CN202818656U - 一种多段控制的电磁感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种多段控制的电磁感应加热装置。由电网供电，通过单相整流或三相全桥整流滤波，得到半桥或全桥逆变所需要的直流电压。通过嵌入控制系统，驱动全桥或半桥逆变，产生中频或高频交流。中频或高频交流，通过多个电气开关，连接到多个谐振线圈加热阵列。根据加热需要，通过嵌入控制系统的控制，可接通或断开各加热谐振回路，从而实现变功率加热或分段独立控制加热。本装置采用一个主机控制，从而避免了传统加热系统，采用多个独立主机导致的相互磁通干扰，引起的“死机、炸机”的问题，可靠性和稳定性得到极大的提高。

Description

一种多段控制的电磁感应加热装置

技术领域

本实用新型属于电加热领域，尤其涉及采用电磁感应方法进行电加热的，一种多段感应线圈加热控制、及功率调节装置。

电磁感应加热装置，适合替代传统电热丝，电热线，电热管，红外石英管，陶瓷等电加热方式，以及传统燃煤、燃油、燃气等加热方式，具有电气安全，长寿命，传热热阻小，温差低，热能密度高，功率大，超高温加热，节能等优点。中频或高频感应线圈磁通变化，在被加热金属内形成磁滞损耗和涡流损耗，产生热能，不存在电热丝高温通过导热绝缘云母传导的温差和热阻，因此不存在电热丝的高温烧断问题，和电气绝缘老化等安全问题。

本多段控制的电磁感应加热装置，采用同一主机(MCU)控制多段线圈的加载和卸载，解决了传统电磁功率难以控制和调节，以及多主机(MCU)多线圈间，磁通干扰导致的“炸管”烧机问题。使用多段控制的电磁感应加热装置，可实现多线圈功率叠加，和各自的温度(功率)精细控制，加热功率不受单位面积功率密度限制，功率控制更加方便，因此应用更为广泛。

本多段控制的电磁感应加热装置，具有多段独立加热，以及分档加热功能，可广泛用于工业即热式电热水器，民用即热式电热水器，太阳能加热伴侣，无容器锅炉，无容器蒸汽发生器，管道加热，以及工业热处理等的加热功率控制。尤其适合于具有磁通串扰的多段独立线圈(加热料筒)加热节能工程，如注塑机感应加热，塑料用吹膜机，拉丝机，造粒机，橡胶用挤出机，硫化机，电缆生产挤出机加热，以及多线圈叠加大功率中频炉加热节能控制。

本多段控制的电磁感应加热装置，由于采用一个主机(MCU)逆变，通过电气开关连接多个加热线圈，与传统一个线圈由一个MCU控制比，解决了相互干扰“炸机”损坏问题。本多段控制的电磁感应加热装置，对解决目前采用传统注塑机感应加热节能中，普遍出现的可靠性低，容易烧毁控制器，影响注塑厂正常生产等问题，提供了一个非常理想的技术方案。

背景技术

在注塑机等工业加热方面，许多节能公司几年前，就开始这方面的电磁加热节能工作。但由于这类电磁感应加热，具有多段多温控加热特点，大部分这类电磁加热产品，采用一段一个主控制(MCU)控制方式，由于磁通相互串扰，导致控制器“炸管”烧毁。国内许多电磁加热产品厂商经过多年的努力，依然没能解决这类产品的可靠性，稳定性问题。

注塑机等多段控温工业加热的特点是：

1、一个加热“炮筒”多段加热，各段独立温度设置和加热控制。

2、高温加热，被加热工件温度300度，如果采用电热丝通过绝缘导热材料加热，电热丝温度高达700度以上。

3、采用电磁感应加热，多个独立感应线圈间具有相同的磁通路而相互干扰。

采用感应加热方式，可在“加热料筒”外敷设高保温材料，在保温材料外绕制线圈，通过高频感应逆变，在线圈中产生高频电流，因而在“加热料筒”内部直接产生涡流而直接加热。热量不散发在空气中，因而热效率高，车间温度环境得到改善。对类似工业加热，电磁感应加热应当是非常理想的高效节能加热方式，加热部分的节能率在30％-70％之间。

然而，对这种需要多段加热或需要分档功率控制的电加热领域，目前，许多市场上的感应加热控制产品，简单套用“家用电磁灶”电路，将多个传统电阻加热发热盘，用多个相互独立的“家用电磁灶”取代，由于多个单片机(MCU)系统间相互干扰，导致感应加热控制器寿命短，烧毁严重。目前出现产品质量低劣，低价竞争，各产品提供公司没有将主要精力放在“感应加热”的理论模型的研究和产品质量的改进上，而是采用相互抄袭，低价销售方式，一旦装机“炸管”(IGBT)，将责任推到经销商方面，说经销商对设备调试出问题，此时厂家却不提供“理想”的调试方法。多年来这样运作，给用能单位形成不良印象，市场普遍“做砸”，部分安装的感应加热节能设备也由于质量问题，全部拆除，导致目前电磁注塑、挤拉、吹膜行业感应加热应用几乎还是空白，严重影响电磁感应加热节能在这些领域的推广使用。

几年过去了，这种现象依然没有得到改善，经销商和庞大的注塑机等能耗企业，一直盼望有可靠的，按“工业级、军用级”要求，经久耐用的电磁加热节能技术出现。

发明内容

针对目前电磁感应加热在注塑、挤拉、吹膜等行业应用出现的质量问题，迫切需要解决的技术问题有：

1、适应多段感应线圈，独立(温度)功率控制的感应加热方法。

2、对多段线圈控制，用同一个主机(MCU)，同一个高频逆变系统进行高频逆变，解决多单片机(MCU)间相互串扰引起的“烧机、炸管”问题。

3、对多个线圈控制，线圈间存在磁通耦合，需要解决磁通相互串扰引起的系统稳定问题。

为了实现电磁感应加热安全、可靠、稳定等问题，本实用新型的技术方案是：

1、采用同一主机(MCU)产生高频逆变，磁路中磁通一致，以避免多单片机相互干扰问题。

2、通过多个继电器或接触器或固态继电器，接通或切断多个感应线圈回路，以控制各自的线圈段进行加热与停止加热。解决多段加热各自(温度)功率控制和调节的问题。

3、对存在磁通耦合的线圈，确认同名端连接极性，使交变磁场同极性叠加，避免相互串扰。

如图1至图4中，[1]为整流桥，[2]为滤波电容，泄放电阻以及过压保护元件，[3]为逆变左半桥，[4]为电力电子逆变右半桥，[5]为隔离电容，[6]为分档/功率切换开关，[7]为由电容和加热感应线圈串联组成的“加热线圈电容谐振组件”阵列。

其中，[1]可以是单相全桥，或三相全桥，[3]可以是2个电容串联组成的分压半桥，或电力电子器件IGBT/MOS管串联组成的半桥。

“高频逆变回路”由[1]，[2]，[3]，[4]，[5]组成。“逆变输出功率回路”由分档/功率切换开关[6]陈列，和加热感应线圈电容谐振[7]陈列组成。

各线圈电容谐振[7]，串联分档/功率切换开关[6]后，并行连接到“高频逆变回路”的输出端。

分档/功率切换开关[6]可以是接触器、继电器，或固态继电器，标注为[5]的隔离电容，根据情况，可以保留或去除，不影响高频交流的输出。

本实用新型控制器的工作过程如下：

电网电源单相220V或三相380V，经[1]整流后得到直流母线电压，通过[2]滤波保护后供2个半桥[3]、[4]。半桥[4]为电力电子器件IGBT/MOS管串联构成的半桥。当半桥[3]为电容分压桥时，2个半桥工作在“半桥逆变”模式，当半桥[3]由电力电子器件IGBT/MOS管串联构成的半桥时，2个桥工作在“全桥逆变”模式。

逆变输出功率，经[5]隔离或直接输出，通过“分档/功率”切换开关[6]，连接多个“加热线圈电容谐振组件”[7]。

在同一磁路上工作的多感应线圈，注意确认同名端，确保磁通正向叠加，以免功率相互抵消，以及“磁路/电路”短路。

根据需要，接通或断开“分档/功率”切换开关[6]，获得各段所各自需要的加热功率和温度。

与现有多感应线圈采用多个单片机(MCU)各自控制相比，本实用新型的优点为：

(1)采用一个主机(MCU)逆变控制输出，个段线圈通过切换开关断开或闭合，消除了多个独立控制器(MCU)间的不同步干扰和磁通短路，工作安全可靠。

(2)一个主逆变控制器，体积小重量轻，采用原有多个“温控器”作为信号源，实现独自的“透明”控制，不影响原有设备的温度控制精度。

(3)控制器和线圈寿命长，工作安全可靠。线圈工作在常温状态，各段间工作无相互干扰，与传统电磁加热设备比，设备可靠性大大提高。

(4)可优化注塑机等设备的结构，降低设备成本。对新生产的注塑机等，由于不受3.5W/平方厘米制约，因此可根据需要，改进注塑机结构，提升产品性能。

附图说明

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明。

图1、图2、图3、图4，为本实用新型所述的电磁感应加热控制装置的电气原理图。

[1]为整流桥，[2]为滤波电容，泄放电阻以及过压保护元件，[3]为逆变左半桥，[4]为逆变右半桥，[5]为隔离电容，[6]为分档/功率切换开关，[7]为谐振线圈电容组件。

具体实施方式

如图1为本实用新型的实施例。当交流供电通电时，通过整流桥[1]，由滤波电容，泄放电阻以及过压保护元件[2]，得到稳定的直流电压供[3]、[4]组成的全桥。

在嵌入控制系统的驱动下，全桥逆变获得中频或高频交流，[5]为隔离电容，逆变输出功率通过多个“分档/功率切换开关”[6]，供给多个感应加热输出回路，即各谐振负载阵列。在嵌入控制系统的控制下，根据传感器信号，实时控制分档/功率切换开关[6]，接通或断开加热谐振线圈组件[7]，实现变功率电磁加热或多段独立加热。

根据功率匹配和性价比需要，也可适当选择如图2-图4的实施方案。

Claims (4)

1.一种多段控制的电磁感应加热装置，由整流桥，滤波电容，泄放电阻以及过压保护元件，左逆变半桥，右逆变半桥，组成高频逆变回路，由分档/功率切换开关陈列，功率线圈电容谐振组件阵列，组成逆变输出功率回路，其特征是：逆变输出功率回路由多个分档/功率切换开关，并行控制多个线圈电容谐振负载组成。

2.根据权利要求1所述的一种多段控制的电磁感应加热装置，其特征是：其中分档/功率切换开关由继电器组成。

3.根据权利要求1所述的一种多段控制的电磁感应加热装置，其特征是：其中分档/功率切换开关由接触器组成。

4.根据权利要求1所述的一种多段控制的电磁感应加热装置，其特征是：其中分档/功率切换开关由“固态继电器”组成。

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