TWM495937U - 感應加熱控制裝置 - Google Patents

Description

感應加熱控制裝置

本創作係與感應加熱設備有關，具體而言是指一種具有變頻控制功能的感應加熱控制裝置，以及具有功率分配功能的並聯控制系統，能夠應用在各式塑膠成型機台，以達成高效率與節能之效果。

感應加熱技術具有高效率與精確的溫度控制能力，能夠進行工件的局部加熱，設備體積較其他加熱設備要小，且不受環境限制，因此被普遍應用在各種熱處理、塑膠成型與焊接等加工設備當中。

目前的感應加熱設備主要是利用頻率回授控制來執行功率的調整，例如US5700996與WO2009/117929揭露一種具有電源開關控制的感應加熱器，具有線圈電流與負載的偵測與頻率回授控制功能，但是沒有納入溫控回授控制的部分，而且整體結構仍相當複雜。

此外，目前成型設備所使用的感應加熱模組，無論是單組驅動器或是多組驅動器並聯的技術，在調整匹配上都是利用人工進行，無法隨著成型製程的動態需求進行快速的調整，因此能源的轉換效率普遍低於50%，不利於節能的環保趨勢，也難以達成高精密度的加工要求，因此仍有待改進。

有鑑於此，本創作之主要目的在於提供一種感應加熱控制裝置，具有變頻控制功能以達成高效率與節能之效果。

為了達成上述目的，本創作提供了一種感應加熱控制裝置，用來控制一感應加熱器，其具有一負載溫度量測單元與一電壓電流量測單元以偵測該感應加熱器的溫度與電壓及/或電流後，傳送一偵測信號到至少一控制模組，其中該控制模組具有一控制運算單元能接收該偵測信號，一脈衝寬度調變輸出單元與一驅動電路受該控制運算單元控制。

藉此，本創作具備加熱負載實際電流/電壓與作業溫度的偵測與迴授控制，能應用在各式熱處理設備或成型機台並快速適應製程的動態需求，以達成高效率與節能之效果。

1‧‧‧電力逆變模組

2‧‧‧感應加熱器

2A‧‧‧加熱負載

10‧‧‧感應加熱控制裝置

20‧‧‧負載溫度量測單元

30‧‧‧電壓電流量測單元

40‧‧‧控制模組

41‧‧‧控制運算單元

42‧‧‧脈衝寬度調變輸出單元

43‧‧‧驅動電路

50‧‧‧並聯控制器

60‧‧‧切換器

S10~12‧‧‧步驟

S20~22‧‧‧步驟

第1圖為本創作較佳實施例之感應加熱控制器架構圖。

第2圖為本創作較佳實施例之頻率追蹤控制示意圖。

第3圖為本創作較佳實施例之溫度迴授控制示意圖。

第4圖為本創作較佳實施例之並聯式感應加熱系統架構圖。

為了能更瞭解本創作之特點所在，本創作提供了一較佳實施例並配合圖式說明如下，請先參考第1圖。其中，本實施例的感應加熱控制裝置10連接控制一電力逆變模組1以驅動一感應加熱器2進行感應加熱，感應加熱控制裝置10具有一負載溫度量測單元20與一電壓電流量測單元30用來偵測感應加熱器2中加熱負載2A的溫度、電壓與電流之後，將一偵測信號傳送到一控制模組40以控制電力逆變模組1進行對應的工作週期調整、頻率 控制與移相控制。

其中，電力逆變模組1是採用絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)全橋逆變器而對感應加熱器2提供線圈電流，並整合功率變壓器而能夠同時對輸出之工作週期與頻率進行對應調整，具有快速調頻與輸出功率準確可調的優點。

控制模組40是由一控制運算單元41接收來自負載溫度量測單元20與電壓電流量測單元30的偵測信號，之後控制一脈衝寬度調變(Pulse-width Modulation,PWM)輸出單元42來產生所需的頻率與寬度，最後將脈衝寬度調變輸出單元42所產生之信號傳送到一驅動電路43來對應驅動電力逆變模組1。

因此，本創作之感應加熱控制裝置10可以同時提供電流電壓迴授控制與溫度迴授控制兩種控制模式。

首先，關於電流電壓迴授控制的部分請參閱第2圖，電壓電流量測單元30於步驟S10會產生偵測信號，經過濾波器進行處理後再傳送到控制運算單元41進行波型檢測與相位檢測(步驟S11)，最後執行步驟S12，由控制運算單元41決定工作週期調整範圍與頻率，之後再透過脈衝寬度調變輸出單元42與驅動電路43對電力逆變模組1進行隔離驅動。

至於溫度迴授控制的部分，請參閱第3圖，首先執行步驟S20，利用負載溫度量測單元20去偵測實際負載作業溫度後產生偵測信號，再執行步驟S21，由輸入控制模組40以進行對應的移相控制並設定動作參考溫度，之後同樣透過脈衝寬度調變輸出單元42與驅動電路43對電力逆變模組1進行隔離驅動。

由於本創作納入加熱負載實際電流/電壓與作業溫度的偵測與迴授控制，讓本創作能夠快速適應製程的動態需求。

另外針對大功率的應用情境，本創作更提出了一並聯式感應加熱系統而進行多組並聯控制，請參閱第4圖，並聯控制器50同時與複數個控制模組40連結，且控制模組40分別電性連接一電力逆變模組1與一切換器60，其中切換器60可以是斷路控制器，且接受並聯控制器50的控制來決定電力逆變模組1的並聯數量。

如此一來，並聯控制器50可以接受來自負載溫度量測單元20與一電壓電流量測單元30的偵測信號，就能透過複數個控制模組40同時進行功率與頻率自動調整，同時利用切換器60控制並聯數量來提供不同的負載功率，以達成最佳化的匹配效果，具有成本較低，高效率，與容易使用的優點。此外，並聯控制器50還可以提供負載功率自動偵測功能與並聯數量自動偵測功能。

最後，必須再次說明的是，本創作於前述實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，舉凡其他易於思及的結構變化，或與其他等效元件的替代變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧電力逆變模組

2‧‧‧感應加熱器

2A‧‧‧加熱負載

10‧‧‧感應加熱控制裝置

20‧‧‧負載溫度量測單元

30‧‧‧電壓電流量測單元

40‧‧‧控制模組

41‧‧‧控制運算單元

42‧‧‧脈衝寬度調變輸出單元

43‧‧‧驅動電路

Claims (6)

1. 一種感應加熱控制裝置，用來控制一感應加熱器，其特徵在於：具有一負載溫度量測單元與一電壓電流量測單元以偵測該感應加熱器的溫度與電壓及/或電流後，傳送一偵測信號到至少一控制模組，其中該控制模組具有一控制運算單元能接收該偵測信號，一脈衝寬度調變輸出單元與一驅動電路受該控制運算單元控制。
2. 如請求項1所述之感應加熱控制裝置，其更具有一電力逆變模組能夠接受該控制模組的控制。
3. 如請求項2所述之感應加熱控制裝置，其中該電力逆變模組具有一絕緣閘雙極電晶體(IGBT)全橋逆變器與一功率變壓器。
4. 如請求項1所述之感應加熱控制裝置，其中該控制運算單元可以根據該偵測信號進行一電流電壓迴授控制模式與一溫度迴授控制模式。
5. 如請求項1所述之感應加熱控制裝置，其中該至少一控制模組的數量為複數個，且該等控制模組共同並聯於一並聯控制器，該並聯控制器則連結該負載溫度量測單元與該電壓電流量測單元以接收該偵測信號，各該控制模組分別連接一電力逆變模組與一切換器，各該控制模組能接受該並聯控制器之控制而自動調整各該電力逆變模組。
6. 如請求項5所述之感應加熱控制裝置，其中各該切換器為一斷路控制器。