CN102654290A - 多炉电磁炉装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多炉电磁炉装置及其操作方法,多炉电磁炉操作方法,应用于一多炉电磁炉装置;该多炉电磁炉装置至少包含一第一炉具及一第二炉具。该多炉电磁炉操作方法系控制该第一炉具及该第二炉具,使得该第一炉具及该第二炉具可同时在相同频率但不同占空比操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁炉装置及其操作方法,特别涉及一种多炉电磁炉装置及其操作方法。
背景技术
电感性负载(例如电磁炉)的消耗功率是与频率成反比;也即,功率越低,频率越高,而功率越高,频率越低。目前多炉电磁炉的操作方法,例如操作双炉电磁炉,是以两种不同频率操作电磁炉的双炉;例如第一炉的功率设定为1000W,第二炉的功率设定为2000W;则第一炉的操作频率就是第二炉的两倍;例如第一炉的操作频率为20KHz,第二炉的操作频率为10KHz。
上述现有技术主要的缺点是非常复杂,电磁炉内的微控制器工作负担非常沉重,因为微控制器必须控制多种不同的频率(例如操作双炉电磁炉时需控制两种不同的频率)。因此,如何能发明一种简便,能同时操作电磁炉的多炉且使用相同频率的技术,实为当前一重要课题。
发明内容
为改善上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种使用相同频率操作多炉的多炉电磁炉装置。
为改善上述现有技术的缺点,本发明的又一目的在于提供一种使用相同频率操作多炉的多炉电磁炉操作方法。
为改善上述现有技术的缺点,本发明的另一目的在于提供一种使用相同频率操作多炉的多炉电磁炉操作方法。
为达到本发明的上述目的,本发明的多炉电磁炉装置包含:一微控制器;一第一炉具,该第一炉具电性连接至该微控制器;及一第二炉具,该第二炉具电性连接至该微控制器。该微控制器控制该第一炉具及该第二炉具,使得该第一炉具及该第二炉具可同时在相同频率但不同占空比操作。
为达到本发明的上述又一目的,本发明的多炉电磁炉操作方法应用于一多炉电磁炉装置,该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具,该第一炉具具有一第一预设功率,该第二炉具具有一第二预设功率。该多炉电磁炉操作方法包含:该第一炉具从一预设频率开始扫频,以得到该第一预设功率所对应的一第一频率;该第二炉具从该预设频率开始扫频,以得到该第二预设功率所对应的一第二频率;比较该第一频率及该第二频率以得到一主要频率,其中,该主要频率不大于该第一频率或该第二频率;该第一炉具从该预设频率开始扫频至该主要频率,以得到对应该主要频率的该第一炉具的一第一主要功率;该第一预设功率除以该第一主要功率,以得到该第一炉具的一第一占空比;该第二炉具从该预设频率开始扫频至该主要频率,以得到对应该主要频率的该第二炉具的一第二主要功率;该第二预设功率除以该第二主要功率,以得到该第二炉具的一第二占空比;该第一炉具以该主要频率及该第一占空比操作;及该第二炉具以该主要频率及该第二占空比操作。
为达到本发明的上述另一目的,本发明的多炉电磁炉操作方法应用于一多炉电磁炉装置,该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具,该第一炉具具有一第一预设功率,该第二炉具具有一第二预设功率。该多炉电磁炉操作方法包含:该第一炉具从一预设频率开始扫频,以得到该第一预设功率所对应的一第一频率;该第二炉具从该预设频率开始扫频,以得到该第二预设功率所对应的一第二频率;选定该第二频率为一主要频率,其中,该第二频率小于该第一频率;该第一炉具从该预设频率开始扫频至该第二频率,以得到对应该第二频率的该第一炉具的一第一主要功率;该第一预设功率除以该第一主要功率,以得到该第一炉具的一第一占空比;该第一炉具以该第二频率及该第一占空比操作;及该第二炉具以该第二频率持续操作。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的多炉电磁炉装置方框图;
图2为本发明的多炉电磁炉操作方法的第一实施例流程图;
图3为对应本发明的多炉电磁炉操作方法的第一实施例的时序图;
图4A为本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例流程图;
图4B为本发明的多炉电磁炉操作方法的第三实施例流程图;
图5为对应本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例的时序图;
图6为本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例波形图;
图7为本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例改善后波形图;
图8为本发明的多炉电磁炉操作方法的第三实施例波形图;
图9为本发明的多炉电磁炉装置脉宽调变信号时序图;
图10为本发明的多炉电磁炉装置脉宽调变信号改善后时序图。
其中,附图标记
多炉电磁炉装置10
交流电源20
第一炉具102
第二炉具104
桥式整流器106
滤波电容器108
第一开关单元110
第二开关单元112
第一感应线圈114
第一电容116
第二电容118
第一电阻120
第三开关单元126
第四开关单元128
第二感应线圈130
第三电容132
第四电容134
第二电阻136
微控制器138
人机界面140
步骤S02~S40
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
本发明的多炉电磁炉装置及其操作方法应用于多炉的电磁炉;然为方便介绍其电路方框及操作原理,以下实施方式将以双炉的电磁炉作解说。
请参考图1,其为本发明的多炉电磁炉装置方框图。本发明的多炉电磁炉装置10应用于一交流电源20。该多炉电磁炉装置10包含一微控制器138、一第一炉具102、一第二炉具104、一人机界面140、一桥式整流器106及一滤波电容器108。
该第一炉具102包含一第一开关单元110、一第二开关单元112、一第一感应线圈114、一第一电容116、一第二电容118及一第一电阻120。
该第二炉具104包含一第三开关单元126、一第四开关单元128、一第二感应线圈130、一第三电容132、一第四电容134及一第二电阻136。
该微控制器138电性连接至该人机界面140、该桥式整流器106、该滤波电容器108、该第一开关单元110、该第二开关单元112、该第一电容116、该第二电容118、该第一电阻120、该第三开关单元126、该第四开关单元128、该第三电容132、该第四电容134及该第二电阻136。
该第一感应线圈114电性连接至该第一开关单元110、该第二开关单元112、该第一电容116及该第二电容118。该第二感应线圈130电性连接至该第三开关单元126、该第四开关单元128、该第三电容132及该第四电容134。该交流电源20电性连接至该桥式整流器106。
该第一开关单元110、该第二开关单元112、该第三开关单元126及该第四开关单元128可为绝缘栅极双极性晶体管(Insulation Gate Bipolar Transistor,IGBT)。该微控制器138是用以控制该第一炉具102及该第二炉具104,使得该第一炉具102及该第二炉具104可同时在相同频率但不同占空比操作。
占空比(Duty cycle,或称Mark-Space Ratio),是指在周期型的现象中,现象发生的时间与总时间的比;而对以脉冲序列操作的电磁炉而言,代表在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。
请参考图2,其为本发明的多炉电磁炉操作方法的第一实施例流程图;并请参考图3,其为对应本发明的多炉电磁炉操作方法的第一实施例的时序图。本发明的多炉电磁炉操作方法应用于一多炉电磁炉装置;该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具;该第一炉具具有一第一预设功率(例如由使用者设定功率为1000W),该第二炉具具有一第二预设功率(例如由使用者设定功率为2000W)。该多炉电磁炉操作方法包含下列步骤:
S02:该第一炉具从一预设频率(例如50KHz)开始扫频,以得到该第一预设功率(1000W)所对应的一第一频率(假设为20KHz)。
S04:该第二炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频,以得到该第二预设功率(2000W)所对应的一第二频率(假设为10KHz)。
S06:比较该第一频率(20KHz)及该第二频率(10KHz)以得到一主要频率(假设取5KHz)。该主要频率必需不大于该第一频率或该第二频率,否则无法满足该第一预设功率(1000W)或该第二预设功率(2000W)的需求(详细原因容后再述)。
S08:该第一炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频至该主要频率(5KHz),以得到对应该主要频率(5KHz)的该第一炉具的一第一主要功率(假设为4000W)。如现有技术所述,功率与频率成反比;若20KHz可得1000W,则可假设该第一主要功率为4000W。
S10:该第一预设功率(1000W)除以该第一主要功率(4000W),以得到该第一炉具的一第一占空比(1000W/4000W=1/4)。
S12:该第二炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频至该主要频率(5KHz),以得到对应该主要频率(5KHz)的该第二炉具的一第二主要功率(假设为4000W)。如现有技术所述,功率与频率成反比;若10KHz可得2000W,则可假设该第二主要功率为4000W。该第二主要功率理论上与该第一主要功率相同,实际上该第一炉具与该第二炉具有组件误差的关系,故仍需执行步骤S12以求得真实的该第二主要功率。
S14:该第二预设功率(2000W)除以该第二主要功率(4000W),以得到该第二炉具的一第二占空比(2000W/4000W=1/2)。
S16:该第一炉具以该主要频率(5KHz)及该第一占空比(1/4)操作。
S18:该第二炉具以该主要频率(5KHz)及该第二占空比(1/2)操作。
请再参考图1。该第一炉具102的电压可由该微控制器138测量该第一滤波电容器108及该第一电容116的共点而得;该第一炉具102的电流可由该微控制器138测量该第一电阻120的两端而得;于是可得功率值(因为功率等于电压乘以电流)。该第二炉具104的电压可由该微控制器138测量该第一滤波电容器108及该第三电容132的共点而得;第二炉具104的电流可由该微控制器138测量该第二电阻136的两端而得;于是可得功率值(因为功率等于电压乘以电流)。
由上述步骤可知,该主要频率(5KHz)必需不大于该第一频率(20KHz)或该第二频率(10KHz),否则无法满足该第一预设功率(1000W)或该第二预设功率(2000W)的需求;也就是说,因为电磁炉的消耗功率与频率成反比,若是该主要频率大于该第一频率或该第二频率,则无法以操作该主要频率来满足该第一预设功率或该第二预设功率。
以下将说明若选定该第二频率作为该主要频率的情况(该第二频率必须小于该第一频率,也即必须选择频率较低者)。请参考图4A,其为本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例流程图;并请同时参考图5,其为对应本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例的时序图。本发明的多炉电磁炉操作方法应用于一多炉电磁炉装置;该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具;该第一炉具具有一第一预设功率(例如由使用者设定功率为1000W),该第二炉具具有一第二预设功率(例如由使用者设定功率为2000W)。该多炉电磁炉操作方法包含下列步骤:
S02:该第一炉具从一预设频率(例如50KHz)开始扫频,以得到该第一预设功率(1000W)所对应的一第一频率(假设为20KHz)。
S04:该第二炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频,以得到该第二预设功率(2000W)所对应的一第二频率(假设为10KHz)。
S20:选定该第二频率(10KHz)为一主要频率,其中,该第二频率小于该第一频率。
S22:该第一炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频至该第二频率(10KHz),以得到对应该第二频率(10KHz)的该第一炉具的一第一主要功率(假设为2000W)。如前所述,功率与频率成反比;若20KHz可得1000W,则可假设该第一主要功率为2000W。
S24:该第一预设功率(1000W)除以该第一主要功率(2000W),以得到该第一炉具的一第一占空比(1000W/2000W=1/2)。
S26:该第一炉具以该第二频率(10KHz)及该第一占空比(1/2)操作。
S28:该第二炉具以该第二频率持续操作。
一般在操作电磁炉时,电磁炉的炉具若非一直开启,而是时开时关,则容易产生电源不稳定的现象,于是会发生例如电灯泡闪烁的情况;本发明的多炉电磁炉操作方法可避免此种电源不稳定情况,兹详述如下。
请参考图6,其为本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例波形图;可以看出市电在该第一炉具及该第二炉具均为开启时,电压振幅绝对值较小,而在该第一炉具关闭及该第二炉具为开启时,电压振幅绝对值较大;如此将造成市电的不稳定。
依据本发明,改善的方法为在该步骤S26中该第一炉具操作在该第二频率及该第一占空比,但启动时间不规则。请参考图7,其为本发明的多炉电磁炉操作方法的第二实施例改善后波形图。可以看出该第一炉具在第三个周期时开启与关闭的时间相反;如此可造成市电在第三个周期时的大小也受影响,因此不似图6的波形始终规律地在某一区域电压比较小,另一区域电压比较大,而是有所变化;此种变化将产生类似均衡的效果,因此可以改善市电不稳的状况。
依据本发明,另一种改善电源不稳定情况的方法如下:请参考图4B,其为本发明的多炉电磁炉操作方法的第三实施例流程图;并请参考图8,其为本发明的多炉电磁炉操作方法的第三实施例波形图。本发明的多炉电磁炉操作方法应用于一多炉电磁炉装置;该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具;该第一炉具具有一第一预设功率(例如由使用者设定功率为1000W),该第二炉具具有一第二预设功率(例如由使用者设定功率为2000W)。该多炉电磁炉操作方法包含下列步骤:
S02:该第一炉具从一预设频率(例如50KHz)开始扫频,以得到该第一预设功率(1000W)所对应的一第一频率(假设为20KHz)。
S04:该第二炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频,以得到该第二预设功率(2000W)所对应的一第二频率(假设为10KHz)。
S20:选定该第二频率(10KHz)为一主要频率,其中,该第二频率小于该第一频率。
S22:该第一炉具从该预设频率(50KHz)开始扫频至该第二频率(10KHz),以得到对应该第二频率(10KHz)的该第一炉具的一第一主要功率(假设为2000W)。如前所述,功率与频率成反比;若20KHz可得1000W,则可假设该第一主要功率为2000W。
S24:该第一预设功率(1000W)除以该第一主要功率(2000W),以得到该第一炉具的一第一占空比(1000W/2000W=1/2)。
S32:缩短在该第一炉具的该第一占空比的启动时间,以得到一缩短启动时间。
S34:以一第三频率操作该第一炉具的该缩短启动时间,其中该第三频率小于该第二频率。
S36:在该第一炉具的该缩短启动时间之前或之后,以一第四频率操作一缓冲启动时间,其中该第四频率大于该第二频率。
S38:在该缓冲启动时间,该第二炉具以该第四频率操作。
S40:非该缓冲启动时间,该第二炉具以该第三频率操作。
此种改善电源不稳定情况的方法的原理在于,当启动时间电压骤升或骤降,会造成电源不稳定;所以在电压骤升或骤降之前或之后加上一较小的电压,如此即可改善电源不稳定情况。
因为要产生一较小的电压(也即较小的功率),所以该第四频率大于该第二频率;而为了要达到原本设定的该第二预设功率,新的操作频率该第三频率必需稍小于该第二频率;为了要达到原本设定的该第一预设功率,既然新的操作频率该第三频率稍小于该第二频率,且又新增加以该第四频率操作该缓冲启动时间,故该缩短启动时间必需小于原本的该启动时间。
此外,请参考图9,其为本发明的多炉电磁炉装置脉宽调变信号时序图;并请参考图1。图9为该微控制器138发送脉宽调变信号以控制该第一开关单元110、该第二开关单元112、该第三开关单元126及该第四开关单元128时序图。
该第一开关单元110及该第二开关单元112在设计上不会同时开启,否则会造成短路,所以一定是一个开启另一个为关闭;同理,该第三开关单元126及该第四开关单元128一定也是一个开启另一个为关闭;且脉宽调变信号的间会有一短暂的空档时间(Dead Time)。
一般情况下,该微控制器138会同时发送脉宽调变信号以控制该第一炉具102(该第一开关单元110及该第二开关单元112)与该第二炉具104(该第三开关单元126及该第四开关单元128)。可是,这样会对该滤波电容器108造成严重的工作负载;因此在电路设计上,必需选用较为昂贵、能承担较重负载的电容以作为该滤波电容器108,否则容易造成损坏。
依据本发明,另一种改善的方法为:控制该第一炉具102的脉宽调变信号与控制该第二炉具104的脉宽调变信号错开;请参考图10,其为本发明的多炉电磁炉装置脉宽调变信号改善后时序图。如此可将工作负载较平均分配在不同时间(即,在原本的空档时间也进行工作),以减轻该滤波电容器108在同一时间的工作负载。
上述该些改善的方法并不限定要以该第二频率操作该第一炉具102及该第二炉具104,也可应用在以非该第二频率操作该第一炉具102及该第二炉具104时(即图2所述的情况)。
本发明的多炉电磁炉操作方法是以相同频率但不同占空比操作电磁炉的多炉,较现有技术更为简便,可大大降低多炉电磁炉内微控制器的工作负担。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种多炉电磁炉装置,其特征在于,包含:
一微控制器;
一第一炉具,该第一炉具电性连接至该微控制器;及
一第二炉具,该第二炉具电性连接至该微控制器,
其中,该微控制器控制该第一炉具及该第二炉具,使得该第一炉具及该第二炉具可同时在相同频率但不同占空比操作。
2.根据权利要求1所述的多炉电磁炉装置,其特征在于,该第一炉具包含:
一第一开关单元,该第一开关单元电性连接至该微控制器;
一第二开关单元,该第二开关单元电性连接至该微控制器;
一第一感应线圈,该第一感应线圈电性连接至该第一开关单元及该第二开关单元;
一第一电容,该第一电容电性连接至该第一感应线圈及该第一开关单元;
一第二电容,该第二电容电性连接至该第一感应线圈及该第二开关单元;及
一第一电阻,该第一电阻电性连接至该微控制器。
3.根据权利要求2所述的多炉电磁炉装置,其特征在于,该第二炉具包含:
一第三开关单元,该第三开关单元电性连接至该微控制器;
一第四开关单元,该第四开关单元电性连接至该微控制器;
一第二感应线圈,该第二感应线圈电性连接至该第三开关单元及该第四开关单元;
一第三电容,该第三电容电性连接至该第二感应线圈及该第三开关单元;
一第四电容,该第四电容电性连接至该第二感应线圈及该第四开关单元;及
一第二电阻,该第二电阻电性连接至该微控制器。
4.根据权利要求3所述的多炉电磁炉装置,其特征在个地,还包含:
一人机界面,该人机界面电性连接至该微控制器;
一桥式整流器,该桥式整流器电性连接至该微控制器;及
一滤波电容器,该滤波电容器电性连接至该微控制器。
5.一种多炉电磁炉操作方法,应用于一多炉电磁炉装置,该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具,该第一炉具具有一第一预设功率,该第二炉具具有一第二预设功率,其特征在于,该多炉电磁炉操作方法包含:
a.该第一炉具从一预设频率开始扫频,以得到该第一预设功率所对应的一第一频率;
b.该第二炉具从该预设频率开始扫频,以得到该第二预设功率所对应的一第二频率;
c.比较该第一频率及该第二频率以得到一主要频率,其中,该主要频率不大于该第一频率或该第二频率;
d.该第一炉具从该预设频率开始扫频至该主要频率,以得到对应该主要频率的该第一炉具的一第一主要功率;
e.该第一预设功率除以该第一主要功率,以得到该第一炉具的一第一占空比;
f.该第二炉具从该预设频率开始扫频至该主要频率,以得到对应该主要频率的该第二炉具的一第二主要功率;
g.该第二预设功率除以该第二主要功率,以得到该第二炉具的一第二占空比;
h.该第一炉具以该主要频率及该第一占空比操作;及
i.该第二炉具以该主要频率及该第二占空比操作。
6.一种多炉电磁炉操作方法,应用于一多炉电磁炉装置,该多炉电磁炉装置包含一第一炉具及一第二炉具,该第一炉具具有一第一预设功率,该第二炉具具有一第二预设功率,其特征在于,该多炉电磁炉操作方法包含:
a.该第一炉具从一预设频率开始扫频,以得到该第一预设功率所对应的一第一频率;
b.该第二炉具从该预设频率开始扫频,以得到该第二预设功率所对应的一第二频率;
c.选定该第二频率为一主要频率,其中,该第二频率小于该第一频率;
d.该第一炉具从该预设频率开始扫频至该第二频率,以得到对应该第二频率的该第一炉具的一第一主要功率;
e.该第一预设功率除以该第一主要功率,以得到该第一炉具的一第一占空比;
f.该第一炉具以该第二频率及该第一占空比操作;及
g.该第二炉具以该第二频率持续操作。
7.根据权利要求6所述的多炉电磁炉操作方法,其特征在于,该步骤f为该第一炉具操作在该第二频率及该第一占空比,但启动时间不规则。
8.根据权利要求6所述的多炉电磁炉操作方法,其特征在于,还包含:
h.缩短在该第一炉具的该第一占空比的启动时间,以得到一缩短启动时间;及
i.以一第三频率操作该第一炉具的该缩短启动时间,其中该第三频率小于该第二频率。
9.根据权利要求8所述的多炉电磁炉操作方法,其特征在于,还包含:
j.在该第一炉具的该缩短启动时间之前或之后,以一第四频率操作一缓冲启动时间,其中该第四频率大于该第二频率。
10.根据权利要求9所述的多炉电磁炉操作方法,其特征在于,还包含:
k.在该缓冲启动时间,该第二炉具以该第四频率操作。
11.根据权利要求10所述的多炉电磁炉操作方法,其特征在于,还包含:
l.非该缓冲启动时间,该第二炉具以该第三频率操作。
12.根据权利要求6所述的多炉电磁炉操作方法,其特征在于,控制该第一炉具的脉宽调变信号与控制该第二炉具的脉宽调变信号错开。
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