Номер патенту: 27638

Опубліковано: 15.09.2000

Автор: Пєрєяславскій Васілій Грігорьєвіч

Є ще 2 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Текст

Индукционный электронагреватель, содер жащий блок питания, контур индуктора, блок то ковых ключей, блок контроля напряжения коллек торов токовых ключей, датчик определения нали чия нагреваемого объекта и блок определения уровня пульсаций, вход которого соединен с кон туром индуктора и блоком питания, подключен ным к первичному источнику электропитания, от личающийся тем, что он дополнительно содер жит последовательно соединенные датчик тем пературы нагрузки, блок управления мощностью, управляемый задающий генератор и усилитель мощности, а также второй датчик температуры, блок запуска, два высоковольтных делителя, блок подстройки частоты генератора, блок огра ничения мощности, блок звуковой сигнализации, блок блокировки генератора, первый выход кото рого соединен с-бпоком звуковой сигнализации, второй выход соединен со вторым входом управляемого задающего генератора, третий выход соединен со вторым входом блока управления мощностью, первый вход соединен с первым выходом датчика температуры нагрузки, третий вход через соединенные между собой блок контроля напряжения коллекторов токовых ключей и первый высоковольтный делитель соединен с блоком токовых ключей, четвертый вход через блок запуска соединен со вторым датчиком температуры, а второй вход соединен с датчиком определения наличия нагреваемого объекта, первый вход которого соединен со вторым выходом первого высоковольтного делителя, а второй вход подключен к общей точке, соединяющей вход блока подстройки частоты генератора, вход блока ограничения мощности, выход блока определения уровня пульсаций и выход второго высоковольтного делителя, вход которого соединен с входом блока определения уровня пульсаций и блоком питания, причем блок подстройки частоты генератора соединен с третьим входом управляемого задающего генератора, блок ограничения мощности соединен с третьим входом блока управления мощностью, усилитель мощности соединен с блоком токовых ключей, второй датчик температуры соединен механически с коллектором блока токовых ключей, а второй выход блока запуска соединен с блоком питания. Настоящее изобретение относится к области индукционных нагревателей, а точнее касается кулинарных плит с индукционным электронагревом, радиаторов с индукционным электронагревом воды и воздуха. Прототипом настоящего изобретения является Кулинарная плита с индукционным нагревом, которая содержит инвертор, преобразующий энергию постоянного тока в ВЧ-энергию, и схему управления. Инвертор содержит катушку индукционного нагрева, резонансный конденсатор и силовой полупроводниковый переключатель. Схема управления содержит датчик входного тока инвертора, датчик напряжения источни ка питания, датчик напряжения на переключателе, компаратор, выполненный по схеме диффе ренциального усилителя, сравнивающий и усиливающий сигналы, поступающие с датчика напряжения источника питания и с датчика напряжения на переключателе, датчик минимальной нагрузки, сравнивающий сигналы, поступающие с датчика входного тока и с компаратора, и прекращающий генерацию инвертора, схему контроля колебаний, контролирующую ток переключателя. Известное устройство позволяет осуществлять автоматическую коррекцию режимов своей работы в зависимости от минимальной нагрузки (21)98010158 (22) 19.06 1996 (24) 15.09.2000 (31)95110354 (32)2106.1995 (33) RU (86) PCT/RU96/00164, 19 06 1996 (46) 15.09.2000, Бюл. № 4, 2000 р. (72) Пєрєяславскій Васілій Грігорьєвіч (RU) (73) Пєрєяславскій Васілій Грігорьєвіч (RU) (56) Заявка Японии №59-250841, кл. Н 05 В 6/12, 16.06 1986 (прототип). см О СО го CD СМ 27638 нагреваемого объекта и наличия перепадов напряжения первичного источника электропитания. Несмотря на ряд преимуществ, это устройство решает проблему автоматической коррекции режимов своей работы в достаточно узком диапазоне перепадов напряжения первичного источника электропитания, а также не решает проблему автоматической коррекции режимов своей работы в зависимости от размеров и вида нагреваемого объекта при поддержании величины необходимой мощности, подводимой к нагреваемому объекту, постоянной, в условиях нестабильности напряжения первичного источника электропитания. В основу изобретения поставлена задача создать индукционный электронагреватель с такими элементами конструкции и их связями, которые позволили бы осуществить в достаточной степени автоматическую коррекцию режимов работы устройства для поддержания необходимой величины мощности, подводимой к нагреваемому объекту, постоянной, независимо от типа и размеров нагреваемого объекта и, возможно одновременном, воздействии внешних дестабилизирующих факторов, в том числе перепадов в широком диапазоне от 180 В до 250 В напряжения первичного источника электропитания. Эта задача решена созданием индукционного электронагревателя, содержащего блок питания, контур индуктора, блок токовых ключей, блок контроля напряжения коллекторов токовых ключей, датчик определения наличия нагреваемого объекта и блок определения уровня пульсаций, вход которого соединен с контуром индуктора и блоком питания, подключенным к первичному источнику электропитания, при этом, согласно изобретению, он дополнительно содержит последовательно соединенные датчик температуры нагрузки, блок управления мощностью, управля емый задающий генератор и усилитель мощности, а также второй датчик температуры, блок запуска, два высоковольтных делителя, блок подстройки частоты генератора, блок ограничения мощности, блок звуковой сигнализации, блок блокировки генератора, первый выход которого соединен с блоком звуковой сигнализации, второй выход соединен со вторым входом управляемого задающего генератора, третий выход соединен со вторым входом блока управления мощностью, первый вход соединен с первым выходом датчика температуры нагрузки, третий вход через соединенные между собой блок контроля напряжения коллекторов токовых ключей и первый высоковольтный делитель соединен с блоком токовых ключей, четвертый вход через блок запуска соединен со вторым датчиком температуры, а второй вход соединен с датчиком определения наличия нагреваемого объекта, первый вход которого соединен со вторым выходом первого высоковольтного делителя, а второй вход подключен к общей точке, соединяющей вход блока подстройки частоты генератора, вход блока ограничения мощности, выход блока определения уровня пульсаций и выход второго высоковольтного делителя, вход которого соединен с входом блока определения уровня пульсаций и блоком питания, причем блок подстройки часто ты генератора соединен с третьим входом управляемого задающего генератора, блок ограничения мощности соединен с третьим входом блока управления мощностью, усилитель мощности соединен с блоком токовых ключей, второй датчик температуры соединен механически с коллектором блока токовых ключей, а второй выход блока запуска соединен с блоком питания В настоящем изобретении используется эффект разогрева ферромагнетиков в переменном с высокой частотой изменения магнитном поле Магнитное поле индуцирует в ферромагнетиках вихревые токи, которые преобразуют энергию магнитного поля в тепловую энергию, величина которой пряме пропорциональна квадрату частоты изменения магнитного поля. Собственно индукционный электронагреватель представляет собой управляемый инвертор, преобразующий выпрямленное и сглаженное блоком питания напряжение первичного источника электропитания в переменный ток Под воздействием этого тока контуром индуктора создается магнитное поле, в которое и помещается нагреваемый объект, который в зависимости от материала изготовления и габаритных размеров вызывает изменение режимов работы инвертора. Нормальное функционирование инвертора, благодаря автоматической коррекции его режимов работы, при различных нагреваемых объектах и, возможно одновременном, воздействии внешних дестабилизирующих факторах, в том числе перепадов в широком диапазоне напряжения первичного источника электропитания, обеспечивается всеми остальными блоками настоящего изобретения. Управляемый задающий генератор (выполненный, например, на основе схемы - Бирюков С.А. Цифровые устройства на интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1991, с. 52) работает в автоколебательном режиме и вырабатывает импульсы с частотой 25 - 45 Гц, которые после усиления усилителем мощности управляют силовыми транзисторными ключами блока токовых ключей (выполненного, например, на основе схемы - Найвельт Г.С. Источники электропитания РЭА. Справочник. М.: Радио и связь, 1989, с. 419) Управляемый задающий генератор настроен в резонанс с собственными свободными колебаниями контура индуктора, состоящего из плоской катушки индуктивности и резонансной емкости. Коррекция частоты импульсов управляемого задающего генератора, необходимая в связи с тем, что нагреваемый объект в зависимости от его размеров и материала изготовления вносит изменение в частотные характеристики контура индуктора, осуществляется блоком подстройки частоты генератора и зависит от тока потребления инвертора. Значение этого тока определяется величиной переменной составляющей на выходе блока питания, состоящего из мощного однофазного мостового диодного выпрямителя (выполненного, например, на основе схемы - Терещук P.M., Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемноусилитёльные устройства. Справочник радиолюбителя. Киев: Наукова думка, 27638 1982, с. 504, рис. VIM 1в) напряжения первичного источника электропитания и фильтра на электролитических конденсаторах большой емкости. Блок определения уровня пульсаций (выполненный, например, на основе схемы - Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства. М.: Радио и связь, 1987, с. 393, рис. 17.246), представляющий собой схему удвоения напряжения пульсаций, детектируемых блоком питания, выделяет переменную составляющую напряжения питания, значение которой увеличивается с увеличением тока инвертора, вследствие увеличения размеров нагреваемого объекта, и преобразует ее в постоянное напряжение. Блок подстройки частоты генератора, собранный на операционном усилителе (выполненный, например, на основе схемы - Современные линейные интегральные микросхемы и их применение. Перевод с англ под ред. Гальперина М.В. М.: Энергия, 1980, с. 56), корректирует частоту импульсов управляемого задающего генератора в зависимости от величины постоянного напряжения, поступающего с блока определения уровня пульсаций. Блок управления мощностью, выполненный на основе транзисторного регулятора, осуществляет управление длительностью импульсов, вырабатываемых управляемым задающим генератором, которая задает мощность, подводимую к нагреваемому объекту и, следовательно, интенсивность разогрева нагреваемого объекта. Изменение мощности, подводимой к нагреваемому объекту, может производиться, как пользователем, благодаря наличию на блоке управления мощностью регулятора мощности, так и в автоматическом режиме работы индукционного электронагревателя. Блок ограничения мощности, собранный на операционном усилителе по схеме усилителя тока, (выполненный, например, на основе схемы Современные линейные интегральные микросхемы и их применение. Перевод с англ. под ред. Гальперина М.В. М.: Энергия, 1980, с. 56), контролирует величину напряжения на выходе блока определения уровня пульсаций и при достижении ею определенного порогового значения воздействует на блок управления мощностью, который уменьшает длительность импульсов, вырабатываемых управляемым задающим генерато-„ ром, обеспечивая номинальный режим работы инвертора, предохраняя его от перегрузок. Блок блокировки генератора (выполнен- " ный, например, на основе схемы, сочетающей триггер Шмитта - Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. М.: Радио и связь, 1989, с. 122, - и расширитель импульсов - Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства. М.: Радио и связь, 1984, с. 288) блокирует, при поступлении на его вход сигнала сброса, работу управляемого задающего генератора. Деблокировка управляемого задающего генератора происходит спустя, примерно, 2 секунды после окончания воздействия на блок блокировки генератора сигнала сброса. При этом блок блокировки генератора воздействует на блок управления мощностью так, что, после деблокировки управляемого задающего генератора, он вырабатывает в первый момент импульсы минимальной длительности. Блок звуковой сигнализации подает на короткое время звуковой сигнал в случае поступления сигнала сброса на блок блокировки генератора. Блок запуска (выполненный, например, на основе схемы триггера Шмитта, к выходу которой через транзисторный ключ подключен оптотиристор - Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства М.: Радио и связь, 1984, с. 302) исключает перегрузки в работе индукционного электронагревателя за счет обеспечения ограничения тока заряда электролитических конденсаторов блока питания и благодаря сдерживанию запуска управляемого задающего генератора на время прохождения в устройстве всех переходных процессов путем воздействия на блок блокировки генератора. Датчик температуры, выполненный на диодах, механически присоединенный к блоку токовых ключей, осуществляет контроль за температурой радиаторов транзисторов блока токовых ключей. При превышении температуры максимально допустимой величины, датчик температуры подает сигнал на блок запуска, который через блок блокировки генератора подает сигнал, блокирующий работу инвертора, то есть индукционный электронагреватель прекращает работу до того момента, пока температура радиаторов транзисторов блока токовых ключей не придет в норму. Датчик определения наличия нагреваемого объекта (выполненный, например, на основе схемы компаратора- Современные линейные интегральные микросхемы и их применение. Перевод с англ. под ред. Гальперина М.В. М.: Энергия, 1980, с. 50) осуществляет сравнение напряжений, поступающих на два его входа. На первый вход поступает напряжение с коллекторов транзисторов блока токовых ключей, приведенное к определенному уровню высоковольтным делителем напряжения. На второй вход подается через другой высоковольтный делитель напряжение с выхода блока питания. Сюда же подводится напряжение с выхода блока определения уровня пульсаций, определяющее величину потребляемого инвертором тока. В случае отсутствия нагреваемого объекта, напряжение на первом входе датчика определения наличия нагреваемого объекта становится выше, чем на его втором входе, вследствие чего на его выходе образуется сигнал сброса, поступающий затем на блок блокировки генератора и инвертор прекращает свою работу. При наличии нагреваемого объекта, амплитуда импульсов на коллекторах транзисторов блока токовых ключей уменьшается, напряжение на первом входе датчика определения наличия нагреваемого объекта становится ниже, чем на его втором входе, напряжение на котором к тому же растет за счет увеличения напряжения, поступающего с блока определения уровня пульсаций, вследствие роста тока потребления инвертора. В этом случае сигнал сброса не формируется и инвертор продолжает нормальную работу. 27638 Блок контроля напряжения коллекторов (выполненный на транзисторном ключе, например, на основе схемы - Рэйке Ч Д. 55 электронных схем сигнализации. М: Энергоатомиздат, 1991, с 47) токовых ключей отслеживает амплитуду импульсов с выхода блока токовых ключей и в случае ее превышения 1100 В обеспечивает выработку сигнала, поступающего на блок блокировки генератора, который прекращает работу инвертора, защищая силовые транзисторы блока токовых ключей от перегрузок по напряжению. Датчик температуры нагрузки (выполненный, например, на основе схемы - Рэйке Ч.Д. 55 электронных схем сигнализации. М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 22) обеспечивает контроль за температурой нагреваемого объекта. При повышении температуры до порогового значения, устанавливаемого пользователем с помощью регулятора температуры, датчик температуры нагрузки, воздействуя на блок управления мощностью, постепенно сводит к минимуму длительность импульсов управляемого задающего генератора, что, в свою очередь, ведет к уменьшению интен сивности нагрева объекта. Если и при минимальной интенсивности нагревания температура нагреваемого объекта оказывается выше установленного пользователем порога, то датчик температуры нагрузки через блок блокировки генератора прекращает работу управляемого задающего генератора до тех пор, пока температура не понизится, став меньше установленного порогового значения Все узлы и блоки настоящего изобретения питаются от вторичного источника электропитания, обеспечивающего их требуемым напряжением (на чертежах не показан). В результате описанного выше выполнения индукционного электронагревателя, при наличии нагреваемого объекта, образующаяся цепь обратной связи: блок питания - блок определения уровня пульсаций - блок ограничения мощности - блок управления мощностью - инвертор - блок питания, - приводит к тому, что инвертор работает в режиме автоматического стабилизатора потребляемого тока. В результате мощность, подводимая к нагреваемому объекту, остается практически неизменной, несмотря на перелады в широком от 180 В до 250 В диапазоне напряжения первичного источника электропитания Для лучшего понимания изобретения ниже приведен пример его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых. фиг. 1 изображает фуйкциональную схему индукционного электронагревателя, согласно изобретению; фиг. 2 - график зависимости мощности Р (W), подводимой к нагреваемому объекту в зависимости от напряжения U (V) первичного источника электропитания* а - для настоящего изобретения, в - для известного устройства; фиг. 3 - график зависимости максимального тока I (А) потребления в зависимости от напряжения U (V) первичного источника электропитания а - для настоящего изобретения, в - для извес*. ного устройства при длительности импульса, вырабатываемого управляющим задающим генератором, 11 мкс, с - для известного устройства при длительности импульса, вырабатываемого управляющим задающим генератором, 9 мкс, d - для известного устройства при длительности импульса, вырабатываемого управляющим задающим генератором, 7 мкс; фиг. 4 - графики рабочих характеристик настоящего изобретения в зависимости от напряжения U (V) первичного источника электропитания: а - длительность импульса t (mks) управляемого задающего генератора, в - напряжение AU (V) пульсаций на выходе блока питания, с - ток I(А) потребления. Индукционный электронагреватель, выполненный согласно изобретению, содержит (фиг. 1) управляемый инвертор 1, который представляет последовательно соединенные управляемый задающий генератор 2, усилитель 3 мощности, блок 4 токовых ключей и контур 5 индуктора, а также блок 6 питания, соединенный с первичным источником 7 электропитания и через разделительную емкость 8 с контуром 5 индуктора, первый высоковольтный делитель 9, вход которого соединен с коллектором транзисторов блока 4 токовых ключей, первый выход соединен через блок 10 контроля напряжения коллекторов токовых ключей с третьим входом блока 11 блокировки генератора, а второй выход соединен с первым входом датчика 12 определения наличия нагреваемого объекта, выход которого соединен со вторым входом блока 11 блокировки генератора, а второй вход подключен к общей точке, соединяющей вход блока 13 подстройки частоты генератора, вход блока 14 ограничения мощности, выход второго высоковольтного делителя 15 и выход блока 16 определения уровня пульсаций, вход которого подіслючен к общей точке, соединяющей вход второго высоковольтного делителя 15 и выход блока б питания, соединенного со вторым выходом блока 17 запуска, вход которого соединен с датчиком 18 температуры, механически соединенным с блоком 4 токовых ключей, а первый выход блока 17 запуска соединен с четвертым входом блока 11 блокировки генератора, первый выход которого соединен с блоком 19 звуковой сигнализации, второй выход соединен со вторым входом управляемого задающего генератора 2, третий выход соединен со вторым входом блока 20 управления мощностью, третий вход которого соединен с блоком 14 ограничения мощности, выход соединен с управляемым задающим генератором 2, а первый вход соединен со вторым выходом датчика 21 температуры нагрузки, первый выход которого соединен с первым входом блока 11 блокировки генератора, блок 13 подстройки частоты соединен с третьим входом управляемого задающего генератора 2. Блок 20 управления мощностью содержит регулятор 22 мощности. Датчик 21 температуры нагрузки содержит регулятор 23 температуры 27638 Индукционный электронагреватель работает следующим образом После включения индукционного электронагревателя блок 17 запуска сразу же подает на вход блока 11 блокировки генератора импульс сброса Блок 11 блокировки генератора сдерживает запуск управляемого задающего генератора 2 на время достаточное для зарядки электролитических конденсаторов фильтра блока 6 питания. Блок 17 запуска обеспечивает также ограничение тока заряда этих емкостей После снятия блоком 17 запуска импульса сброса со входа блока 11 блокировки генератора через примерно 2 секунды запускается управляемый задающий генератор 2. Управляемый задающий генератор 2 начинает работу с выработки импульсов минимальной длительности. В случае отсутствия в рабочей зоне индукционного электронагревателя нагреваемого объекта или если нагреваемый объект выполнен не из ферромагнитного материала, или размеры нагреваемого объекта меньше допустимых, датчик 12 определения наличия нагреваемого объекта вырабатывает импульс сброса, поступающий на блок 11 блокировки генератора, который блокирует, примерно на 2 секунды, управляемый задающий генератор 2, после чего цикл повторяется. Каждая выработка импульса сброса сопровождается звуковым сигналом, подаваемым блоком 19 звуковой сигнализации. После размещения в рабочей зоне индукционного электронагревателя нагреваемого объекта из ферромагнитного материала диаметром более 50 мм, импульс сброса на выходе датчика 12 определения наличия нагреваемого объекта не формируется. Это значит, что управляемый задающий генератор 2 не блокируется и индукционный электронагреватель переходит в рабочий режим. В зависимости от нагреваемого объекта и степени его воздействия на контур 5 индуктора блок 13 подстройки частоты корректирует период следования импульсов управляемого задающего генератора 2. Далее блок 20 управления мощностью, задавая определенную дли-, тельность импульсов управляемого задающего генератора 2, устанавливает необходимую для пользователя интенсивность нагрева объекта. При этом блок 14 ограничения мощности осуществляет контроль напряжения на выходе блока 16 определения уровня пульсаций. Если ток потребления инвертора 1 превысит установленное допустимое значение, блок 14 ограничения мощности через блок 20 управления мощностью уменьшает мощность, подводимую к нагреваемому объекту, предохраняя при этом блок 4 токовых ключей от перегрузки. После того, как температура нагреваемого объекта достигает установленного пользователем значения, в работу устройства включается датчик 21 температуры нагрузки Воздействуя на управляемый задающий генератор 2 через блок 20 управления мощностью и блок 11 блокировки генератора, датчик 21 температуры нагрузки будет поддерживать температуру нагреваемого объекта на определенном уровне. После изъятия нагреваемого объекта из рабочей зоны индукционного электронагревателя датчик 12 определения наличия нагреваемого объекта подает импульс сброса на блок 11 блокировки генератора и индукционный электронагреватель переходит в режим холостого хода Если во время работы индукционного электронагревателя возникает ситуация, когда на коллекторах транзисторов блока 4 токовых ключей напряжение превысит 1100 В или произойдет их перегрев, то блок 10 контроля напряжения коллекторов токовых ключей и блок 17 запуска, соответственно, через блок 11 блокировки генератора заблокируют работу индукционного электронагревателя, предохраняя тем самым блок 4 токовых ключей от выхода из строя В подтверждение вышеизложенного графически представлены сравнительные характеристики настоящего изобретения и известного устройства Видно, что мощность (фиг. 2), подводимая к нагреваемому объекту, при перепаде в широком диапазоне от 180 В до 250 В напряжения первичного источника электропитания, в настоящем изобретении практически остается постоянной, в то время, как мощность, подводимая к нагреваемому объекту, в известном устройстве практически падает в 1,5-2 раза при том же самом перепаде напряжения первичного источника электропитания. Видно, что ток потребления (фиг 3) нагреваемым объектом, в настоящем изобретении, практически остается постоянным, не зависит от перепадов в широком диапазоне от 180 В до 250 В напряжения первичного источника электропитания,^ то время, как в известном устройстве ток потребления изменяется до 1,5 раз в зависимости от величины напряжения первичного источника электропитания. Приведенные рабочие характеристики (фиг. 4) еще раз подчеркивают практическую независимость работы настоящего изобретения при нестабильной (при перепадах напряжения в широком диапазоне от 180 В до 250 В) работе первичного источника электропитания Изобретение может быть летко изготовлено из современных радиоэлектронных элементов на базе существующей технологии и наиболее эффективно может быть использовано при производстве кулинарных плит с индукционным электронагревом, радиаторов с индукционным электронагревом воды и воздуха. 27638 і _____ ^ _______ h m Фіг. 1 4200 P(W) т. " T 1 1 1 -t 1 J __ [__ l і 1 4000 — — 1 і 1 800 ------------1 ------ 1 ___ j ___ _J 1 1 600 № № 1 l^ 1 1 1 ' 1 1 1 1 № 200 1 1 1 I 150 1 1 і і Фіг. 2 220 U(V 246 260 e 27638 I (A) 5 4 — І~ ______ .| ______I ____ і — —I - _ —L ___ U(V) m J60 № 200 220 260 Фіг.З 260 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріиа, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Inductive electric heater

Автори англійською

Pereiaslavskyi Vasyl Hryhorovych

Назва патенту російською

Индукционный электронагреватель

Автори російською

Переяславский Василий Григорьевич

МПК / Мітки

МПК: H05B 6/06, H02M 7/42

Мітки: індукційний, електронагрівач

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/10-27638-indukcijjnijj-elektronagrivach.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Індукційний електронагрівач</a>

Подібні патенти