專利名稱：一種工業(yè)用電磁加熱控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種控制裝置，應用于工業(yè)電磁加熱領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在塑料、建材、石油傳輸、汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域，常會有電加熱設(shè)備，用于加熱的電能消耗在生產(chǎn)成本中占很大比重。傳統(tǒng)的電加熱方式采用電熱圈加熱方式，即在被加熱容器外設(shè)置電熱圈，電熱圈產(chǎn)生的熱量傳導到被加熱容器壁上，進而對被加熱容器內(nèi)的物料進行加熱。這種加熱方式，電熱圈與被加熱容器壁接觸的部分表面積為傳熱面，電熱圈其余部分表面積散發(fā)的熱量直接散失到周圍空氣中，因而加熱效率低，能源浪費嚴重，同時散發(fā)到空氣中的熱量對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。鑒于電熱圈加熱方式存在的問題，目前，越來越多采用電磁加熱方式。電磁加熱是 利用電磁感應原理將電能轉(zhuǎn)換成熱能。通過電磁加熱控制器將50Hz/60Hz的交流電整流、逆變?yōu)?5-30kHz直流電源，加載到纏繞在被加熱容器外壁上的感應線圈，從而產(chǎn)生交變電磁場。交變電磁場通過渦流與磁滯共同作用于被加熱容器，使得被加熱容器溫度升高，進而加熱其中的物料。與電熱圈加熱方式相比，電磁加熱方式熱損耗少、加熱速度快，作為一種節(jié)能加熱技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應用前景。電磁加熱方式中電磁加熱控制器主要采用無處理器的純硬件電路設(shè)計，針對不同的加熱對象設(shè)備功率輸出能力差異大，即使對于同一加熱對象設(shè)備長時間應用后由于負載線圈電感量變化功率輸出能力的變化也很明顯。另外，在遇到上電起動、電網(wǎng)電壓波動、多機同時運行相互干擾情況下，電磁加熱控制器設(shè)備可靠性差，經(jīng)常因功率驅(qū)動部分燒毀造成炸機。這些問題影響和制約了電磁加熱節(jié)能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的推廣應用。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有電磁加熱技術(shù)存在的可靠性差的問題，本實用新型提供了一種工業(yè)用電磁加熱控制器。本實用新型的技術(shù)方案如下一種工業(yè)用電磁加熱控制器，包括整流濾波模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊和檢測及保護模塊；所述功率模塊包含IGBT集成電路；所述整流濾波模塊分別向所述主控模塊、所述驅(qū)動模塊、所述功率模塊和所述檢測及保護模塊提供直流電；所述主控模塊分別與所述驅(qū)動模塊和所述檢測及保護模塊連接，所述主控模塊向所述驅(qū)動模塊發(fā)送脈沖信號；所述檢測及保護模塊向所述主控模塊反饋所述電磁加熱控制器連接的電磁加熱電路的狀態(tài)信號；所述驅(qū)動模塊與所述功率模塊連接；所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動所述功率模塊向所述電磁加熱電路供電。所述工業(yè)用電磁加熱控制器還包括對外接口模塊；所述整流濾波模塊向所述對外接口模塊提供直流電；所述對外接口模塊接收來自外部的控制指令并傳輸給所述主控模塊。[0009]所述功率模塊兼容IGBT全橋諧振電路和IGBT半橋諧振電路。所述檢測及保護模塊檢測所述脈沖信號是否失效，所述脈沖信號失效時則禁止所述脈沖信號向所述驅(qū)動模塊發(fā)送。所述對外接口模塊包括開關(guān)量輸入接口和開關(guān)量輸出接口和/或數(shù)字信號通訊接口和/或模擬信號接口和/或人機交互接口。 所述數(shù)字信號接口為CAN總線接口或以太網(wǎng)接口或GPRS接口或3G移動通訊接□。所述模擬信號接口支持4 20mA、I 5V模擬信號輸入。所述對外接口支持6路開關(guān)量輸入接口，及支持6路開關(guān)量輸出接口。所述主控模塊根據(jù)所述電磁加熱電路的狀態(tài)信號調(diào)整脈沖信號頻率，使所述電磁加熱電路工作在接近諧振點的狀態(tài)。所述主控模塊具備三種工作模式啟動模式、正常運行模式和故障保護模式；在所述啟動模式下，主控模塊初始輸出脈沖信號占空比通過脈沖寬度調(diào)制方式逐漸增加，實現(xiàn)所述電磁加熱電路工作電流軟啟動；在所述正常工作模式下，根據(jù)所述電磁加熱電路的狀態(tài)信號調(diào)整脈沖信號頻率及脈沖占空比，使所述電磁加熱電路工作電流保持恒定；在所述故障保護模式，所述電磁加熱電路出現(xiàn)故障，所述主控模塊禁止所述脈沖信號輸出。本實用新型的技術(shù)效果本實用新型的技術(shù)方案中檢測及保護模塊將電磁加熱電路電感、電流變化反饋給主控模塊，主控模塊因而可以相應調(diào)整脈沖頻率、占空比，進而控制驅(qū)動模塊和功率模塊，保證輸出功率恒定，提高可靠性。

圖I為本實用新型電磁加熱控制器的原理圖。圖2為本實用新型電磁加熱控制器的一個實施例原理圖。圖中標識說明如下I、整流濾波模塊；2、主控模塊；3、驅(qū)動模塊；4、功率模塊；5、檢測及保護模塊；6、對外接口模塊。
具體實施方式
圖I顯示了本實用新型電磁加熱控制器的原理。電磁加熱控制器包括整流濾波模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊和檢測及保護模塊，其中，功率模塊包含IGBT集成電路。整流濾波模塊分別與主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊和檢測及保護模塊連接。主控模塊分別與驅(qū)動模塊和檢測及保護模塊連接。驅(qū)動模塊與功率模塊連接。另外，電磁加熱控制器還包括對外接口模塊，整流濾波模塊與對外接口模塊連接。整流濾波模塊將控制器外部輸入的交流電轉(zhuǎn)換成為多路直流電，分別提供給主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊、檢測及保護模塊和對外接口模塊。主控模塊產(chǎn)生一定頻率和占空比的脈沖信號，經(jīng)過驅(qū)動模塊處理后用于驅(qū)動功率模塊，為電磁加熱電路提供15 30kHz的電源。功率模塊與電磁加熱電路連接，向電磁加熱電路供電。以下為了描述方便將電磁加熱控制器連接的電磁加熱電路簡稱為負載。[0026]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。IGBT集成電路為現(xiàn)有的產(chǎn)品。檢測及保護模塊檢測電磁加熱控制器輸入電壓、負載電流、電感、溫度等電磁加熱電路的狀態(tài)信號輸入給主控模塊進行處理。根據(jù)這些狀態(tài)信號，主控模塊相應地調(diào)整輸出的脈沖信號輸出狀態(tài)、頻率和占空比。此外，檢測及保護模塊還可連接硬件鎖死電路，當電壓、電流超限以及檢測到 主控模塊脈沖信號失效時，硬件鎖死電路關(guān)閉主控模塊輸出脈沖信號功能，保護功率模塊不受損壞。上述流濾波模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊和檢測及保護模塊組成的電磁加熱控制器可以根據(jù)負載的變化進行自動調(diào)整，實現(xiàn)輸出功率恒定，提高可靠性。在沒有對外接口模塊，沒有外部輸入的控制信號或指令時，可以根據(jù)電磁加熱控制器內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫，使得主控模塊根據(jù)負載的變化作出相應的調(diào)整。所述對外接口模塊可以接收外部輸入的控制信號或指令，并提供給主控模塊進行處理，增加了電磁加熱控制器的靈活性與擴展性。主控模塊根據(jù)控制信號調(diào)整脈沖信號輸出狀態(tài)、頻率和占空比。主控模塊對于外部控制信號或者通信控制指令的執(zhí)行結(jié)果、檢測及保護模塊的檢測數(shù)據(jù)以及主控模塊的運行狀態(tài)都可以通過對外接口模塊提供給遠程監(jiān)控設(shè)備。主控模塊可以根據(jù)預設(shè)程序，無需外部控制信號或指令，根據(jù)檢測信號自動調(diào)整輸出的脈沖信號輸出狀態(tài)、頻率和占空比。圖2顯示了本實用新型的一個實施例。本實施例中，整流濾波模塊I包含三相整流濾波電路和單相整流濾波電路兩部分。電磁加熱控制器正常工作電源輸入電壓380VAC，采用三相四線制接線。380VAC電源接入電磁加熱控制器后分為兩路一路是三根相線進入三相整流橋模塊后再經(jīng)過濾波電路，輸出500V左右的直流電壓，為功率模塊4提供電源，這也是電磁加熱控制器功率輸出的電源；另一路是取其中一根相線和零線，經(jīng)過單相整流濾波成直流后，經(jīng)過開關(guān)芯片逆變成為幾十kHz頻率的振蕩波形，輸入給隔離變壓器，隔離變壓器有多組線圈和輸出接頭，每路輸出信號經(jīng)過整流濾波后輸出多路隔離的直流電壓，分別為主控模塊2、驅(qū)動模塊3、檢測及保護模塊5和對外接口模塊6提供隔離電源。本實施例中，電磁加熱控制器工作時,功率模塊4需要外部負載電感匹配形成串聯(lián)諧振，而串聯(lián)諧振信號是由主控模塊2輸出A、B、C、D共計4路脈沖信號，其中A、D同相、B、C同相而A、B反相。每路脈沖信號經(jīng)過給驅(qū)動模塊3處理后給功率模塊4用于產(chǎn)生諧振激勵。脈沖信號輸入驅(qū)動模塊3后，先經(jīng)過高速光耦隔離后，再經(jīng)過高速對管將脈沖的上升和下降沿進行處理，再輸入給功率模塊4。功率模塊4兼容IGBT全橋諧振電路和IGBT半橋諧振電路，根據(jù)輸出功率的需要可以通過調(diào)整諧振電容的位置，可以分別滿足IGBT全橋諧振電路或IGBT半橋諧振電路的應用。具體來說，IGBT半橋諧振電路主要針對5KW、10KW的小功率電磁加熱應用，可以采用兩片IGBT單管或者一片IGBT半橋模塊構(gòu)建；而IGBT全橋諧振電路主要針對15KW以上的大功率加熱應用，可以采用兩片IGBT半橋模塊或者一片IGBT全橋模塊構(gòu)建。本實施例中，電磁加熱控制器檢測及保護模塊5通過不同的采集單元實時采集電壓、電流、負載、溫度、脈沖等信號。其中電壓、電流、溫度采集通過相應的傳感器采集輸入電壓、負載電流信號，所采集信號經(jīng)過數(shù)字電路調(diào)理后，一方面經(jīng)過ADC電路轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號或者經(jīng)過V/F電路變換成為頻率信號輸入給主控模塊2進行處理，采用優(yōu)化的控制策略，提高電磁加熱控制器抗干擾能力和工作的可靠性。另一方面輸入給電壓和電流保護電路，對于輸入電壓超過額定值的±10%就執(zhí)行過壓或欠壓保護，對于負載電流超過額定值
10%或者低于額定值的50 %執(zhí)行過流或電流異常保護。負載電感量采集是根據(jù)負載電流變化，由主控模塊2結(jié)合控制器工作參數(shù)進行計算得出的 ，用于主控模塊2輸出脈沖信號頻率和占空比調(diào)整。保護電路起作用后，主控模塊2的脈沖信號輸出將被硬件禁止，使電磁加熱控制器停止工作無功率輸出，保護設(shè)備和負載不會受到損壞。主控模塊2可以根據(jù)檢測及保護模塊5實時采集的電流變化計算負載電感量變化，實現(xiàn)脈沖信號頻率自適應調(diào)整，使負載工作在接近諧振點的狀態(tài)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。不過為了降低脈沖信號頻率不斷變化對電磁加熱控制器周圍的電氣設(shè)備產(chǎn)生高次諧波干擾，脈沖信號頻率不能跟隨負載電感量變化實時變化，而是定時進行自適應調(diào)整使工作頻率保持在距離諧振頻率一定偏差之內(nèi)，并使負載保持弱感性。主控模塊2具備三種工作模式啟動模式、正常運行模式和故障保護模式。所述啟動模式，是指主控模塊2初始輸出脈沖信號占空比通過PWM(脈沖寬度調(diào)制)方式逐漸增力口，實現(xiàn)負載工作電流軟啟動。所述正常運行模式，是指根據(jù)檢測及保護模塊5采集的電流以及負載變化，定時調(diào)整脈沖信號頻率以及脈沖占空比，使負載工作電流保持恒定。所述故障保護模式，是指當出線過壓、欠壓、過流、電流異常、過溫、脈沖失效等故障時，主控模塊2禁止脈沖信號輸出。對外接口模塊6包括數(shù)字信號通訊接口，可以支持一路有線方式的CAN總線接口或以太網(wǎng)接口，也可以支持一路無線方式的GPRS或3G網(wǎng)絡接口。數(shù)字通訊接口采用模塊化設(shè)計，統(tǒng)一采用標準的TTL電平接口和主控模塊2進行連接，可以根據(jù)需要進行替換，但是對于每一臺電磁加熱控制器來說，只能選擇一種通訊接口配置。上位管理軟件可以通過數(shù)字信號通訊接口遠程監(jiān)視電磁加熱控制器的實時工作狀態(tài)，不需要人員到現(xiàn)場巡檢即可遠程及時對設(shè)備故障進行診斷，并及時進行相應處理。對外接口模塊6包括模擬信號接口，可以支持一路4 20mA、I 5V或0 5V模擬量控制接口，通過ADC電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給主控模塊2，可以由主控模塊2根據(jù)參數(shù)設(shè)置計算后，對于輸出的脈沖信號通過PWM方式對占空比進行調(diào)整，實現(xiàn)電磁加熱控制器輸出加熱功率精確的連續(xù)調(diào)節(jié)。針對4 20mA、I 5V或0 5V信號采集，需要對于ADC前端調(diào)理電路的參數(shù)進行相應調(diào)整，一旦電路參數(shù)固定只能支持一種類型的模擬信號輸入。對外接口模塊6支持6路開關(guān)量輸入接口，其中I路用于外部按鈕或者控制系統(tǒng)開關(guān)量輸入控制電磁加熱控制器的工作啟動和停止，另外5路用于接收外部溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行加熱信號。對外接口模塊6支持6路開關(guān)量輸出接口，用于切換外部多路負載分時輪詢工作。如果5路某一路開關(guān)量控制信號輸入接通，則相應的開關(guān)量輸出繼電器吸合，用于觸發(fā)外部接觸器吸合，接通該路負載到電磁加熱控制器進行加熱。如果5路中有多路開關(guān)量控制信號輸入同時接通，則主控模塊2需要調(diào)度各路負載分時接通，實現(xiàn)對各路負載的輪巡加熱，該功能可以很好的滿足例如注塑機、擠出機等塑料加工多個加熱分區(qū)的應用場合。[0039]值得注意的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非因此限定本實用新型的專利保護范圍，本實用新型還可以對上述各種零部件的構(gòu)造進行材料和結(jié)構(gòu)的改進，或者是采用技術(shù)等同物進行替換。故凡運用本實用新型的說明書及圖示內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，或直接或間接運用于其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域均同理皆包含于本實用新型所涵蓋的范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于包括整流濾波模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊和檢測及保護模塊；所述功率模塊包含IGBT集成電路； 所述整流濾波模塊分別向所述主控模塊、所述驅(qū)動模塊、所述功率模塊和所述檢測及保護模塊提供直流電； 所述主控模塊分別與所述驅(qū)動模塊和所述檢測及保護模塊連接，所述主控模塊向所述驅(qū)動模塊發(fā)送脈沖信號； 所述檢測及保護模塊向所述主控模塊反饋所述電磁加熱控制器連接的電磁加熱電路的狀態(tài)信號； 所述驅(qū)動模塊與所述功率模塊連接；所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動所述功率模塊向所述電磁加熱電路供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于還包括對外接口模塊；所述整流濾波模塊向所述對外接口模塊提供直流電；所述對外接口模塊接收來自外部的控制指令并傳輸給所述主控模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述功率模塊兼容IGBT全橋諧振電路和IGBT半橋諧振電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述檢測及保護模塊檢測所述脈沖信號是否失效，所述脈沖信號失效時則禁止所述脈沖信號向所述驅(qū)動模塊發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述對外接口模塊包括開關(guān)量輸入接口和開關(guān)量輸出接口和/或數(shù)字信號通訊接口和/或模擬信號接口和/或人機交互接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述數(shù)字信號接口為CAN總線接口或以太網(wǎng)接口或GPRS接口或3G移動通訊接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述模擬信號接口支持4 20mA、I 5V模擬信號輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述對外接口支持6路開關(guān)量輸入接口，及支持6路開關(guān)量輸出接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述主控模塊根據(jù)所述電磁加熱電路的狀態(tài)信號調(diào)整脈沖信號頻率，使所述電磁加熱電路工作在接近諧振點的狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述工業(yè)用電磁加熱控制器，其特征在于所述主控模塊具備三種工作模式啟動模式、正常運行模式和故障保護模式；在所述啟動模式下，主控模塊初始輸出脈沖信號占空比通過脈沖寬度調(diào)制方式逐漸增加，實現(xiàn)所述電磁加熱電路工作電流軟啟動；在所述正常工作模式下，根據(jù)所述電磁加熱電路的狀態(tài)信號調(diào)整脈沖信號頻率及脈沖占空比，使所述電磁加熱電路工作電流保持恒定；在所述故障保護模式，所述電磁加熱電路出現(xiàn)故障，所述主控模塊禁止所述脈沖信號輸出。
專利摘要本實用新型提供了工業(yè)用電磁加熱控制器，包括整流濾波模塊、主控模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊和檢測及保護模塊；所述功率模塊包含IGBT集成電路；所述整流濾波模塊分別向所述主控模塊、所述驅(qū)動模塊、所述功率模塊和所述檢測及保護模塊提供直流電；所述主控模塊分別與所述驅(qū)動模塊和所述檢測及保護模塊連接，所述主控模塊向所述驅(qū)動模塊發(fā)送脈沖信號；所述檢測及保護模塊向所述主控模塊反饋所述電磁加熱控制器連接的電磁加熱電路的狀態(tài)信號；所述驅(qū)動模塊與所述功率模塊連接；所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動所述功率模塊向所述電磁加熱電路供電。本實用新型廣泛應用于工業(yè)電磁加熱領(lǐng)域。
文檔編號H05B6/06GK202514092SQ201220182198
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者何偉, 張曉華, 林紅權(quán), 趙晝辰 申請人:北京三博中自科技有限公司