CN101207948B

CN101207948B - 电子加热装置

Info

Publication number: CN101207948B
Application number: CN2007101146034A
Authority: CN
Inventors: 刘利军
Original assignee: SHANDONG RUISIGAOCHUANG CO Ltd
Current assignee: SHANDONG RUISIGAOCHUANG CO Ltd
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: CN101207948A

Abstract

本发明公开了一种电子加热装置，包括三相整流电路，与三相整流电路连接的高压直流滤波电路，与高压直流滤波电路连接的高频逆变电路，与高频逆变电路接有高温加热线圈，及高频逆变控制电路和高频逆变控制电路电源；本发明所设计的加热方式在同等条件下比电阻式加热节电约50％～80％，同时加热更快更均匀，预热时间比电阻式加热方式缩短近2/3，由于电热转换效率的提高(可高达95％以上)，从而可节约大量的电能，减少生产费用，降低生产成本，增强产品的竞争力，可为企业带来巨大的经济效益。所以，高效电子加热装置的加热技术是传统电阻式加热方式的最佳替代技术和替代产品。

Description

电子加热装置

技术领域

本发明涉及一种加热装置。

背景技术

随着我国工业的快速发展，国内电力供应日趋紧张，使得电费持续上涨，传统的电加热方式给产品降低成本带来了不利的影响，增加了企业的负担。因此，提高加热装置效率，节能降耗现已成为亟需解决的技术难题。

传统的电加热装置的发热源为电阻丝或电热带，广泛应用于塑料、橡胶制品、化工、医药等行业，工作时温度高有明火，在空气中易氧化、寿命短，电阻丝与加热体是由绝缘层分开为间接加热，所以加热慢且效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够取代传统电阻式加热方式、利用“交-直-交”电子逆变控制技术及缠绕在铁制料筒上的高温导线通过高频变化的磁场进行加热的电子加热装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电子加热装置，包括三相整流电路，与三相整流电路连接的高压直流滤波电路，与高压直流滤波电路连接的高频逆变电路，与高频逆变电路接有高温加热线圈，及高频逆变控制电路和高频逆变控制电路电源，其中：

所述高频逆变电路包括逆变功率模块IGBT1和IGBT2，来自高压直流滤波电路的电源正极连接IGBT1模块的集电极，IGBT1模块的发射极连接IGBT2模块的集电极，IGBT2的发射极连接高压直流滤波电路的电源负极，连接在逆变模块IGBT1的尖脉冲吸收电阻R18和吸收电容C3，连接在逆变模块IGBT2的尖脉冲吸收电阻R19和吸收电容C4；

所述高频逆变控制电路包括高频脉冲波形产生电路，与所述高频脉冲波形产生电路连接的高频逆变驱动电路，所述高频逆变驱动电路的输出端连接至高频逆变电路的控制端。

作为一种改进，所述高频脉冲波形产生电路包括并接在高温加热线圈两端的输出信号指示灯电路R20和LED1以及电压取样变压器T2，T2的输出端连接二极管VD12，VD12连接电容C7以及可调电阻RP1，电阻R3，R3的另一端连接电阻R4和集成电路IC1的1脚，集成电路IC1的2脚连接电阻R2和R5，集成电路IC1的6脚接电阻R8，集成电路IC1的7脚接电容C8，集成电路IC1的9脚连接电容C9，集成电路IC1的10脚连接电阻R28，集成电路IC1的4、5、8脚以及C7、RP1、R4、R5、R8、C8、C9、R28的另一端与公共点连接在一起，集成电路IC1的16脚输出+5V电压连接电阻R2。集成电路IC1的12脚、13脚分别连接电阻R6、R7，R6和R7的另一端与集成电路IC1的15脚相连并接入+12V电源，集成电路IC1的11脚、14脚为脉冲波形的输出端，该输出端连接高频逆变驱动电路，所述集成电路IC1为运算放大器LM3524。

作为进一步的改进，所述高频逆变驱动电路包括与所述集成电路IC1脉冲波形的输出端的11脚、14脚连接的集成电路IC2的1、2、5、6脚以及电阻R9、R10、R13、R14，集成电路IC2的3脚连接电阻R11、R12，集成电路IC2的4脚连接电阻R15、R16，电阻R10、R12、R14、R16的另一端分别连接三极管VT1、VT2、VT3、VT4的基极，三极管VT1、VT3的集电极连接电阻R17，R17的另一端接+12V电源，电阻R9、R11、R13、R15的另一端以及VT2、VT4的发射极共同与公共点地相连，VT1的发射极与VT2的集电极相连后连接脉冲变压器T3的输入绕组，T3的输入绕组另一端连接VT3的发射极和VT4的集电极，T3的输出端分别连接高频逆变电路中的IGBT1、IGBT2模块的栅极G1和G2。

作为一种改进，它还包括过流保护电路。

作为进一步的改进，所述过流保护电路包括接在高压直流滤波电路中的C2负极上的电阻R1和二极管VD7的阳极并与公共点地相连，电阻R1的另一端和二极管VD7的阴极连接高频逆变电路IGBT2模块的发射极同时连接电阻R21、二极管VD13的阳极，VD13的阴极连接电阻R22，R22的另一端连接电容C10、可调电阻RP2，可调电阻RP2的调整端连接电容C11、电阻R23，电阻R23另一端连接电阻R25和集成电路IC4中A1的3脚，A1的2脚与电阻R24、稳压管DW1的阴极相连，电阻R24的另一端接+5V电源，A1的1脚连接电阻R25的另一端和二极管VD14的阳极，二极管VD14的阴极连接集成电路IC1的10脚，电阻R21、电容C10、电容C11、可调电阻P2的另一端以及DW1的阳极共同连接公共点地，二极管VD14的阴极连接集成电路IC1的10脚和报警电路。

作为一种改进，它还包括逆变模块过热保护电路。

作为进一步的改进，所述逆变模块过热保护电路包括集成电路IC4中的A2，A2的5脚连接电阻R30、R32以及热敏电阻RT，电阻R30的另一端连接A2的7脚以及电阻R29、VD15的阳极，VD15的阴极连接集成电路IC1的10脚和报警电路，电阻R29的另一端接发光二极管LED3的阳极，A2的6脚接电阻R31及二极管DW2的阴极，电阻R31和热敏电阻RT的另一端接+12V电源，LED3的阴极、DW2阳极、R32的另一端与公共地相连。

作为进一步的改进，所述报警电路包括与集成电路IC1的10脚相连的电阻R26，电阻R26的另一端接三极管VT5的基极，三极管VT5的集电极连接LED2的阳极和蜂鸣器BL的一端，LED2的阳极接电阻R27，电阻R27的另一端和蜂鸣器BL的另一端接+12V电源，三极管VT5的发射极接公共地。

作为进一步的改进，所述三相整流电路的前端连接三相交流短路过流保护开关DK。

由于采用了上述技术方案，本发明所设计的加热方式在同等条件下比电阻式加热节电约50％～80％，同时加热更快更均匀，预热时间比电阻式加热方式缩短近2/3，由于电热转换效率的提高(可高达95％以上)，从而可节约大量的电能，减少生产费用，降低生产成本，增强产品的竞争力，可为企业带来巨大的经济效益。所以，高效电子加热装置的加热技术是传统电阻式加热方式的最佳替代技术和替代产品。

附图说明

图1是本发明实施例的原理框图；

图2是本发明实施例的电气原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，高效电子加热装置，包括三相整流电路1，与三相整流电路1的输入端以及三相电源的零线N连接直流稳压电路5与三相整流电路连接的高压滤波电2及过流保护电路8，高压直流滤波电路2连接高频逆变电路3，高频逆变电路3接有高温加热线圈4及高频脉冲波形产生电路6，高频脉冲波形产生电路6连接高频逆变驱动电路7，过流保护电路8和逆变模块过热保护电路9连接的过流及逆变模块过热报警电路10。

所述的三相整流电路包括三相交流短路过流保护开关DK接在保护开关后的整流二极管VD1～VD6。

所述的高压直流滤波电路包括滤波电感L1接在滤波电感L1后的滤波电容C1、C2。

所述的高频逆变电路包括逆变功率模块IGBT1、IGBT2，接在逆变模块IGBT的尖脉冲吸收电阻R18、R19和吸收电容C3、C4。

所述的高温加热线圈，在应用中是将测算好的高温绝缘导线缠绕在被加热的铁质料筒(或其它形式的铁质材料)上所制成的线圈。

所述的直流稳压电路包括降压变压器T1，接在变压器T1输出端的整流桥VD8～VD11，接在整流桥输出端的集成稳压块IC3滤波电容C5、C6且其公共接点接地。

所述的高频脉冲波形产生电路包括输出信号指示电路R20、LED1，接在输出信号指示电路上的信号取样变压器T2，接在信号取样变压器T2输出端的集成电路IC1，接在集成电路IC1外围电阻R2～R8、R28、RP1、电容C7～C9、二极管VD12。

所述的高频逆变驱动电路包括数字集成电路IC2，接在数字集成电路IC2上的电阻R9～R16，接在电阻R10、R12、R14、R16上的晶体三极管VT1～VT4，接在晶体三极管VT1～VT4上的电阻R17、驱动变压器T3。

所述的过流保护电路包括过流取样电阻R1，接在取样电阻R1上的二极管VD7、VD13，电阻R23，接在二极管VD13的电阻R22，接在电阻R22的电容C10，可调电阻RP2，接在可调电RP2阻的电容C11电阻R23接在电阻R23的集成电路IC4(A1)，接在集成电路IC4(A1)外围电阻R24、R25、二极管VD14、稳压二极管DW1。

所述的逆变模块过热保护电路包括集成电路IC4(A2)，集成电路IC4(A2)连接的外围电阻R29～R32，热敏电阻RT，二极管VD15，稳压二极管DW2，R29连接的过热指示灯LED3。

所述的过流及逆变模块过热报警电路包括电阻R26，电阻R26所接的三极管VT5，三极管VT5连接的报警指示灯电路LED2、R26以及蜂鸣器BL。

下面对本发明作详细的说明，高效电子加热装置由三相整流稳压电路，高压直流滤波电路，高频逆变电路，高温加热线圈，直流稳压电路，高频脉冲波形产生电路，高频逆变驱动电路，过流保护电路，逆变模块过热保护电路，过流及逆变模块过热报警电路所组成。三相整流电路包括输入三相交流380V端子U、V、W，，通过空气开关DK连接六个整流二极管VD1至VD6，其作用是将三相380V50HZ的交流电经过二极管后转变为脉动的高压直流电。经三相整流后接有高压直流滤波电路，电感L1，滤波电容C1、C2组成，其作用是将脉动的直流电转变为平滑的直流电经滤波后的高压直流再接入到高频逆变电路，该电路由IGBT1、R18、C3、IGBT2、R19、C4所组成，其作用是把直流电经IGBT模块逆变转换成20KHZ～40KHZ高频交流电，完成“交-直-交”变换。经高频逆变电路输出连接高温加热线圈，该加热线圈是采用高温绝缘导线缠绕在被加热的铁质料筒或其它形式的铁质加热体上所制成的线圈，其作用是：电逆变电路输出的交流高频电流，通过高温加热线圈产生交变高频磁场，利用被缠绕在线圈上的加热料筒铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞，摩擦产生的热能来加热筒内的物体。直流稳压电路由降压变压器T1，整流二极管VD8～VD11，电容C5、C6，集成稳压块IC3组成，其主要作用是不受电源波动的影响供给内部控制电路一个稳定的直流电压。高频脉冲波形产生电路的作用是：由集成电路工C1的11脚和14脚输出一系列脉冲方波信号，通过调整R8、C8的数值可确定方波波形的频率，C9是软起动控制电容，R7、R8是输出波形的限流电阻，R2、R5是稳定波形分压电阻，分压电阻的电源由IC1内部的5V电源供电，波形的稳定是靠来自并联在高温加热线圈上的取样变压器T2经VD12、C7、RP1、R3、R4信号处理后，通过IC1的1脚进行自动控制，IC1的10脚为信号封锁端。当禁止输出波形时可通过该脚进行控制。高频逆变驱动电路的作用是：将高频脉冲波形产生电路输出的信号，经数字集成电路IC2，电阻R9至R17信号处理后通过高频晶体三极管VT1至VT4信号放大由脉冲变压器T3输出给IGBT模块的输入G1、G2端。过流保护电路的作用是：通过串接在高压直流回路的电流信号取样电阻R1和二极管VD7，经过R23、VD13、R22、C10、R23信号处理输入到集成电路IC4的3脚，由集成电路IC4(A1)及R24、DW1、R25组成的信号比较器对该信号进行判断，若主回路的电流过大超出了设定值则IC4的1脚通过VD14发出脉冲波形封锁信号，逆变电路停止工作。逆变模块过热保护电路的作用是：当IGBT模块工作温度超出允许值时，经热敏电阻检测，由集成电路IC4(A2)及R30、R31、R32、DW2组成的比较器电路对该信号进行判断，通过集成电路IC4的7脚经过VD15发出脉冲波形封锁信号，逆变电路停止工作同时LED3灯亮。过流及逆变模块过热报警电路的作用是：当高压直流回路产生过流或逆变模块工作过程中出现模块过热时，来自过流保护电路或过热保护电路的过流或过热信号经R26通过VT5驱动蜂鸣器BL发出报警声，同时通过R27发光二极管LED2被点亮。

各电器元件的连接关系如图2所示，包括三相整流电路1，高压直流滤波电路2，高频逆变电路3，高温加热线圈4，直流稳压电路5，高频脉冲波形产生电路6，高频逆变驱动电器7，过流保护电路8，逆变模块过热保护电路9，过流及逆变模块过热报警电路10。三相整流电路1包括三相交流380V电源端子U、V、W连接空气开关DK，空气开关DK的输出端连接三相整流二极管VD1至VD6。高压直流滤波电路2包括来自三相整流电路VD1、VD2、VD3的三个阳极共同连接滤波电感L1，L1的另一端连接滤波电容C1的正极，C1的负极连接滤波电容C2的正极，C2的负极再连接三相整流电路VD3、VD4、VD5的阳极。高频逆变电路3包括来自高压直流滤波电路的电源正极连接IGBT1，模块的集电极，IGBT1模块的发射极连接IGBT2模块的集电极，IGBT2的发射极连接高压直流滤波电路的电源负极，在两个IGBT模块的集电极和发射极之间接有尖脉冲吸收元件，分别为R18、C3和R19、C4。高温加热线圈4，有两个线头，一端接在高压直流滤波电容C1的负极和滤波电容C2的正极，另一端接在IGBT1的发射极和IGBT2的集电极上。直流稳压电路5，包括接在空气开关DK后W相和接在零线N的降压变压器T1，T1的输出端连接桥式整流二极管VD8至VD11，桥式整流的输出端连接滤波电容C5和集成稳压块IC3的输入端，IC3的输出端连接滤波电容C6。高频脉冲波形产生电路6包括并接在高温加热线圈两端的输出信号指示灯电路R20和LED1以及电压取样变压器T2，T2的输出端连接二极管VD12，VD12连接电容C7以及可调电阻RP1，电阻R3，R3的另一端连接电阻R4和集成电路IC1的1脚，集成电路IC1的2脚连接电阻R2和R5，IC1的6脚接电阻R8，IC1的7脚接电容C8，IC1的9脚连接电容C9，IC1的10脚连接电阻R28，IC1的4、5、8脚以及C7、RP1、R4、R5、R8、C8、C9、R28的另一端与公共点连接在一起，IC1的16脚输出+5V电压连接电阻R2。IC1的12脚，13脚分别连接电阻R6、R7，R6和R7的另一端与IC1的15脚相连并接入+12V电源，IC1的11脚，14脚为脉冲波形的输出端，该输出端连接高频逆变驱动电路7中的集成电路IC2的1、2、5、6脚以及电阻R9、R10、R13、R14，集成电路IC2的3脚连接电阻R11、R12，IC2的4脚连接电阻R15、R16，电阻R10、R12、R14、R16的另一端分别连接三极管VT1、VT2、VT3、VT4的基极，三极管VT1、VT3的集电极连接电阻R17，R17的另一端接+12V电源，电阻R9、R11、R13、R15的另一端以及VT2、VT4的发射极共同与公共点地相连，VT1的发射极与VT2的集电极相连后连接脉冲变压器T3的输入绕组，T3的输入绕组另一端连接VT3的发射极和VT4的集电极，T3的输出端分别连接高频逆变电路中的IGBT1、IGBT2模块的栅极G1和G2。过流保护电路8包括接在高压直流滤波电路中的C2负极上的电阻R1和二极管VD7的阳极并与公共点地相连，R1的另一端和VD7的阴极连接高频逆变电路IGBT2模块的发射极同时连接电阻R21、二极管VD13的阳极，VD13的阴极连接电阻R22，R22的另一端连接电容C10、可调电阻RP2，RP2的调整端连接电容C11、电阻R23，R23另一端连接电阻R25和集成电路IC4中A1的3脚，A1的2脚与电阻R24、稳压管DW1的阴极相连，R24的另一端接+5V电源，A1的1脚连接R25的另一端和二极管VD14的阳极，VD14的阴极连接集成电路IC1的10脚，电阻R21、电容C10、C11、可调电阻RP2的另一端以及DW1的阳极共同连接公共点地。逆变模块过热保护电路9包括集成电路IC4中的A2，A2的5脚连接电阻R30、R32以及热敏电阻RT，R30的另一端连接A2的7脚以及电阻R29、VD15的阳极，VD15的阴极接IC1的10脚，R29的另一端接发光二极管LED3的阳极，A2的6脚接R31及DW2的阴极，R31和RT的另一端接+12V电源，LED3的阴极、DW2阳极、R32的另一端与公共地相连。过流及逆变模块过热报警电路10包括R26与IC1的10脚相连，R26的另一端接VT5的基极，VT5的集电极连接LED2的阳极和蜂鸣器BL的一端，LED2的阳极接R27，R27的另一端和BL的另一端接+12V电源，VT5的发射极接公共地。

在本实施例中，主要元器件选用：IC1为LM3524，IC2为CD4011，IC3为LM7812，IC4为LM324，VT1～VT5为9013，IGBT模块为IXDN55N120(D1)根据制作的功率大小也可选用其它型号。

Claims

1.电子加热装置，包括三相整流电路(1)，与三相整流电路(1)连接的高压直流滤波电路(2)，与高压直流滤波电路(2)连接的高频逆变电路(3)，与高频逆变电路(3)接有高温加热线圈(4)，及高频逆变控制电路和高频逆变控制电路电源(5)，其特征在于：

所述高频逆变电路(3)包括逆变功率模块IGBT1和IGBT2，来自高压直流滤波电路的电源正极连接IGBT1模块的集电极，IGBT1模块的发射极连接IGBT2模块的集电极，IGBT2的发射极连接高压直流滤波电路的电源负极，连接在逆变模块IGBT1的尖脉冲吸收电阻R18和吸收电容C3，连接在逆变模块IGBT2的尖脉冲吸收电阻R19和吸收电容C4；

所述高频逆变控制电路包括高频脉冲波形产生电路(6)，与所述高频脉冲波形产生电路(6)连接的高频逆变驱动电路(7)，所述高频逆变驱动电路(7)的输出端连接至高频逆变电路(3)的控制端。

2.如权利要求1所述的电子加热装置，其特征在于：所述高频脉冲波形产生电路(6)包括并接在高温加热线圈(4)两端的输出信号指示灯电路R20和LED1以及电压取样变压器T2，T2的输出端连接二极管VD12，二极管VD12连接电容C7以及可调电阻RP1、电阻R3，电阻R3的另一端连接电阻R4和集成电路IC1的1脚，集成电路IC1的2脚连接电阻R2和电阻R5，集成电路IC1的6脚接电阻R8，集成电路IC1的7脚接电容C8，集成电路IC1的9脚连接电容C9，集成电路IC1的10脚连接电阻R28，集成电路IC1的4、5、8脚以及C7、RP1、R4、R5、R8、C8、C9、R28的另一端与公共点连接在一起，集成电路IC1的16脚输出+5V电压连接电阻R2；集成电路IC1的12脚、13脚分别连接电阻R6、R7，R6和R7的另一端与集成电路IC1的15脚相连并接入+12V电源，集成电路IC1的11脚、14脚为脉冲波形的输出端，该输出端连接高频逆变驱动电路(7)，所述集成电路IC1为运算放大器LM3524。

3.如权利要求2所述的电子加热装置，其特征在于：所述高频逆变驱动电路(7)包括与所述集成电路IC1脉冲波形的输出端的11脚、14脚连接的集成电路IC2的1、2、5、6脚以及电阻R9、R10、R13、R14，集成电路IC2的3脚连接电阻R11、R12，集成电路IC2的4脚连接电阻R15、R16，电阻R10、R12、R14、R16的另一端分别连接三极管VT1、VT2、VT3、VT4的基极，三极管VT1、VT3的集电极连接电阻R17，R17的另一端接+12V电源，电阻R9、R11、R13、R15的另一端以及VT2、VT4的发射极共同与公共点地相连，VT1的发射极与VT2的集电极相连后连接脉冲变压器T3的输入绕组，T3的输入绕组另一端连接VT3的发射极和VT4的集电极，T3的输出端分别连接高频逆变电路中的IGBT1、IGBT2模块的栅极G1和G2，所述集成电路IC2的型号为CD4011。

4.如权利要求3所述的电子加热装置，其特征在于：它还包括过流保护电路。

5.如权利要求4所述的电子加热装置，其特征在于：所述过流保护电路(8)包括接在高压直流滤波电路中的C2负极上的电阻R1和二极管VD7的阳极并与公共点地相连，电阻R1的另一端和二极管VD7的阴极连接高频逆变电路IGBT2模块的发射极同时连接电阻R21、二极管VD13的阳极，VD13的阴极连接电阻R22，R22的另一端连接电容C10、可调电阻RP2，可调电阻RP2的调整端连接电容C11、电阻R23，电阻R23另一端连接电阻R25和集成电路IC4中A1的3脚，A1的2脚与电阻R24、稳压管DW1的阴极相连，电阻R24的另一端接+5V电源，A1的1脚连接电阻R25的另一端和二极管VD14的阳极，二极管VD14的阴极连接集成电路IC1的10脚，电阻R21、电容C10、电容C11、可调电阻RP2的另一端以及DW1的阳极共同连接公共点地，二极管VD14的阴极连接集成电路IC1的10脚和报警电路(10)，所述集成电路IC4为运算放大器LM324。

6.如权利要求3所述的电子加热装置，其特征在于：它还包括逆变模块过热保护电路(9)。

7.如权利要求6所述的电子加热装置，其特征在于：所述逆变模块过热保护电路(9)包括集成电路IC4中的A2，A2的5脚连接电阻R30、R32以及热敏电阻RT，电阻R30的另一端连接A2的7脚以及电阻R29、VD15的阳极，VD15的阴极连接集成电路IC1的10脚和报警电路(10)，电阻R29的另一端接发光二极管LED3的阳极，A2的6脚接电阻R31及二极管DW2的阴极，电阻R31和热敏电阻RT的另一端接+12V电源，LED3的阴极、DW2阳极、电阻R32的另一端与公共地相连；所述集成电路IC4为运算放大器LM324。

8.如权利要求5或7所述的电子加热装置，其特征在于：所述报警电路(10)包括与集成电路IC1的10脚相连的电阻R26，电阻R26的另一端接三极管VT5的基极，三极管VT5的集电极连接LED2的阳极和蜂鸣器BL的一端，LED2的阳极接电阻R27，电阻R27的另一端和蜂鸣器BL的另一端接+12V电源，三极管VT5的发射极接公共地。

9.如权利要求1所述的电子加热装置，其特征在于：所述三相整流电路(1)的前端连接三相交流短路过流保护开关DK。