[发明专利]在包括磁耦合感应器的设备中实施感应加热的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在用于加热诸如薄板或条状之类金属零件的设备中实施感应加热的方法，所述设备包括磁耦合感应器。通过磁耦合意味着所述电感器彼此之间产生相互感应。

背景技术

当要加热的零件始终是同一类型和相同尺寸时，较为传统的感应加热技术使用令人满意的配置。然而，工业日益需要灵活性和生产效率。在生产线连续运行期间，需要进行调整来适应要加热的零件的位置或规格的改变，并需要根据这一改变来调整期望的温度曲线。

现有技术有可能控制每个注入功率区的加热，但是在加热区中的温度曲线的控制依然涉及线圈的几何设计以及它们的供电方法，主要通过注入它们的电流的幅值变化。这些电流的确定以及由此产生的校正非常有助于由于相互感应而存在于线圈之间的磁耦合，各个上电线圈都会对其它所有线圈产生影响。在不考虑可能对频率发生器产生不利影响的情况下，例如组件的损坏，磁耦合使得对被加热零件的温度曲线的控制变得极为困难。

专利申请WO00/28787A1描述了一种适用于通过感应线圈来加热管状金属零件的系统，该感应线圈由连接着逆变器类型的电源的减光器类型的开关电路的中间部分供电。控制电路有可能改变由电源注入各个线圈的功率持续时间，以便根据所期望的温度曲线来分别加热金属零件的不同区域。因此，可以“全部或一个也不”的方式将功率注入到线圈中，即，可以防止一个周期对应于逆变器信号的多个周期。然而，此系统也有缺陷，并且具体为它有可能只能控制各个线圈所产生的平均功率而不能精确控制被加热的零件中由线圈所形成的温度曲线。此外，该文献揭示了线圈和逆变器的连接必须达到根据负载和期望获得的温度曲线所定义的一定程度。再者，此文献没有提及电路之间的磁耦合或者不受它们影响或将它们考虑在内的方式。

发明内容

本发明的目的在于克服这些缺陷并提供一种加热方法，它既考虑不同感应器之间又考虑感应器和要加热的零件之间的大量耦合，从而有可能以良好的准确度来控制感应器所形成的温度曲线。本发明的一个特殊目的是通过作用于为感应器供电的逆变器的控制而无需调整感应器的结构，就能够将加热实时调整至不同的期望温度曲线。

为此，本发明涉及一种在用于加热金属零件的设备中实施感应加热的方法，所述设备包括磁耦合感应器，每个感应器由与电容器关联从而形成振荡电路的专用逆变器供电，所述振荡电路具有至少近似相同的谐振频率，每个逆变器由控制单元控制以改变流过相应感应器的电流的幅值和相位，所述设备还包括用于确定所述电流的装置以及用于确定所述金属零件的实际温度曲线的装置，所述方法包括以下步骤：

a)比较所述实际温度曲线与参考温度曲线并计算所述加热设备必须注入所述零件以实现所述参考温度曲线的参考功率强度曲线；

b)根据由将所述感应器彼此之间以及与所述零件相关联的电磁关系的知识以及由表示由感应器所产生的电流强度与流过感应器的电流之间关系表示的向量图像函数的知识所确定的阻抗矩阵，计算所述逆变器必须产生的目标电流，以使感应器的电流达到适于将所述参考功率强度参数注入所述零件的目标值；

c)确定流过感应器的电流。以将它们与所述目标值作比较并确定要校正的电流偏差，以及根据所述电流偏差将校正指令发送至所述控制单元，以便控制所述逆变器从而校正流过感应器的电流。

归因于这些设置，获得对应用于被加热零件的温度曲线的精确控制，这对于使用同样的设备加热多个不同尺寸和种类的零件来说是理想的。

在根据本发明的加热方法的优选实施例中，具体实现了下述设置中的一项或其它多项：

确定所述电容器的电容，并且所述阻抗矩阵与电容向量相关；

根据所述感应器和所述零件所给定的初始平均温度来确定所述阻抗矩阵的初始值，然后以变化或周期的时间间隔来确定根据所述平均温度的至少一个增加值所修改的阻抗矩阵，并且所述修改的阻抗矩阵可用于重新计算所述目标值；

在连续实施步骤(a)和(b)之后，至少实施一次步骤(c)，以便减少所需校正的电流偏差，然后根据更新的该零件的不同加热区的温度测量值的所述实际温度曲线，至少重复执行一次步骤(a)、(b)和(c)；

对于通过在步骤(b)中计算所述目标值的确定来说，归因于所述向量图像函数的知识，依据注入功率强度的零件区域的空间特性来计算所述功率强度的图像函数，并且通过最小化功率强度的所述图像函数和对应于所述参考功率强度曲线的参考功率强度函数之间的差值来计算所需确定的目标电流的优化向量。