CN201718065U - 一种电感控制器及含有电感控制器的电感加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于工业塑胶机械加热筒加热的电感控制器及含有电感控制器的电感加热装置，旨在提供一种效率高、低耗能、可靠性和稳定性好且使用寿命长的电磁控制器及电感加热装置。所述电磁控制器(6)包括整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路、LC振荡电路、IGBT、过压保护电路、频率同步电路、功率调节电路、过流保护电路、驱动放大电路、CPU，所述电感加热装置包括塑机加热筒(1)、保温层(2)、韧性骨架(3)、定位及防踩踏橡胶圈(4)、电磁感应线圈(5)、电磁控制器(6)，所述电磁控制器(6)与所述电磁感应线圈(5)电连接，本实用新型可广泛应用于工业电感加热技术领域。

Description

一种电感控制器及含有电感控制器的电感加热装置

技术领域

本实用新型涉及电磁感应加热技术领域，尤其涉及一种电感控制器及含有该电感控制器的电感加热装置。

背景技术

现阶段市场上销售、工厂里使用的塑胶机械所用的加热方式普遍为电阻式电热圈加热，通过接触传导方式把热量传到加热筒上，只有紧靠在加热筒表面内侧的热量才能传到加热筒上，这样外侧的热量大部分散失到空气中，存在着热传导损失，温度不够均匀(梯度大)并导致工作环境温度上升，工厂甚至需要增加降温设备来保持常温环境。电热圈加热还有一个缺点就是功率密度低，在一些需要温度较高的场合就无法适应了。加热圈加热时温度很高，容易因高温老化而烧断，因而使用寿命短、维修量大。这种传统的加热方式导致了电能的严重浪费，恶化了工作环境，增加了维修费用。

现有的关于工业用的电磁加热装置的文献包括专利，主要涉及电磁感应加热线圈的结构(例如中国专利03248743.6、200520029577.1、200620130406.2、200720006231.9、200720127209.X、200820102523.7、200820207943.1、200910037142.4)，以及骨架的改进(例如中国专利200520105939.0、200620053047.5、200820156231.1、200920118927.X)，和加热线圈与相关控制电源、控制电路的连接的改进(例如中国专利200520051559.3、200520119602.5、200720031342.5、200820094331.6、200820166522.9、200920049911.8)，其中电路连接的改进主要在于增加了温度检测及其控制电路，以及电路成本的节约(例如中国专利200820166522.9)。但是上述的所有改进基本上没有系统地涉及如何提高系统的可靠性和稳定性。中国专利200720179150.9和200920054490.8涉及对加热控制电路的改进以提高功率管的可靠性，前者是在加热线圈两端并接谐振电容、采用对角线功率管同时激励和倍流式电流电测电路，使功率管始终工作在零电压或零电流开关状态；后者是线圈充放电回路采用两个以上独立控制的回路，具有两个以上绝缘栅双极型功率管IGBT，这样与单线圈产生的功率相比，可达到同样加热功率的情况下，线圈和IGBT通过的电流都会降低一半，大大降低IGBT因电应力问题引起的失效。但是中国专利200720179150.9和200920054490.8的应用是频率稳定的电磁炉，其工作环境和条件与工业用电磁加热装置差异很大，不能满足工业用电磁加热装置的需要。

综上所述，目前用于工业塑胶机械中的电磁感应加热控制装置存在效率低、能耗大、可靠性和稳定性差且使用寿命短的技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种效率高、低耗能、可靠性和稳定性好且使用寿命长的电感控制器及含有该电感控制器的电感加热装置。

本实用新型所述电感控制器所采用的技术方案是：所述电感控制器包括整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路、LC振荡电路、IGBT、过压保护电路、频率同步电路、功率调节电路、过流保护电路、驱动放大电路、CPU。所述整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路的输入端均连接供电电网，所述低压直流电路分别与所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、频率同步电路、功率调节电路、驱动放大电路、CPU电连接，所述整流滤波电路的输出端连接所述LC振荡电路，所述LC振荡电路还连接所述IGBT、过压保护电路、频率同步电路，所述频率同步电路的输出端连接所述功率调节电路，所述功率调节电路与所述驱动放大电路、电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、CPU电连接，所述驱动放大电路的输出端连接所述IGBT，所述IGBT连接所述过流保护电路，所述CPU连接所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、功率调节电路。

所述CPU包括程序控制装置，通过所述程序控制装置控制，在系统启动或关闭时，调节PWM信号的占空比缓慢增大或减小，实现软启动、软关断。

本实用新型所述含有电感控制器的电感加热装置所采用的技术方案是：所述电感加热装置包括塑机加热筒、保温层、韧性骨架、两个定位及防踩踏橡胶圈、电磁感应线圈、电感控制器，所述保温层敷设在所述加热筒外，所述韧性骨架设置在所述保温层上，所述定位及防踩踏橡胶圈设置在韧性骨架上，所述电磁感应线圈设置在所述定位及防踩踏橡胶圈之间，所述电感控制器与所述电磁感应线圈电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述电感控制器包括整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路、LC振荡电路、IGBT、过压保护电路、频率同步电路、功率调节电路、过流保护电路、驱动放大电路、CPU，通过采用频率同步电路来保证谐振回路无论工作在什么频率下，功率器件的开关频率始终与其保持一致，使系统更加可靠；通过采用电压限峰电路自动调整输出功率的大小，当电网电压过高时，适当地减小输出电流，使功率不随着电压的增高而增大，从而增加了系统的稳定性；通过采用软关断、软启动技术使系统能够缓慢的启动跟关断，减小各个控制器在开启跟关断时对其他控制线圈上的影响，使各个控制器都能够缓慢、平滑地启动跟关断，提高整个系统的可靠性。上述三方面的电路改进系统性地提高了工业电感加热控制装置的稳定性和可靠性，大大降低了主控制器的故障率，使所述电感控制器有效实现了效率高、低耗环保、可靠性和稳定性好且使用寿命长的目的。

附图说明

图1是本实用新型所述电感加热装置的结构示意图；

图2是本实用新型所述电感控制器的结构框图；

图3是本实用新型频率跟踪电原理图；

图4是本实用新型电压限峰电原理图；

图5是本实用新型软关断、软启动电原理图。

具体实施方式

如图2所示，所述电感控制器包括整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路、LC振荡电路、IGBT、过压保护电路、频率同步电路、功率调节电路、过流保护电路、驱动放大电路、CPU，所述整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路的输入端均连接供电电网，所述低压直流电路的输出端分别与所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、频率同步电路、功率调节电路、驱动放大电路、CPU电连接，所述整流滤波电路的输出端连接所述LC振荡电路，所述LC振荡电路还连接所述IGBT、过压保护电路、频率同步电路，所述频率同步电路的输出端连接所述功率调节电路，所述功率调节电路与所述驱动放大电路、电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、CPU电连接，所述驱动放大电路的输出端连接所述IGBT，所述IGBT连接所述过流保护电路，所述CPU连接所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、功率调节电路。

所述CPU包括程序控制装置，通过所述程序装置控制，在系统启动或关闭时，调节PWM信号的占空比缓慢增大或减小，实现软启动、软关断。

其中LC振荡电路、频率同步电路、功率调节电路、驱动放大电路和IGBT构成了频率跟踪电路，实现频率跟踪功能；低压直流电路和电压限峰电路实现了电压限峰功能；通过软件编程，在系统启动和关闭时，CPU实现系统软启动、软关断。

如图3所示，频率跟踪功能是这样实现的：

由于系统中LC振荡电路的电感L1是可变电感，LC振荡电路的工作频率也跟着电感L1一起变化。如果IGBT的开关频率和LC振荡电路的工作频率不一致，则很容易损坏IGBT。系统通过频率跟踪技术，使IGBT的开关频率与LC振荡电路的工作频率保持一致。频率跟踪技术是通过对LC振荡电路工作频率的采样，反馈给IGBT，使IGBT的开关频率跟LC振荡频率一致。此技术的实现是通过对所述供电电网提供的市交流电进行整流滤波，将220V的交流电变成300V左右的直流电，接入LC振荡电路，LC振荡电路的另一端接IGBT的集电极(C极)，IGBT发射极(E极)接地，N1即为IGBT。R1、R3分别接入LC振荡电路的两端，对LC振荡电路两端的电压进行采集，将采集到的电压送往IC3A的输入端，R1、R3的电阻值分别为680KΩ/2W、620KΩ/2W，R1接IC3A的“-”端，R3接IC3A的“+”端，IC3A是一个比较器，通过比较两个输入端的电压值，输出一个与LC振荡电路工作频率一致的脉冲信号。脉冲信号接入系统功率调节模块的功率调节点，功率调节模块输出一个频率与LC振荡电路工作频率一致、占空比可调的方波信号，经过驱动放大，经由R9接入IGBT的栅极(G极)，控制IGBT的开关频率，这样就使IGBT的开关频率与LC振荡电路的工作频率保持一致，实现了频率跟踪。

如图4所示，电压限峰功能是这样实现的：

系统的功率跟电网电压值成正比，电网电压值越高，IGBT集电极和发射极两端的电压值和流经IGBT的电流值会相应的增大，然而IGBT的耐压值和额定电流值又是有极限的，为了使IGBT工作在安全的范围内，通过电压限峰技术来控制IGBT的工作电压和电流。电压限峰技术是通过对电网电压的实时监测，根据电网的电压值来调节系统自身功率，当电网电压值超过系统的设定值时，所述电感控制器6通过降低系统功率，使IGBT在安全的工作范围内工作。此技术的实现是通过对电网电压进行降压整流，将交流高压电变成低压直流电。通过运算放大器IC2B的“-”端采集降压整流后的低压直流电的电压值，IC2B的“+”端用一个+5V的电压作为基准信号，IC2B输出端并接电阻R44和R29，R44正向串接二极管D12，D12反向接入功率调节模块的功率调节点，进行功率调节。R29接入CPU，将IC2B的输出信号送往CPU，CPU同样接入功率调节模块，CPU通过对IC2B的输出结果进行分析，对系统功率进行智能调节。

如图5所示，系统软启动、软关断功能是这样实现的：

由于系统LC振荡电路中的电感是系统的负载，其安装在系统的外部，用线圈绕制而成，各个线圈之间有互感作用，系统的启动和关闭瞬间都会使电感上的电压和电流突变，软关断、软启动技术使系统能够缓和的启动和关闭。软关断、软启动技术是通过CPU输出一个PWM信号，通过软件控制，使系统缓慢的开启和关闭。此技术的实现是通过CPU输出一个占空比可调的PWM信号，通过软件编程，PWM信号的占空比从0缓慢增大至设定值，CPU输出PWM信号的引脚与R19、R21并接，R19和C21组成一个RC充放电电路，PWM信号经过RC充放电回路后在IC3B的“+”端经过一段时间形成一个电压值固定的基准比较电压，IC3B是一个比较器，基准比较电压的电压值与系统功率成正比。当系统启动时，基准比较电压由0缓慢地增大至系统设定值，系统功率也缓慢地增大至设定值，实现了系统的软启动。当系统关闭时，CPU控制PWM信号的占空比从设定值缓慢减小至0，基准比较电压也由设定值缓慢地减小到0，系统功率也缓慢地从设定值减小到0，实现了系统的软关断。从而使系统能够缓慢的启动和关闭。

所述整流滤波电路的输入端与供电电网相连接，输出端接入LC振荡电路；频率同步电路连接LC振荡电路，频率同步电路的输出端连接功率调节电路的输入端，功率调节电路的输出端连接驱动放大电路的输入端，驱动放大电路的输出端连接IGBT，IGBT又与LC振荡电路相连接。过压保护电路的输入端与LC振荡电路相连接，输出端接入功率调节电路的输入端；过流保护电路的输入端与IGBT相连接，输出端接入功率调节电路的输入端；电压限峰电路的输入端与供电电网相连接，输出端接入功率调节电路的输入端；CPU与功率调节电路的输入端相连接。

所述供电电网提供的市交流电接入所述电感控制器后分两路，一路经所述低压直流电路变压整流形成直流电，用作系统直流低压电源，供给所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、频率同步电路、功率调节电路、驱动放大电路和CPU；另一路经所述整流滤波电路后流经所述LC振荡电路，再流经所述IGBT后接地，形成主回路。

所述LC振荡电路由所述电磁感应线圈和电容组成。

所述频率同步电路对所述LC振荡电路的频率进行采样，输出一个与其同频率的周期信号，经过所述功率调节，输出一个与所述LC振荡电路同频率，占空比可调的方波信号，再经过所述驱动放大电路，得到IGBT驱动信号，直接驱动IGBT，IGBT获得一个跟LC振荡电路频率一致、占空比可调节的驱动信号。

所述LC振荡电路、频率同步电路、功率调节电路、驱动放大电路和IGBT五个部分构成的回路实现了系统的频率跟踪功能，使IGBT的开关频率与LC振荡电路的工作频率保持一致，减小了IGBT的开关应力，降低IGBT损坏率，使系统更加可靠，并且可以控制IGBT驱动信号的占空比，实现了系统功率可调。

所述电压限峰电路监测供电电网的电压值，根据实际的工作电压，实时地进行系统功率调节，并将监测结果送往CPU。所述过压保护电路监测LC振荡电路中电感两端的电压，根据实际的电压值，实时地进行系统功率调节，并将监测结果送往CPU。所述过流保护电路监测流经IGBT的电流，根据实际的电流值，实时地进行系统功率调节，并将监测结果送往CPU。所述CPU对来自电压限峰电路、过压保护电路和过流保护电路的监测数据进行分析，并根据分析结果对系统进行功率调节，实现对系统工作功率的控制。所述电压限峰电路、过压保护电路和过流保护电路通过监测系统存在的隐患点，实时调节系统的工作功率，防止IGBT因为过载而损坏，使IGBT更加安全地工作。

所述CPU采用相应的程序，在系统启动和关闭时，实现系统软启动、软关断，使系统能够缓慢的启动和关断，减小各个控制器在开启和关断时对其他控制线圈的影响，提高整个系统的可靠性。

可见，本实用新型通过采用频率同步电路来保证谐振回路无论工作在什么频率下，功率器件的开关频率始终与其保持一致，使系统更加可靠；通过采用电压限峰电路自动调整输出功率的大小，当电网电压过高时，适当地减小输出电流，使功率不随着电压的增高而增大，从而增加了系统的稳定性；通过采用软关断、软启动技术使系统能够缓慢的启动跟关断，减小各个控制器在开启跟关断时对其他控制线圈上的影响，使各个控制器都能够缓慢、平滑地启动跟关断，提高整个系统的可靠性。上述三方面的电路改进系统性地提高了工业电感加热控制装置的稳定性和可靠性，大大降低了主控制器的故障率。

如图1所示，本实用新型提供的电感加热装置包括塑机加热筒1、保温层2、韧性骨架3、两个定位及防踩踏橡胶圈4、电磁感应线圈5、电感控制器6，所述保温层2敷设在所述加热筒1外，所述韧性骨架3设置在所述保温层2上，所述定位及防踩踏橡胶圈4设置在韧性骨架3上，所述电磁感应线圈5设置在所述定位及防踩踏橡胶圈4上，所述电感控制器6与所述电磁感应线圈5电连接，所述韧性骨架3由韧性绝缘的平板材料制成，可按照加热筒1的尺寸大小裁制成平板状，所述韧性骨架3包覆保温层2，是使用工业用高温耐热胶水将韧性平板材料粘成圆筒状而成，所述一对定位及防踩踏橡胶圈4固定在韧性骨架3上，使用工业用高温耐热胶水进行固定。

本实用新型所述电感控制器及含有该电感控制器的电感加热装置具有效率高、低耗环保、可靠性和稳定性好且使用寿命长的优点，可广泛应用于工业电感加热技术领域中。

Claims (2)

1.一种电感控制器，其特征在于：所述电感控制器包括整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路、LC振荡电路、IGBT、过压保护电路、频率同步电路、功率调节电路、过流保护电路、驱动放大电路、CPU，所述整流滤波电路、低压直流电路、电压限峰电路的输入端均连接供电电网，所述低压直流电路分别与所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、频率同步电路、功率调节电路、驱动放大电路、CPU电连接，所述整流滤波电路的输出端连接所述LC振荡电路，所述LC振荡电路还连接所述IGBT、过压保护电路、频率同步电路，所述频率同步电路的输出端连接所述功率调节电路，所述功率调节电路与所述驱动放大电路、电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、CPU电连接，所述驱动放大电路的输出端连接所述IGBT，所述IGBT连接所述过流保护电路，所述CPU连接所述电压限峰电路、过压保护电路、过流保护电路、功率调节电路。

2.一种含有权利要求1所述电感控制器的工业电感加热装置，其特征在于：所述工业电感加热装置包括塑机加热筒(1)、保温层(2)、韧性骨架(3)、两个定位及防踩踏橡胶圈(4)、电磁感应线圈(5)、电感控制器(6)，所述保温层(2)敷设在所述加热筒(1)外部，所述韧性骨架(3)设置在所述保温层(2)上，所述定位及防踩踏橡胶圈(4)设置在所述韧性骨架(3)上，所述电磁感应线圈(5)设置在所述定位及防踩踏橡胶圈(4)之间，所述电感控制器(6)与所述电磁感应线圈(5)电连接。

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