一种注塑机电磁加热系统

摘要

本发明涉及一种注塑机电磁加热系统，包括料筒，电气控制柜，还包括：分段绕制在料筒外的电磁感应线圈，通以高频高压电后产生交变磁场；设在各个测温点上的热敏元件，所述的测温点设置在每段电磁感应线圈的附近；电磁控制器，包括微处理器和外围电路，将工频电流转化为高频高压电流并输出到电磁感应线圈，并实时监测料筒温度，及时调整各段的加热功率。本发明的控制电路集成在一个控制板上，实现了一个加热主机控制多个线圈，简化了加热系统，减少了制作成本，且比传统的电磁加热系统节电率高15％。

权利要求

1.一种注塑机电磁加热系统，包括料筒(1)，电气控制柜(7)，其特征在于还包括：分段绕制在料筒(1)外的电磁感应线圈(3)，通以高频高压电后产生交变磁场；

设在各个测温点上的热敏元件(2)，所述的测温点设置在每段电磁感应线圈(3)的附近；

电磁控制器(6)，包括微处理器和外围电路，将工频电流转化为高频高压电流并输出到电磁感应线圈，并实时监测料筒温度，及时调整各段的加热功率；

其中，所述的电气控制柜的输出端连接电磁控制器的电源输入端，热敏元件并联连接电磁控制器的信号输入端，电磁感应线圈的输入端并联连接于电磁控制器的输出端；

所述的外围电路包括主回路、料筒温度监测电路、PWM脉宽调控电路、同步电路、振荡电路、IGBT激励电路、电流检测电路、VCE监控电路、方波电路、浪涌电压监测电路和IGBT温度监测电路，其中：料筒温度监测电路，其输出端连接微处理器CPU的引脚，将设置于测温点上热敏元件测得的信号经处理电路处理后传送给微处理器，实时监测料筒温度；

主回路，主回路主要由整流桥、扼流圈、发热线圈、谐振电容和主开关管IGBT组成，主回路主要是将工频交流电源转变为脉动的直流电，再将直流电压转换成高频高压电，高速变化的高频高压电流流过绕制在料筒外的电磁感应线圈，料筒内的金属材料会自身高速发热；

PWM脉宽调控电路，微处理器CPU设有PWM输出端，PWM脉宽调控电路的输入端连接微处理器CPU的PWM输出端，PWM脉宽调控电路将PWM脉冲信号转化为与脉冲宽度相应的电压信号；

同步电路，一端连接主回路，另一端连接振荡电路，用来使高频高压的开关脉冲前沿与IGBT上产生的VCE脉冲后沿相同步；

振荡电路，振荡电路的输入端连接PWM脉宽调控电路的输出端，其输出端连接主回路，将经PWM脉宽调控电路处理的控制信号PWM和主回路反馈回来的信号作比较，产生一个提供给IGBT激励电路工作的脉冲信号；

IGBT激励电路，其输入端连接振荡电路的输出端，将振荡电路输出的脉冲信号放大，放大后的脉冲信号连接IGBT的G极；

开关控制，用于控制加热开启或停止，且选择将逆变电路产生的高频高压电在哪路输出，其输出端为并联连接的电磁感应线圈。

电流检测电路，其输入端连接电源，输出端连接微处理器CPU的引脚，将电源电压转化为直流电压传送至微处理器CPU；

VCE监控电路，连接主回路，获取IGBT的VCE电压变化信息传送至微处理器CPU；

方波电路，连接主电源，用于监测电源频率信息；

浪涌电压监测电路，其输入端连接主电源，输出端分别连接振荡电路和微处理器CPU，用于当电源突然有浪涌电压输入时，使电磁控制器暂停加热；

IGBT温度监测电路，其输出端连接微处理器CPU，用于监测IGBT的温度变化。

2.根据权利要求1所述的注塑机电磁加热系统，其特征在于所述的电磁控制器内还设有散热系统。

3.根据权利要求1所述的注塑机电磁加热系统，其特征在于所述的料筒(1)外侧壁上设有保温材料(4)，电磁感应线圈(3)绕制在保温材料(4)外面。

4.根据权利要求1或3所述的注塑机电磁加热系统，其特征在于所述的料筒(1)外设有护罩(5)，且护罩(5)设于电磁感应线圈外。

5.根据权利要求4所述的注塑机电磁加热系统，其特征在于所述的护罩以铝合金材料为主。

说明书

一种注塑机电磁加热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及注塑机加热的方法和系统，尤其涉及电磁加热技术的方法和系统。

背景技术

[0002] 目前，使用注塑机加热装置多是采用电阻式加热，这种加热方法，由电阻丝产生的热量需要通过热传导传递到加热部件上，在热传导过程中将会造成热量大部分散失，如散失到空气中，使得热转换效率较低，从而造成电能的浪费。另外电阻丝容易因高温老化而烧断，使用寿命较短，预热时间较长。针对这种加热方法的不足，有人提出了电磁加热方法，其方法是对电磁感应线圈通以高频高压电流，产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过金属料筒时在料筒内产生强大的涡流，料筒本身处于短路状态，涡流在料筒自身电阻的作用下高速发热，从而达到加热金属料筒内的东西。电磁加热技术已经初步应用于注塑机，相比于电阻丝加热，电磁加热方法由于靠金属料筒自身发热，没有热传导过程的热能量损耗及电热元件自身的电能损耗，大幅度节约能源，热效率高于96％，节电率达60％以上。由于电磁感应线圈本身不发热，所以使用寿命长，且该方法还具有升温速率快，无需维修等优点。

[0003] 专利号为200720031342.5的一种塑料挤出机、塑料机用电加热装置，包括安装在塑料挤出机、注塑机置螺旋走料管上的温度传感器，一个能显示采样温度并与设定值进行比较的温度控制器和电磁炉主板电路，温度控制器的继电器控制端子负责电磁炉主板电路激励级控制接口的导通和断开，安装在螺旋走料管上的电磁感应线圈电连接在电磁炉主板电路的输出端。该装置每一个线圈需要一个加热主机去控制，不仅浪费了资源，也使得造价较高。

发明内容

[0004] 本发明主要是解决现有技术一个电磁感应线圈需要单独一个加热主机的技术问题，提供一种一个加热主机控制多个电磁感应线圈，进行循环加热，大大提高系统节电率的注塑机电磁加热方法及系统。

[0005] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

[0006] 一种注塑机电磁加热系统，包括料筒，电气控制柜，还包括：分段绕制在料筒外的电磁感应线圈，通以高频高压电后产生交变磁场；设在各个测温点上的热敏元件，所述的测温点设置在每段电磁感应线圈的附近；电磁控制器，包括微处理器和外围电路，将工频电流转化为高频高压电流并输出到电磁感应线圈，并实时监测料筒温度，及时调整各段的加热功率；其中，所述的电气控制柜的输出端连接电磁控制器的电源输入端，热敏元件并联连接电磁控制器的信号输入端，电磁感应线圈的输入端并联连接与电磁控制器的输出端。

[0007] 电磁控制器采集各个电磁感应线圈附近测温点的温度，与各段的预设温度进行比较，判断是否需要对电磁感应线圈通高频高压电，如果测得的温度小于预设的温度，增大加热功率，直到测温点温度达到预设温度，如果测得的温度过高，则减小加热功率。本发明采用一个电磁控制器控制多个线圈，电磁控制器内设有可编程逻辑控制器，只要通过对可编程逻辑控制器编程，实现循环有序地对电磁感应线圈进行加热，相比传统的一个加热器控制一个线圈，简化了机构，降低了成本，而且由于电磁控制器本身也要消耗电能，因此也提高了电磁加热系统的节电率。注塑机电磁加热系统中测温点的温度测量可用热电偶或热电阻方法测量。整个系统只需在注塑机料筒上安装好电磁感应线圈和测温点的热敏元件，其它工作均由电磁控制器统一完成，电磁控制器内的微处理器和外围电路是集成在一个主板上的，较为清楚明了，且减少了体积，优化了结构，而传统的电磁加热系统由于加热主机较多，线路繁多，比较混乱，容易造成错误，且体积较大。

[0008] 外围电路包括主回路、料筒温度监测电路、PWM脉宽调控电路、同步电路、振荡电路和激励电路。料筒温度监测电路，其输出端连接微处理器的引脚，将设置于测温点上热敏元件测得的信号值处理后传送给微处理器，根据料筒的温度变化来调整加热功率的变化。主回路主要由整流桥、扼流圈、发热线圈、谐振电容和主开关管IGBT组成。整流电路将AC220V50/60HZ的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHZ的高频电压，高速变化的电流经过发热线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线经过金属器，产生无数的小涡流，使金属器本身自行高速发热，达到加热功能。PWM脉宽调控电路，微处理器CPU设有PWM输出端，PWM脉宽调控电路的输入端连接微处理器CPU的PWM输出端，PWM脉宽调控电路将PWM脉冲信号转化为与脉冲宽度相应的电压信号；同步电路，一端连接主回路，另一端连接振荡电路，用来使高频高压的开关脉冲前沿与IGBT上产生的VCE脉冲后沿相同步；振荡电路，振荡电路的输入端连接PWM脉宽调控电路的输出端，其输出端连接主回路，将经PWM脉宽调控电路处理的控制信号PWM和主回路反馈回来的信号作比较，产生一个提供给IGBT激励电路工作的脉冲信号；IGBT激励电路，其输入端连接振荡电路的输出端，将振荡电路输出的脉冲信号放大，放大后的脉冲信号连接IGBT的G极；开关控制，用于控制加热开启或停止，且选择将逆变电路产生的高频高压电在哪路输出，其输出端为并联连接的电磁感应线圈。振荡电路是在主芯片微处理器CPU输出的一个控制信号PWM和主回路反馈回来的信号做比较，使之产生一个供给IGBT的激励电路工作的脉冲信号，调整PWM的脉宽就可以使电磁控制器的加热功率发生变化，脉宽越宽功率就越大，反之越小。因为振荡电路输出的脉冲信号幅度约为4.1V，此电压不能直接控制IGBT的饱和导通及截止，所以必须通过激励电路将信号放大才行。微处理器CPU通过控制PWM脉冲的宽与窄，控制送至振荡电路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。同步电路的作用主要是保证了加到IGBT的G极上的开关脉冲前沿与IGBT上产生的VCE脉冲后沿相同步。因为在高频电流的一个周期里，主电路谐振回路的谐振电容是充电和放电的状态。当电容在充电时没有振荡输出，也就没有开关脉冲加至IGBT的G极，保证了IGBT在这一时间不会导通，当电容放电时，就有振荡有输出，有开关脉冲加至IGBT的G极。所以达到同步的效果。开关控制电路是控制电磁控制器的加热开启或停止。当不加热时，微处理器CPU有一脚输出低电平(同时也停止PWM输出)，使IGBT激励电路停止输出，IGBT截止，则加热停止。要开始加热时，微处理器CPU一个脚输出高电平，同时PWM输出脚开始间隔输出PWM试探信号，同时微处理器CPU通过分析电流检测电路和VCE检测电路反馈的电压波形变化情况，判断是否已放入待加热的金属器，如果是，微处理器CPU的PWM输出脚转为输出正常的PWM信号，电磁控制器进入正常的加热状态，反之，则继续输出PWM试探信号，同时发出报知信息，如一分钟内仍不符合条件，则关闭。

[0009] 外围电路还包括电流检测电路、Vce监控电路和方波电路，其中：电流检测电路，其输入端连接电源，输出端连接微处理器CPU的引脚，将电源电压转化为直流电压传送至微处理器CPU；Vce监控电路，连接主回路，获取IGBT的Vce电压变化信息传送至微处理器CPU；方波电路，连接主电源，用于监测电源频率信息。电源电路有个电流互感器，它的二次测得的AC电压，经桥式整流电路整流，电容平滑，所获得的直流电压送至微处理器CPU，该电压越高，表示电源输入的电流越大，微处理器CPU根据监测该电压的变化，自动作出各种动作指令。VCE检测电路将IGBT集电极上的脉冲电压通过一些控制电路，在发射极上获取其取样电压，此反应了IGBT的VCE电压变化信息送入微处理器CPU，微处理器CPU根据监测该电压的变化，自动作出各种动作指令。电流检测电路配合VCE电路反馈的信息，判别是否已放入待加热金属器，作出相应动作指令。电流检测电路配合VCE电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息，调控PWM的脉宽，令输出功率保持稳定。根据VCE取样电压值，自动调整PWM脉宽，控制VCE脉冲幅度不高于1100V(此值是IGBT的耐压值)。当测得其他原因导致VCE脉冲高于1150V时，微处理器CPU立即发出停止加热指令。

[0010] 外围电路还包括浪涌电压监测电路，其输入端连接主电源，输出端分别连接振荡电路和微处理器CPU，用于在电源突然有浪涌电压输入时，使电磁控制器暂停加热。电源电压正常时，振荡电路可以输出振荡脉冲信号，当电源突然有浪涌电压输入时，此电压通过电容耦合，再经过电阻分压取样，改取样电压通过比较器，将振荡电路输出的振荡脉冲电压拉低，电磁控制器暂停加热，同时，微处理器CPU监测到停止信息，立即发出暂停加热指令，待浪涌电压过后，由OFF转为ON时，微处理器CPU再重新发出加热指令。

[0011] 外围电路还包括IGBT温度监测电路，其输出端连接微处理器CPU，用于监测IGBT的温度变化。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TH，该电阻阻值的变化间接反了IGBT的温度变化，热敏电阻的电压变化其实反应了热敏电阻阻值的变化，即IGBT的温度变化，微处理器CPU通过监测该电压的变化，作出相应的动作指令：IGBT结温高于85℃时，调整PWM的输出，令IGBT结温≤85℃；当IGBT结温由于某原因(如散热系统故障)而高于95℃时，加热立即停止，并报知信息；当热敏电阻TH开路或短路时，发出不启动指令，并报知相关信息。

[0012] 电磁控制器内还设有散热系统。将IGBT及整流器DB紧贴于散热片上，利用风扇运转通过电磁控制器进出风口形成的气流将散热片上的热及线盘等零件工作时产生的热排出控制器外。

[0013] 料筒外侧壁上设有保温材料，电磁感应线圈绕制在保温材料外面。保温材料可防止热散失，且防止热传递到电磁感应线圈，减少对电磁感应线圈使用寿命的影响。保温材料选用陶瓷纤维制品。

[0014] 料筒外设有护罩，护罩设于电磁感应线圈外。由于电磁感应线圈通以高频高压电，护罩可保证工作人员的安全，且能防止灰尘水汽等进入。护罩在材料的选择上以铝合金为主，主要是起到保护兼美观作用。

[0015] 本发明带来的有益效果是：本发明对电磁感应线圈所对应的测温点进行实时监测，并实时调整该电磁感应线圈的加热功率来控制料筒温度。本发明的控制电路集成在一个控制板上，实现了一个加热主机控制多个线圈，简化了加热系统，减少了制作成本，且比传统的电磁加热系统节电率高15％。

附图说明

[0016] 附图1是本发明的一种结构示意图；

[0017] 附图2是本发明的电路结构框图。

具体实施方式

[0018] 下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0019] 实施例：如图1所示，注塑机电磁加热系统包括，注塑机料筒1、料斗、在料筒1上覆盖保温材料4，保温材料选用陶瓷纤维制品，保温材料4可防止料筒被加热后热量散失，保温材料外面分段绕制电磁感应线圈3，电磁感应线圈3外设有护罩5，护罩5以铝合金为主，每段电磁感应线圈附近设有测温点，热敏电阻2置于该测温点上，电磁感应线圈3并联电连接于同一个电磁控制器6，电源由电气控制柜7提供。电磁控制器包括微处理器和外围电路，外围电路包括主回路、料筒温度监测电路、PWM脉宽调控电路、同步电路、振荡电路和激励电路，还包括电流检测电路、Vce监控电路、方波电路、浪涌电压监测电路、IGBT温度监测电路和散热系统。其中，主回路主要由整流桥、扼流圈、发热线圈、谐振电容和主开关管IGBT组成，微处理器设有PWM输出端，该PWM输出端连接PWM脉宽调控电路，脉宽调控电路将PWM信号转换成与脉宽对应的电压信号，振荡电路连接脉宽调控电路的输出端，且振荡电路还通过同步电路连接主回路，用PWM信号来控制主回路产生的高频高压电，通过控制PWM的脉宽来控制高频高压电的频率，进而控制加热功率。振荡电路产生的脉冲信号输入到IGBT的激励电路将信号放大，才能输入到IGBT的G端。Vce监控电路连接主回路，电流检测电路、方波电路、浪涌电压监测电路和MCU/PLC监控电路的输入端分别连接主电源，它们的输出端分别连接微处理器。料筒温度监测电路和IGBT温度监测电路的输出端也连接微处理器。

[0020] 先在电磁控制器上，预设好温度值，各个段的温度要求是不同的。启动后电流检测电路配合Vce监控电路，检测是否已经放入金属材料，确认放入后对电磁感应线圈通高频高压电流，使金属材料自身发热。热敏电阻设置在各段的测温点上，随着温度的变化其电阻值发生变化，将温度转换成了相应的电信号，经各自的处理电路处理后，传送给微处理器，微处理器将测得的温度值与预设的温度值进行比较，若测得的温度值小于预设的温度，则通过微处理器加宽PWM的脉宽，提高加热功率，如果测得的温度高于预设的温度内，则减小PWM的脉宽，减小加热功率。

[0021] 电源输入为220V，50/60HZ的交流电，在主回路中，经过整流电路后，转变为脉动的直流电，又经扼流圈转换为平稳的直流电，由于电磁感应线圈输入需要高频高压电才能产生涡流电流，所以直流电经过一逆变电路转变为高频高压电，高频高压电的频率是由微处理器进行控制，其频率为20-40KHZ，通过开关控制后，输出到需要通电的电磁感应线圈。

[0022] 电流检测电路配合VCE电路反馈的信息，判别是否已放入待加热金属器，作出相应动作指令。电流检测电路配合VCE电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息，调控PWM的脉宽，令输出功率保持稳定。浪涌电压监测电路，用于在电源突然有浪涌电压输入时，使电磁控制器暂停加热，防止烧坏器件。IGBT温度监测电路，防止IGBT结温过高烧坏器件。