CN201667731U

CN201667731U - 塑料加工机械的加热装置

Info

Publication number: CN201667731U
Application number: CN2010201465569U
Authority: CN
Inventors: 王伟
Original assignee: XIAMEN LONGMA ENERGY-SAVING EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: XIAMEN LONGMA ENERGY-SAVING EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2020-03-31

Abstract

本实用新型塑料加工机械的加热装置，涉及一种电磁加热装置。该加热装置中：桥式整流电路向主谐振电路的感应线圈供电；辅助电源电路将向同步电路、调整电路、驱动电路和微处理器供电；主谐振电路中的感应线圈与谐振电容并联，功率开关串接在感应线圈与地线之间；铁磁材料的加热体放在感应线圈内；微处理器接受控制按键组发出的信号，微处理器将原始18-40KHz控制方波信号发给调整电路；调整电路将调整后的控制方波信号送交驱动电路放大后发给功率开关；同步电路采集感应线圈两端的谐振电压信号，微处理器由A/D端口从同步电路提取过零信号，同步电路将与谐振电压信号中正电压时段对应的方波信号发给调整电路。提高了加热效率并降低了电能损耗。

Description

塑料加工机械的加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种电磁加热装置。

背景技术

注塑机，烘干料桶，吹膜机等塑料加工机械中需要对塑料原料或半成品进行加热，以完成制造过程。以往，塑料加工机械中的大型加热设备都是采用电热丝作为发热体，电热丝的热量需要经中间物质传递给塑料原料或半成品等被加热体，从发热体到被加热体的热传导效率受到中间物质的影响而降低。再者，电阻丝加热设备大约有一半的热能被中间物质传递到该设备的外壳而散发到空气中，设备外壳的温度往往会超过150℃，造成电能的浪费。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种塑料加工机械的加热装置，其发热体可直接对被加热物进行加热，从而提高加热效率并降低电能的损耗。

本实用新型的技术方案是：塑料加工机械的加热装置，桥式整流电路将交流市电整流为高压直流电向主谐振电路的感应线圈供电；辅助电源电路将交流市电转换为低压直流电向同步电路、调整电路、驱动电路和微处理器供电；主谐振电路中的感应线圈与谐振电容并联，功率开关串接在感应线圈与地线之间；铁磁材料制成的加热体放在感应线圈内；微处理器的输入端口接受控制按键组发出的信号，微处理器的控制输出端将原始18-40KHz控制方波信号发给调整电路的第一输入端；调整电路的输出端将调整后的控制方波信号送交驱动电路的输入端，驱动电路的输出端将放大后的控制方波信号发给功率开关的控制端；同步电路的两个输入端采集感应线圈两端的谐振电压信号，微处理器由A/D端口从同步电路的第一输出端提取与上述谐振电压信号中负电压时段对应的过零信号，同步电路的第二输出端将与上述谐振电压信号中正电压时段对应的方波信号发给调整电路的第二输入端。

所述的功率开关由绝缘栅双极型功率管、保护二极管和偏置电阻组成；保护二极管的负极连接绝缘栅双极型功率管的集电极和感应线圈，保护二极管的正极连接绝缘栅双极型功率管的发射极和地线；偏置电阻串接于绝缘栅双极型功率管的栅极到地线之间；绝缘栅双极型功率管的栅极为功率开关的控制端。功率开关采用绝缘栅双极型功率管，体积小、功率大，可以满足18-40KHz的工作频率下感应线圈输出功率达到1-75KW的要求。

所述的同步电路具有五个电阻，耦合电容和第一比较器；第一电阻的一端作为第一输入端连接在感应线圈与桥式整流电路输出端的接点，第一电阻的另一端连接第一比较器的负输入端和耦合电容的一端；第二电阻串接在第一比较器的负输入端到地线之间；第三电阻的一端作为第二输入端连接在感应线圈与功率开关的接点，第三电阻的另一端连接第一比较器的正输入端；第四电阻串接在第一比较器的正输入端到地线之间；第五电阻串接在第一比较器的输出端与低压直流电的正极之间；耦合电容的另一端为同步电路的第一输出端，第一比较器的输出端为同步电路的第二输出端。第一电阻与第二电阻相串联，对感应线圈与桥式整流电路输出端的接点到地线之间进行分压，得到低压的第一输入信号；第三电阻与第四电阻相串联，对感应线圈与功率开关的接点到地线之间进行分压，得到低压的第二输入信号；第一比较器将第一输入信号和第二输入信号进行比较，得到与谐振电压信号中正电压时段对应的方波信号发给调整电路。耦合电容将低压的第一输入信号输送给微处理器的A/D端口。因此，本同步电路使用低压的信号，具有较好的安全性。

所述的调整电路具有连两个积分电路、第二比较器和第六电阻；第一积分电路的充电时间常数远大于第二积分电路的充电时间常数；第一积分电路的输入端为调整电路第一输入端，第一积分电路的输出端连接第二比较器的正输入端；第二积分电路的输入端为调整电路第二输入端，第二积分电路的输出端连接第二比较器的负输入端；第六电阻串接在第二比较器的输出端与低压直流电的正极之间；第二比较器的输出端为调整电路的输出端。调整电路中利用第一积分电路的充电时间常数远大于第二积分电路的充电时间常数，由第二比较器对第一积分电路输出的与谐振电压信号中正电压时段对应的积分信号与第二积分电路输出的与原始18-40KHz控制方波信号中高电压时段对应的积分信号进行比较，自动对输出的控制方波信号的脉宽进行调整，使之与当前谐振电压信号的频率相同步。

本实用新型塑料加工机械的加热装置，通过电子线路使感应线圈产生18-40KHz的交变磁场，铁磁材料制成的加热体在感应线圈内，加热体即切割交变磁力线而在加热体内产生交变的电流，即涡流；该涡流使加热体内的铁分子无规则地高速运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能。使加热体本身自行高速发热，热转换效率大于90％。加热体的热源来自于加热体本身而不是传统电热丝加热后经中间物质传递给被加热体，所以热效率要比传统电阻丝加热的效率均高出近1倍。本实用新型塑料加工机械的加热装置中，不使用中间物质传递热量，加热体自身进行加热所产生的热能大部份直接被加热对象吸收，达到节能电能的效果；同时，设备外壳温度可以降到50℃左右，很好地改善了机台附近的操作人员工作环境，也更好保护操作人员的安全。

附图说明

图1为本实用新型塑料加工机械的加热装置一个实施例的结构示意图。

图2为图1实施例中桥式整流电路和主谐振电路的电路原理示意图。

图3为图1实施例中同步电路的电路原理示意图。

图4为图1实施例中调整电路的电路原理示意图。

图5为图1实施例中驱动电路的电路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型塑料加工机械的加热装置一个实施例的结构，如图1所示。该塑料加工机械的加热装置包含桥式整流电路1、辅助电源电路2、主谐振电路3、驱动电路4、同步电路5、调整电路6、微处理器7、控制按键组8和铁磁材料制成的加热体9。

请参看图2：桥式整流电路1由全波整流器BG1、电感器L1和滤波电容C1组成。全波整流器BG1的两个交流输入端CAL、ACN连接交流市电AC，电感器L1的一端连接全波整流器BG1的正输出端+，电感器L1的另一端连接滤波电容C1的正端。滤波电容C1的负端连接全波整流器BG1的负输出端-和地线。桥式整流电路1将交流市电AC整流、滤波后产生的310V高压直流电共给主谐振电路3的感应线圈L2。

辅助电源电路2将交流市电AC转换为电压为5伏和18伏的低压直流电向同步电路5、调整电路6、驱动电路4和微处理器7供电。该电路为常规技术，这里不作赘述。

主谐振电路3由感应线圈L2、谐振电容C2和功率开关组成。感应线圈L2与谐振电容C2并联，它们的一个公共端A连接桥式整流电路1的正输出端，即电感器L1与滤波电容C1正端的接点；它们的另一个公共端B与地线之间串接功率开关。功率开关由绝缘栅双极型功率管IGBT、保护二极管D1和偏置电阻R1组成；保护二极管D1的负极连接绝缘栅双极型功率管IGBT的集电极和感应线圈L2的公共端B，保护二极管D1的正极连接绝缘栅双极型功率管L2的发射极和地线。偏置电阻R1串接于绝缘栅双极型功率管IGBT的栅极到地线之间；绝缘栅双极型功率管IGBT的栅极为功率开关的控制端G。

请参看图3：同步电路5具有五个电阻R2、R3、R4、R6、R6，耦合电容C8和第一比较器U1。

比较器U1由18伏低压直流电供电。

第一电阻R2的一端作为第一输入端连接在感应线圈L2与桥式整流电路1输出端的接点，即公共端A，第一电阻R2的另一端连接第一比较器U1的负输入端和耦合电容C8的一端。第二电阻R3串接在第一比较器U1的负输入端到地线之间。第三电阻R4的一端作为第二输入端连接在感应线圈L2与功率开关的接点，即公共端B，第三电阻R4的另一端连接第一比较器U1的正输入端。第四电阻R5串接在第一比较器U1的正输入端到地线之间。第五电阻R6串接在第一比较器U1的输出端与5伏低压直流电的正极之间。耦合电容C8的另一端J为同步电路5的第一输出端，第一比较器U1的输出端为同步电路5的第二输出端C。

第一电阻R2与第二电阻R3相串联，对感应线圈L2的公共端A到地线之间进行分压，得到低压的第一输入信号。第三电阻R4与第四电阻R5相串联，对感应线圈L2的公共端B到地线之间进行分压，得到低压的第二输入信号。第一比较器U1将第一输入信号和第二输入信号进行比较，得到与谐振电压信号中正电压时段对应的方波信号发给调整电路6。耦合电容C8的端头J将低压的第一输入信号输送给微处理器7的A/D端口。

请参看图4：调整电路6具有连两个积分电路、第二比较器U3和第六电阻R15。

比较器U3由18伏低压直流电供电。

第一积分电路是由四个电阻R11、R12、R13、R14和三个电解电容C4、C5、C6组成的三级积分网络。电阻R11的一端为第一积分电路的输入端，也就是调整电路6的第一输入端E；电阻R11的另一端连接电阻R12的一端和电解电容C4的正极。电解电容C4的负极接地。电阻R12的另一端连接电阻R14的一端和电解电容C5的正极。电解电容C5的负极接地。电阻R13与电解电容C5并联。电阻R14的另一端连接电解电容C6的正极，构成第一积分电路的输出端F。电解电容C6的负极接地。

第二积分电路是由电容C3、电阻R10和二极管D1组成的一级积分电路；电容C3的一端为第二积分电路的输入端，也就是调整电路6的第二输入端连接同步电路5的第二输出端C；电容C3的另一端为第二积分电路的输出端H，连接电阻R10的一端和二极管D1的正极。电阻R10的另一端和二极管D1的负极连接5伏低压直流电的正极。

显然，第一积分电路的充电时间常数远大于第二积分电路的充电时间常数。

第一积分电路的输出端F连接第二比较器U3的正输入端；第二积分电路的输出端H连接第二比较器U3的负输入端；第六电阻R15串接在第二比较器U3的输出端与5伏低压直流电的正极之间；第二比较器U3的输出端为调整电路6的输出端D。

调整电路6利用第一积分电路的充电时间常数远大于第二积分电路的充电时间常数，由第二比较器U3对第一积分电路输出的与谐振电压信号中正电压时段对应的积分信号与第二积分电路输出的与原始18-40KHz控制方波信号中高电压时段对应的积分信号进行比较，自动对输出的控制方波信号的脉宽进行调整，使之与当前谐振电压信号的频率相同步。

调整电路6输出的脉冲信号幅度约4.1V，此电压不能直接控制主谐振电路3中的绝缘栅双极型功率管IGBT的饱和导通及截止，所以必须通过驱动电路4将该信号放大。请参看图5：驱动电路4由一个比较器U2、一个NPN型三极管Q1、一个PNP三极管Q2和三个电阻R7、R8、R9组成。

比较器U2由18伏低压直流电供电。

电阻R7的一端接5伏低压直流电的正极，电阻R7的另一端连接电阻R8的一端和比较器U2的负输入端；电阻R8的另一端接地。电阻R7与电阻R8组成的分压器，将5伏低压直流电分压为2.5伏低压直流电提供给比较器U2的负极，作为比较基准。比较器U2的正输入端是驱动电路4的输入端，连接调整电路6的输出端D。比较器U2的输出端连接NPN型三极管Q1的基极、PNP三极管Q2的基极和电阻R9的一端。电阻R9的另一端连接18伏低压直流电的正极和NPN型三极管Q1的集电极。NPN型三极管Q1的发射极与PNP三极管Q2的发射极连接，构成驱动电路的输出端，连接主谐振电路3中功率开关的控制端G。

驱动电路4的工作过程如下：

(1)调整电路6的输出端D为OFF时(0V)，比较器U2输出低电平，NPN型三极管Q1截止、PNP三极管Q2导通，低电平加至主谐振电路3的绝缘栅双极型功率管IGBT栅极，使绝缘栅双极型功率管IGBT截止。

(2)调整电路6的输出端D为ON时(4.1V)，比较器U2输出高电平，NPN型三极管Q1导通、PNP三极管Q2截止，+18V低压直流电通过NPN型三极管Q1加至主谐振电路3绝缘栅双极型功率管IGBT的栅极，使绝缘栅双极型功率管IGBT导通。

请回头参看图1：铁磁材料制成的加热体9放在感应线圈L2内。微处理器7的输入端口接受控制按键组8发出的信号，微处理器7的控制输出端将原始18-40KHz控制方波信号发给调整电路6的第一输入端E；调整电路6的输出端D将调整后的控制方波信号送交驱动电路4的输入端，驱动电路4的输出端将放大后的控制方波信号发给主谐振电路3功率开关的控制端G；随着绝缘栅双极型功率管IGBT的导通与截止的交替，感应线圈L2上间歇地有电流流过，使感应线圈L2产生18-40KHz的交变磁场，铁磁材料制成的加热体9在感应线圈L2内切割交变磁力线而在加热体9内产生涡流；该涡流使加热体9内的铁分子无规则地高速运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能。使加热体9本身自行高速发热，直接传递给被加热体。

同步电路5的两个输入端采集感应线圈L2两端的谐振电压信号，微处理器7由A/D端口从同步电路5的第一输出端J提取与上述谐振电压信号中负电压时段对应的过零信号微处理器7依据该过零信号调整发出原始18-40KHz控制方波信号前沿的时间，以保护主谐振电路3的绝缘栅双极型功率管IGBT。同步电路5的第二输出端C将与上述谐振电压信号中正电压时段对应的方波信号发给调整电路6的第二输入端。调整电路6依据两个输入端提供的信号，自动对输出的控制方波信号的脉宽进行调整，使之与当前谐振电压信号的频率相同步。从另一方面保护主谐振电路3的绝缘栅双极型功率管IGBT。

当然，依据现有技术，可以为本实施例添加电流超过保护，电压超过保护，高温保护，浪涌电压保护等附加电路。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例，不以此限定本实用新型实施的范围，依本实用新型的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本实用新型涵盖的范围。

Claims

1.塑料加工机械的加热装置，其特征在于：桥式整流电路将交流市电整流为高压直流电向主谐振电路的感应线圈供电；辅助电源电路将交流市电转换为低压直流电向同步电路、调整电路、驱动电路和微处理器供电；主谐振电路中的感应线圈与谐振电容并联，功率开关串接在感应线圈与地线之间；铁磁材料制成的加热体放在感应线圈内；微处理器的输入端口接受控制按键组发出的信号，微处理器的控制输出端将原始18-40KHz控制方波信号发给调整电路的第一输入端；调整电路的输出端将调整后的控制方波信号送交驱动电路的输入端，驱动电路的输出端将放大后的控制方波信号发给功率开关的控制端；同步电路的两个输入端采集感应线圈两端的谐振电压信号，微处理器由A/D端口从同步电路的第一输出端提取与上述谐振电压信号中负电压时段对应的过零信号，同步电路的第二输出端将与上述谐振电压信号中正电压时段对应的方波信号发给调整电路的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的塑料加工机械的加热装置，其特征在于：所述的功率开关由绝缘栅双极型功率管、保护二极管和偏置电阻组成；保护二极管的负极连接绝缘栅双极型功率管的集电极和感应线圈，保护二极管的正极连接绝缘栅双极型功率管的发射极和地线；偏置电阻串接于绝缘栅双极型功率管的栅极到地线之间；绝缘栅双极型功率管的栅极为功率开关的控制端。

3.根据权利要求2所述的塑料加工机械的加热装置，其特征在于：所述的同步电路具有五个电阻，耦合电容和第一比较器；第一电阻的一端作为第一输入端连接在感应线圈与桥式整流电路输出端的接点，第一电阻的另一端连接第一比较器的负输入端和耦合电容的一端；第二电阻串接在第一比较器的负输入端到地线之间；第三电阻的一端作为第二输入端连接在感应线圈与功率开关的接点，第三电阻的另一端连接第一比较器的正输入端；第四电阻串接在第一比较器的正输入端到地线之间；第五电阻串接在第一比较器的输出端与低压直流电的正极之间；耦合电容的另一端为同步电路的第一输出端，第一比较器的输出端为同步电路的第二输出端。

4.根据权利要求3所述的塑料加工机械的加热装置，其特征在于：所述的调整电路具有连两个积分电路、第二比较器和第六电阻；第一积分电路的充电时间常数远大于第二积分电路的充电时间常数；第一积分电路的输入端为调整电路第一输入端，第一积分电路的输出端连接第二比较器的正输入端；第二积分电路的输入端为调整电路第二输入端，第二积分电路的输出端连接第二比较器的负输入端；第六电阻串接在第二比较器的输出端与低压直流电的正极之间；第二比较器的输出端为调整电路的输出端。