態繼電器k1；所述可編輯邏輯控制器接收所述頻率轉電壓模塊發送的第一電壓模擬量信號，其中，所述第一電壓模擬量信號包括第一當前工作頻率f
ml
；計算串聯接入電感量理想值l
x
與單元電感量l0的比值λ
l
，即按照四舍五入的方式，比值λ
l
取最接近的整數值，記為k
l
；比較k
l
與2
n-1的大小，其中，n為所述電感器的數量；若k
l
大于2
n-1，則接通全部所述固態繼電器；若k
l
不大于2
n-1，則將k
l
根據二進制數值轉換方式轉換為以2為底的非負整數指數和的
形式，即k
l
＝a0*20+a1*21+
…
+a
n-1
*2
n-1
，其中a
i
為0或1；當a
i
為0時，開通固態繼電器k
(i+1)
；當a
i
為1時，關閉固態繼電器k
(i+1)
。6.根據權利要求4所述的變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，其特征在于，所述調整電容器的通斷狀態包括：關閉固態繼電器k
(n+1)
；所述可編輯邏輯控制器接收所述頻率轉電壓模塊發送的第二電壓模擬量信號，其中，所述第二電壓模擬量信號包括第二當前工作頻率f
mc
；計算串聯接入電容量理想值c
x
與單元電容量c0的比值λ
c
，即計算2
m-1
/λ
c
，并按照四舍五入的方式取最接近的整數值，記為k
c
；比較k
c
與2
m-1的大小，其中，m為所述電容器的數量；若k
c
大于2
m-1，則接通全部所述固態繼電器；若k
c
不大于2
m-1，則將k
c
根據二進制數值轉換方式轉換為以2為底的非負整數指數和的形式，即k
c
＝b0*20+b1*21+
…
+b
m-1
*2
m-1
，其中b
i
為0或1；當b
i
為0時，開通固態繼電器k
(n+m-i)
；當b
i
為1時，關閉固態繼電器k
(n+m-i)
。7.根據權利要求3所述的變頻電磁鍋爐工作頻率調控方法，其特征在于，所述設定頻率偏差為5％。
技術總結
本申請提供一種變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法，該系統直接串接在電磁鍋爐中，通過控制固態繼電器的通斷來切換接入線路中的電感和電容，進而調整系統的電氣特性，改變電磁鍋爐的工作頻率，實現電磁鍋爐工作頻率的自主調節。電磁鍋爐工作頻率的自主調節能夠利于控制加熱工作的渦流效應滲透深度，為提升加熱效率提供基礎條件。另外，在產品設計研發與生產測試過程中，通過外部設備的控制能夠便于工作頻率的反復調整操作。本申請提供的變頻電磁鍋爐工作頻率調控系統及方法適用于采用串聯諧振原理進行加熱工作的電磁鍋爐產品。聯諧振原理進行加熱工作的電磁鍋爐產品。聯諧振原理進行加熱工作的電磁鍋爐產品。
