CN201629868U

CN201629868U - 一种节能型电磁加热装置

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Publication number: CN201629868U
Application number: CN2010201234511U
Authority: CN
Inventors: 李志成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2020-03-04

Abstract

本实用新型公开了一种节能型电磁加热装置，包括金属料筒、至少一组设置于金属料筒上并可进行拆卸的电磁加热线圈以及与所述电磁加热线圈连接的电路部分，所述电路部分包括微处理模块、主电路组件、辅助电源组件、保护检测组件、智能记忆控制模块等。本实用新型具有良好节能环保效果，使用寿命长，加热温度恒定，从而提高产品的质量，并能够根据环境温度的不同设置不同的加热功率，使得其适用范围更广。

Description

一种节能型电磁加热装置

技术领域

本实用新型属于电磁加热技术领域，特别地本实用新型涉及一种具有良好节能效果的电磁加热装置。

背景技术

市场上常见的机械设备包括注塑机、拉丝机、吹膜机、挤出机、吹塑机、造粒机等，一般都需要用到由金属料筒和发热器件组成的加热装置，其中金属料筒用于放置需要进行加热的材料，发热器件用于在金属料筒中产生加热能量。在现有的加热装置中，上述发热器件通常都是由电阻丝制作而成的电阻线圈，其使用时存在以下缺点：

1．热损失大：加热时，电阻线圈的内外双面发热，其内面（紧贴金属料筒部分）的热传导到金属料筒上，而外面的热量大部分散失到空气中，造成电能的损失浪费；

2．环境温度上升：由于热量大量散失，周围环境温度升高，尤其是夏季对生产环境影响很大，现场工作温度都超过了45℃，有些企业不得不采用空调降低温度，这又造成能源的二次浪费；

3．使用寿命短、维修量大：由于采用电阻丝发热，其加热温度高达800℃左右，电阻丝容易因高温老化而烧断，常用电热圈使用寿命约在半年左右，因此，维修的工作量相对较大。

针对上述存在缺点，市场上出现了由电磁加热组件制成的加热装置，能够有效地解决上述问题，但现阶段在设备上应用电磁加热方式时还存在比较多的缺陷：

1．电磁加热温度容易超出恒温范围，产品质量不稳定；

2．难以实现温度精确调节，多组电磁线圈工作不相协调。

为了改善加热效果，更好地进行产品生产，需要对现时电磁加热装置进行相应的改进。

发明内容

为实现上述目的，本实用新型提供一种具有良好的加热和节能效果、能够进行精确控制的电磁加热装置。

本实用新型为解决其问题所采用的技术方案是：

一种节能型电磁加热装置，包括金属料筒、至少一组设置于金属料筒上并可进行拆卸的电磁加热线圈以及与所述电磁加热线圈连接的电路部分，所述电路部分包括：微处理模块；主电路组件，所述主电路组件包括主回路模块、开关管激励模块、同步电路模块、振荡电路模块、PWM脉宽调节模块以及开关控制模块，所述主回路模块的输入端与交流电源连接，所述电磁加热线圈接于主回路模块中，所述开关管激励模块的输出端与主回路模块连接，所述开关管激励模块的输入端与振荡电路模块连接，所述振荡电路模块的输入端分别与同步电路模块、PWM脉宽调节模块和开关控制模块连接，所述同步电路模块的输入端与主回路模块相连，所述PWM脉宽调节模块和开关控制模块的输入端与微处理模块相连；辅助电源组件，所述辅助电源组件的输入端与交流电源连接；保护检测组件，所述保护检测组件包括电压检测模块、电流检测模块、浪涌检测模块、开关管检测模块，所述电压检测模块、电流检测模块和浪涌检测模块的输入端分别与交流电源连接，输出端分别与微处理模块连接，所述浪涌检测模块还设有另一个与所述振荡电路模块连接的输出端，所述开关管检测模块的输入端与主回路模块连接，输出端与微处理模块连接；用于输入指令以及存储用户设定的智能记忆控制模块。

作为优选的实施方式，所述金属料筒与电磁加热线圈之间设有耐高温非金属材料基板，所述电磁加热线圈绕制固定于耐高温非金属材料基板上，所述耐高温非金属材料基板和金属料筒之间设有一定的间隔。

进一步，所述耐高温非金属材料基板和金属料筒之间的间隔中安装有保温材料。

本实用新型利用电磁加热线圈进行加热，与电阻线圈相比具有以下优点：1．节能效果好：相比原电阻线圈节电效果在30%以上；2．环保效果好：加热线圈连续运行时其自身温度不到100℃，可显著降低环境温度；3．使用寿命长：加热线圈连续运行时其自身温度不到100℃，不存在加热圈更换的问题，相对于原电阻加热减少了二次投入；4．可提高产品产量：由于该产品的发热效率高，能显著减少升温时间，并提高产品产量。此外，本实用新型设有用于输入指令以及存储用户设定的智能记忆控制模块，用户能够通过该智能记忆控制模块调节加热装置的升温时间，升温结束后加热装置会进入已经设定的某一功率状态下工作，从而保持设备的工作温度基本恒定，进一步，通过PWM脉宽调节模块用户能够对加热装置的加热功率进行精确调节，从而能够根据环境温度的不同设置不同的加热功率，使得加热装置的适用范围更广。

另外，当金属料筒与电磁加热线圈之间设有耐高温非金属材料基板，耐高温非金属材料基板和金属料筒之间设有一定的间隔时，金属料筒既可以加热，也能适合需要风冷的配置，并能够增加安装和拆卸时的便捷性；当间隔中设有保温材料时，能够进一步增加金属料筒的保温效果，特别适合对一些注塑温度要求较高的材料进行加热。

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为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型振荡电路模块的电路原理图；

图3为本实用新型开关管激励模块的电路原理图；

图4为本实用新型PWM脉宽调节模块的电路原理图；

图5为本实用新型同步电路模块的电路原理图；

图6为本实用新型开关控制模块的电路原理图；

图7为本实用新型电压检测模块的电路原理图；

图8为本实用新型电流检测模块的电路原理图；

图9为本实用新型开关管检测模块的电路原理图；

图10为本实用新型浪涌检测模块的电路原理图；

图11为开关管温度检测的电路原理图；

图12为散热系统的电路原理图；

图13为本实用新型整体结构的原理示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型所提供的一种节能型电磁加热装置，包括金属料筒、设置于金属料筒上并可进行拆卸的电磁加热线圈以及与所述电磁加热线圈连接的电路部分，其中电磁加热线圈可以根据需要安装多组，所述电路部分包括：

微处理模块，微处理模块用于对其他电路结构进行控制；

主电路组件，所述主电路组件包括主回路模块、开关管激励模块、同步电路模块、振荡电路模块、PWM脉宽调节模块以及开关控制模块，所述主回路模块的输入端与交流电源连接，所述电磁加热线圈接于主回路模块中，所述开关管激励模块的输出端与主回路模块连接，所述开关管激励模块的输入端与振荡电路模块连接，所述振荡电路模块的输入端分别与同步电路模块、PWM脉宽调节模块和开关控制模块连接，所述同步电路模块的输入端与主回路模块相连，所述PWM脉宽调节模块和开关控制模块的输入端与微处理模块相连；

辅助电源组件，所述辅助电源组件的输入端与交流电源连接；

保护检测组件，所述保护检测组件包括电压检测模块、电流检测模块、浪涌检测模块、开关管检测模块，其中开关管检测模块包括开关管温度检测部分和开关管峰压检测部分，所述电压检测模块、电流检测模块和浪涌检测模块的输入端分别与交流电源连接，输出端分别与微处理模块连接，所述浪涌检测模块还设有另一个与所述振荡电路模块连接的输出端，所述开关管检测模块的输入端与主回路模块连接，输出端与微处理模块连接；

用于输入指令以及存储用户设定的智能记忆控制模块，利用这一智能记忆控制模块，用户能够进行加热装置的升温时间控制以及恒温状态功率设置，其中升温时间可以设为1-60分钟，升温结束后加热装置会进入已经设定的某一功率状态下工作，从而保持设备的工作温度基本恒定，用户每次设定后系统都会记忆起来，在下次使用时该设定会被系统自动调出；

此外，电路部分还可以进一步包括报警电路以及散热系统等。

在实际电路中，交流电源所提供的交流电一般先通过保险管、RC电路组成的共模滤波电路后再向外供电。主回路模块包括桥式整流器、LC滤波器以及由开关管组成的开关变换电路等，其中开关管优选采用IGBT管，进入到主回路模块的50HZ/60HZ的交流电经桥式整流器、LC滤波后变换为直流电压，然后通过开关变换电路后转换为频率20KHZ的高频电压，该高频电压通过电磁加热线圈后会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属料筒时，由于金属料筒为导磁又导电材料，金属料筒底部金属体内产生无数的小涡流，使料筒等被加热物体本身自行高速发热，从而起到加热的效果。

辅助电源组件将交流电整流滤波后得到直流电压，此直流电压再经开关电源电路后得到所需的直流供电电压，其中开关电源电路中设置有隔离高频变压器，该高频变压器具有至少两个次级线圈，输出两组电压，其中一组经整流滤波后反馈给电源芯片，使输出电压稳定在+18V，提供给开关管激励模块使用，并经三端稳压芯片稳压、滤波后产生+5V电压供控制电路使用；另一组经整流滤波输出+12V电压供给散热系统使用。

振荡电路模块的电路原理图参照图2。当PWM输入点有电压Vi输入、V7为低电平时，V5等于二极管D6的顺向压降，而当V5<V6之后，V7由低电平转态为高电平，V6亦上升至Vi，而V5则由R20向C16充电；当V5>V6时，V7转态为低电平，V6亦降至D6的顺向压降，而V5则由C16、D6放电；当V5放电至小于V6时，又重复第一步形成振荡。G点输入的电压越高，V7处于高电平的时间越长，电磁加热的加热功率越大，反之越小。

由于振荡电路模块的输出电压幅度只有4.1V左右，并不能驱动IGBT的饱和导通和截止，必须通过开关管激励模块将信号放大才行，开关管激励模块的电路原理图参照图3。该电路工作过程如下：当V8为低电平时,V8<V9,V10为高电平,Q1导通、Q4截止,IGBT的G极为0V,IGBT截止；当V8为高电平时,V8>V9,V10为低,Q81截止、Q4导通,+18V通过R23、Q4和Q1的E极加至IGBT的G极,IGBT导通。

PWM脉宽调节模块的电路原理图参照图4，微处理模块输出的PWM脉冲到由R30、C27、R31组成的积分电路，PWM脉冲宽度越宽,C28的电压越高,C29的电压也跟着升高,送到振荡电路模块的控制电压随着C29的升高而升高,而振荡电路模块输入的电压越高,V7处于高电平的时间越长,电磁加热的加热功率越大,反之越小。根据上述的工作原理，微处理模块通过控制PWM脉冲的宽与窄,控制送至振荡电路模块的加热功率控制电压，控制了IGBT导通时间的长短,结果控制了加热功率的大小。通过上述PWM脉宽调节模块用户能够对加热装置的加热功率进行精确调节，从而能够根据环境温度的不同设置不同的加热功率，使得加热装置的适用范围更广。

同步电路模块的电路原理图参照图5，本同步电路模块的作用在于保证送到IGBT门极上的开关脉冲前沿与IGBT上产生的集电极和栅极之间的电压脉冲后沿相同，即确保IGBT开通时能够避开峰压，避免因出现很大的导通电流使IGBT烧坏。

开关控制模块的电路原理图参照图6，当不加热时,微处理器模块输出低电平(同时微处理模块也停止PWM信号输出),D7导通,将U2C其中一脚的输入信号拉低,振荡停止,开关管激励模块停止输出,IGBT截止,加热停止。

电压检测模块的电路原理图参照图7，由D17、D18整流的脉动直流电压通过R40限流再经过C33、R39、C32组成的π型滤波器进行滤波，滤波后得到的电压经R38分压后送入微处理模块,通过监测该电压的变化,微处理模块会自动作出各种动作指令：判别输入的电源电压是否在允许范围内,超过允许范围则停止加热,并报知信息，加热装置会设有与之配套的故障代码表，通过查询故障代码表用户能够方便地了解故障信息；配合电流检测模块、开关管峰压检测部分反馈的信息,判别电磁加热线圈内是否己有金属料筒,作出相应的动作指令；配合电流检测模块反馈的信息以及其他相关信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定。

电流检测模块的电路原理图参照图8，其中电流互感器CT1二次测得的交流电压,经D1～D4组成的桥式整流电路整流、R12、R13分压，C11滤波后,所获得的直流电压送至微处理器模块,该电压越高,表示电源输入的电流越大,微处理模块根据监测该电压的变化,自动作出各种动作指令:配合检测开关管峰压检测部分、电压检测模块反馈的信息,判别电磁加热线圈内是否己有金属料筒,作出相应的动作指令；配合电压检测检测电路反馈的信息以及其他相关信息,调PWM脉宽,令输出功率保持稳定。

开关管检测模块的电路原理图参照图9，本电路原理图为开关管峰压检测部分，集电极上的脉冲电压通过R1、R17、R28分压，R29限流后送至U2B,在U2B其中一输入引脚上获得其取样电压,此反映了IGBT的峰压变化的信息送入U2B,U2B根据监测该电压的变化,自动作出电压比较而决定是否工作：配合电压检测模块、电流检测模块反馈的信息,判别电磁加热线圈内是否己有金属料筒,作出相应的动作指令；根据峰压取样电压值,自动调整PWM脉宽,抑制峰压脉冲幅度，其中耐压1200V的IGBT抑制值为1050V,耐压为1500V的IGBT抑制值为1300V；当测得其它原因导至峰压脉冲过高时，U2B立即停止工作。

浪涌检测模块的电路原理图参照图10，其中当电源电压处于上下半周时,由D17、D18和整流桥DB内部交流两输入端对地的两个二极管组成的桥式整流电路产生脉动直流电压，当电源突然有浪涌电压输入时,此电压通过R41、C34耦合,再经过R42分压、R44限流、C35滤波后送入Q5的基极，基极为高电平时,Q5饱和导通,ZERO信号通过Q5至地,PWM停止输出，加热装置停止工作；当浪涌脉冲过后,Q5的基极为低电平,Q5截止,ZERO信号通过R43拉至高电平,微处理模块重新发出加热指令。

图11为开关管温度检测的电路原理图，IGBT产生的温度透过散热片传至紧贴其上的负温度系数热敏电阻上,该电阻阻值的变化间接反映了IGBT的温度变化,热敏电阻与R8分压点的电压变化反映了热敏电阻阻值的变化,即IGBT的温度变化,微处理模块通过监测该电压的变化,作出相应的动作指令:IGBT结温高于90℃时,调整PWM的输出,令IGBT结温≤90℃；当IGBT结温由于某原因(例如散热系统故障)而高于95℃时,加热立即停止,并报知信息，用户能够从故障代码表了解故障信息；当热敏电阻开路或短路时,发出不启动指令,并报知相关的信息；电磁加热刚启动时,当测得环境温度<0℃时,微处理模块调用低温监测模式加热1分钟,30秒钟后再转用正常监测模式,防止电路零件因低温偏离标准值造成电路参数改变而损坏电磁加热线圈。

图12为散热系统的电路原理图，实际上为散热系统的供电电路图，微处理模块发出风扇运转指令时,FAN信号端接收到高电平,电压通过R27送至Q3基极,Q3饱和导通,电流流过风扇、Q3至地,风扇运转；微处理模块发出风扇停转指令时,FAN信号端接收到低电平,Q3截止,风扇因没有电流流过而停转。

图13为本实用新型整体结构的原理示意图，金属料筒1与电磁加热线圈2之间设有耐高温非金属材料基板3，所述电磁加热线圈2绕制固定于耐高温非金属材料基板3上，所述耐高温非金属材料基板3和金属料筒1之间设有一定的间隔。这种设置使得金属料筒既可以方便地进行加热，也能够满足风冷的需要，还能够增加安装和拆卸的便捷性。实际应用时，为了能够得到这一间隔，采用的办法通常是利用螺丝钉将电磁加热线圈2和耐高温非金属材料基板3架空于金属料筒1外侧。此外，对于一些注塑温度较高的材料，耐高温非金属材料基板和金属料筒之间的间隔中还可以优选安装有保温材料，进一步增加金属料筒的保温效果。

上述只是对本实用新型的一些优选实施例进行了图示和描述，但本实用新型的结构并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种节能型电磁加热装置，其特征在于包括金属料筒、至少一组设置于金属料筒上并可进行拆卸的电磁加热线圈以及与所述电磁加热线圈连接的电路部分，所述电路部分包括：

微处理模块；

保护检测组件，所述保护检测组件包括电压检测模块、电流检测模块、浪涌检测模块、开关管检测模块，所述电压检测模块、电流检测模块和浪涌检测模块的输入端分别与交流电源连接，输出端分别与微处理模块连接，所述浪涌检测模块还设有另一个与所述振荡电路模块连接的输出端，所述开关管检测模块的输入端与主回路模块连接，输出端与微处理模块连接；

用于输入指令以及存储用户设定的智能记忆控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种节能型电磁加热装置，其特征在于所述金属料筒与电磁加热线圈之间设有耐高温非金属材料基板，所述电磁加热线圈绕制固定于耐高温非金属材料基板上，所述耐高温非金属材料基板和金属料筒之间设有一定的间隔。

3.根据权利要求2所述的一种节能型电磁加热装置，其特征在于所述耐高温非金属材料基板和金属料筒之间的间隔中安装有保温材料。