高速電子加熱裝置的製作方法
2024-04-08 01:40:05
專利名稱：高速電子加熱裝置的製作方法
技術領域：
本發明創造涉及電子加熱裝置，特別是電子脈衝加熱裝置。
現有的電加熱裝置，一般是將電網的電能直接通過電熱元件轉變成熱能，這種裝置雖簡單，成本小，但效率低。如常用的電熱水器，一般功率都在千瓦以上，因其耗電過大而不能普及使用。雖然也有一類稱為節能的電加熱器，它們通常採用晶閘管導通電源，靠控制極調節加熱的功率，可作為恆溫電路稱節能，使用較上類方便。但是它們實質是採用電熱元件接電網的方式，這種方式受電流的頻率限制，頻率的高低對電效率有關，顯然就降低了電熱器的速熱效應。所說的節能型電熱器是指用相對較少的電能就能解決速熱效應的問題，不是單純靠調壓控制降低功率。
本發明創造的目的是為了解決電加熱裝置存在的速熱效應低的問題，提出一種以功率脈衝電流推動變壓器與器件(電熱)電阻合成變換電能，從而獲得由脈衝電源供電的功率脈衝電流施以在負載的器件(電熱)電阻上產生熱能，實現了速熱效應的高速電子加熱裝置。
本發明創造是通過下述的特徵方式實現了高速電子加熱裝置在變壓器L1原邊線圈(組)與器件(電熱)電阻RLx串聯，靠變壓器L1輸出的負載電流控制RLx產生應用的效能①利用變壓器L1和器件(電熱)電阻RLx合成變換供電的脈衝功率電路負載;②利用變壓L1和器件(電熱)電阻RLx與脈衝功率電路合成變換的脈衝電源;③利用變壓器L1和器件(電熱)電阻RLx與脈衝功率電路合成變換的脈衝電源供電的脈衝功率電路負載。根據上述的特徵方式，採用7個功能部件組成的高速電子加熱裝置①脈衝電源它是由門環自激振蕩器(IC1-d、IC1-e、IC1-f、RW6、C4、C5)、激勵脈衝級(T15-T18)、功率脈衝輸出級(T19-T21、D8、D9)、整流器(D28-D33)、變壓器L1、器件(電熱)電阻RLx組成;②脈衝功率電路它是由門環自激振蕩器(IC1-a、IC1-b、IC1-C、RW1、C1、C2)、脈衝整形器IC2、脈寬調控器(IC3-a、IC3-b、IC3-C、D1、RW2、C3)、激勵脈衝級(T7-T10)、功率脈衝輸出級(T11、T12、D5、D6)、負載電阻(RLn-m)組成;③上下限水位控制器它是由觸發器(IC4-a、IC4-b、R44、R45)、互補開關管(T22、T23)、驅動器T24、電極片(A、B)、繼電器J1組成;④水源開關穩壓器它是由直耦開關管(T26、T27)、穩壓器(T28、D17)、電極片C組成;⑤恆溫指示調節器它是由差分放大器(T1-T5)、壓控器T6、熱敏電阻Rt，電位器RW3、溫度表M組成;⑥溫度報警器，它是由觸發器(IC4-C、IC4-d、R49、R50)、多諧振蕩器(IC4-e、IC4-f、R51、R52、C9)驅動器T25、揚聲器RL組成;⑦定時器(射耦開關觸發器)它是由直耦開關管(T29、T30)、電位器RW7、電容C13、繼電器J2組成。
以下是依照本發明的高速電子加熱裝置全電路原理圖示進行描述。
電加熱器電路見圖所示，圖中電路IC1-a、IC1-b、IC1-C、RW1、C1、C2組成門環自激振蕩器，簡稱「自激振蕩器1」，同樣，IC1-d、IC1-e、IC1-f、RW6、C4、C5組成「自激振蕩器2」，IC2為脈衝整形器，IC3-a、IC3-b、IC3-C、D1、RW2、C3組成脈寬調控器，IC4-a、IC4-b、T22-T24組成為上下限水位控制器，IC4-C、IC4-d、IC4-e、IC4-f、T25、RL組成為溫度報警器，T1-T6、Rt、RW3、M組成為恆溫指示調節器，T7-T10為激勵脈衝級、簡稱「激勵級1」，T15-T18為激勵脈衝級，簡稱「激勵級2」，T11、T12高頻脈衝功率輸出級，簡稱「功率級1」，T19-T21為脈衝功率輸出級，簡稱「功率級2」，T13、T14為過流保護器，T26-T28、D17為水源開關穩壓器，T29、T30為射耦開關觸發器(定時器)，RLx、RLn-m為器件(電熱)電阻，L1為脈衝變壓器，B為電源變壓器，J為繼電器，JD為水閥開關。
採用上述電子組件連成一體的全電路，將交流市電加以到電路的按鈕開關K2上，按下按鈕開關K2，接通電源變壓器B，經變壓器供電整流後輸出加在射耦開關觸發器上，這時電晶體T29截止，則T30導通，繼電器J2啟動將觸點K3閉合，接通市電，鬆開按鈕開關K2，電路繼續接通。與此同時，直流電源經R60、RW7對電容C13充電，使得C13上的電壓逐漸升高達到T29基極門值時，T29導通，則T30翻轉截止，繼電器J2釋放將K3斷開，即全電路斷開市電。對全電路的定時截止時間，主要取決於R60、RW7、C13的值，加入電位器RW7(該電位器裝在面板上)是便於選擇定時的時間，滑動電位器RW7的予以點對「地」短路時，定時失去作用，全電路(加熱器)處於常開狀態。
直流電源施加在上下限水位控制器，當T22基極端上的電極片A懸空時，T22基極才注入正偏導通，這時觸發器IC4-a、IC4-b的輸出末端為「1」，使T24導通，繼電器J1啟動將觸點K2閉合，進水閥TD通電開啟，水源開始流進水箱。當流進水箱裡的水淹沒電極片A時，靠水的導電特性通過R40與R42分壓，由於R42遠大於R40及R41，所以T22被截止。流入水箱裡的水繼續上升，達到水淹沒電極片B時，T23的基極才獲得偏流導通，其導通後的內阻對「地」電位很小，將IC4-a的輸入端鉗拉在「0」，致使觸發器IC4-a、IC4-b的輸出末端翻轉為「0」，T24隨即被截止，繼電器在J1釋放將K2斷開，進水閥TD關閉。
直流電源通過R57加在T27的基極上，致使T27導通，由於T27的集電極接在T28的基極端上，因此T28被截止。與上述同時，當水源流入水箱時，靠水的導電特性與電極片C相接觸，使T26導通，則T27截止，只有在T27截止時，T28的基極才獲得正偏流導通，並在其射極端上輸出直流穩壓電源。反之，若無水源流過電極片C時，T28截止。
當T28的射極端上輸出穩壓電源時，三級門環電路組成的自激振蕩器才開始工作。在「自激振蕩器2」中，IC1-d的輸入端為「1」，則IC1-e的輸入端為「0」，又IC1-f的輸入端為「1」，經IC1-f反相後為「0」，這似乎是一致的，但是，由於各門的自身延遲時間不同，再加上串入RC的可調值，其值是取決於RW6和C5，通過調節RW6可選擇重複頻率的周期，因此它的自激振蕩過程是必然的，並在IC1-f的輸出端上輸出脈充信號。當此正脈衝信號加在「激勵級2」的輸入端時，倒相器T15的基極電流被移位偏正進入導通，其導通後的飽和壓降經由射極端饋給T18基極上，以提供T18的基極偏流，致使T18飽和導通，輸出端對負電位為「0」，閉鎖了脈衝信號的輸出。由於激勵級接成反相門緩衝電路，輸入與輸出呈反相，因此，只有在輸入端出現負脈衝信號時，T15才被截止，T16基極端因脫離T15上的集電極鉗拉而導通，隨即將T17導通，T16、T17為複合射耦管，並在T17的射極端上輸出為「1」。「激勵級2」輸出的激勵脈衝電流驅動末級上的複合並聯管T19、T20、T21處於功率並關狀態。功率級採用並聯管T20、T21輸出提高功率的承受負載。功率級與二極體D9並接為阻尼輸出管，故使功率級呈正逆時開關「對稱」，同時以降低T20、T21的功率損耗。
同樣「自激振蕩器1」與「自激振蕩器2」產生的振蕩過程比此相同。在「自激振蕩器1」中，IC1-C的輸出脈衝信號送到觸發器IC2上，IC2對這些脈衝的波形加以前後沿整形，再送到比較器IC3-b的一個輸入端，另一個輸入端與電平控制器IC3-a的輸出端連接，形成相應的空度比。由IC3-a、IC3-b、RW2、C3在組成，其中RW2、C3為脈寬比值調節，滑動電位器RW2予以點的位置(該電位器裝在面板上)，可改變加熱器的速度，即調節輸出功率。此脈衝信號再經由IC3-C反相輸出加到「激勵級1」的輸入端上，使「激勵級1」上的電晶體呈周期導通(其工作原理與「激勵級2」相同)，輸出激勵脈衝電流驅動複合功率管T11、T12處於高頻功率開關狀態，將其高頻脈衝電流施以在負載的電阻RLn-m上產生熱能。為了更好地發揮電熱的瞬態傳導熱，將電熱電阻(若干個)RLn-m在不加絕緣隔離直接浸在水中與水融洽，並且要求水源流經RLn-m時仍然產生一定的熱量(功率與水的密度比)，這就致使功率級輸出的電流、開關的速度、以及輸出阻抗與負載電阻RLn-m相匹配等的關係來說尤其重要。
當加熱器使用在較快的加熱速度時，電流流過器件(電熱)電阻RLn-m、RLx上產生的熱量是成正比，與時間成反比，一旦不加以控制，超出電熱電阻的溫度點就會熔斷，為此，在電路中設有恆溫指示調節器，由T1-T6、Rt、RW3、M組成，其中T4、T5、M為溫度指示器。當溫度超過預定點的溫度時，Rt(負溫)熱敏電阻的阻值減小，T1的基極電位上升，集電極電位下降，將T3導通，集電極對「地」電位提高，致使T6導通，其導通後的壓降電阻減小，將「激勵級1」輸入端的脈衝信號對「地」分流，形成壓縮控制，從而限制了功率管T12的輸出電流。與此同時，當T3的集電極電位升高，達到觸發器IC4-C、IC4-d的門值時，使IC4-d的輸出端翻轉為「1」，解除了D15的鉗位在「0」於是IC4-e、IC4-f組成的多諧振蕩器開始工作，將T25處於開關狀態，造成了揚聲器RL發出報警聲。按下按鈕開關K1報警聲隨即撤除。報警聲出現自動撤除的過程是受IC4-a的輸出端影響，當水位下降到電極片A懸空時，T22導通，將IC4-a的輸出端反相為「0」。由於IC4-a的輸出端通過二極體D14與IC4-C的輸入端連接，因此，將觸發器IC4-d的輸出端翻轉為「0」，即報警聲自動撤除。另外，當T3的集電極電位發生大小變化時，T4的基極電位也隨即變化，因T4、T5構成差分放大，所以T4、T5兩管的集電極電流不等，造成M接在R9和R11的兩端產生了電位差，從而使M的指針擺動，即指示了溫度。調節電位器RW3予以點(該電位器裝在面板上)，可改變控溫點處在各種選擇的要求。
預防萬一在脈衝電源的輸出端發生短路電流時，致使功率管T20、T21負載加重，導至燒壞，因此，在「激勵級2」的輸入端設置過流保護，由T13、T14組成。當L1的副邊上發生短路，T13的基極電位隨即下降被截止，則T14導通，其導通後的壓降電阻減小，將「激勵級2」輸入端的脈衝信號對「地」分流，從而限制了功率管T20、T21的輸出電流，起到保護作用。
將電晶體等元件接成開關電路來產生功率脈衝電流推動變壓器與器件(電熱)電阻合成變換電能，其原理過程直接由低頻市電加以整流成直流電源E，通過變壓器L1原邊的線圈加在功率管T20、T21上(因NPN型管、所以接在負壓端)。當功率管T20、T21呈開關狀態時，L1原邊的電勢隨著T20、T21導通與截止的時間發生變化，脈衝電流(激磁電流)從電源E流過L1原邊的線圈內造成交變磁通，於是在L1副邊的線圈上產生逆程感應電勢，從而獲得由脈衝電源供電的低電壓，大電流輸出。當脈衝電源輸出負載時(即連接在L1副邊外電路的元件，這些元件都是脈衝電源的負載)，負載消耗的所有電流都經L1原邊的線圈流過，因而，該線圈中會產生了顯著的功率損耗，這個損耗折合起來是等於L1的鐵芯損耗。然而，變壓器L1的鐵芯中儲存的能量一部分損耗在輸出負載上，另一部分被鐵芯內的磁滯及渦流損耗，對於後者的損耗是能量浪費掉的損耗，這點是不可忽略的。為此，在變壓器L1原邊線圈上串聯限流(器件)電阻RLx，使L1所有消耗的電流都流過RLx上。當負載電阻(RLn-m)接近於開路時(即T12截止)，由電源E供給激磁電流流過L1原邊線圈上的電流是很小，因為線圈與鐵芯形成主磁路的作用使磁阻減小，所以消耗的所有能量都在鐵芯上，電流流過RLx可忽略不計。當負載電阻(RLn-m)接近於短路時(即T12導通)，鐵芯中的所有能量都幾乎消耗在負載電阻上，這時鐵芯磁性能顯著變壞，致使L1原邊的線圈與鐵芯形成的磁阻急劇增大，即L1原邊的主磁路起去磁作用，由電源E供給的激磁電流顯著增大來維持主磁路不變，必然要產生很大的電流來低消L1副邊短路電流的去磁作用，這樣就勢必要將所有消耗的電流都流過限流(器件)電阻RLx上，導致RLx產生發熱(應用的熱能)。因為變壓器的原邊電流是由副邊決定，所以加入限流電阻RLx是保證在L1副邊上出現短路電流時，也不至於將元器件損壞，反而將它處於近似短路電流使用。若沒有近似短路電流，也就沒有大電流流過RLx，只存在空載電流。正因如此，選擇限流(器件)電阻RLx不應超過功率管T20、T21所承受的額定負載，應權衡考慮L1的鐵芯容量及線圈阻抗與頻率的關係，這樣就能充分利用能源上的頻率及各器件所發揮的最佳特性，從而獲得高效率的應用。
採用脈衝變壓器L1的目的是減小體積和重量，以及便於選擇能源上的頻率。對於要考慮成本的問題，可省去功率脈衝電源的組件，改成為電源變壓器與限流(器件)電阻串聯，同樣也是靠變壓器輸出的負載電流控制RLx產生效能。
高速電子加熱裝置的設計宗旨是為各種電加熱裝置而裝備，其中對電熱水器的控制部件考慮夠全，因此，以全電路圖示在虛線內為電熱水器的控制電路，若將此電路用在其它的電加熱設備，可省去圖中虛線內的器件，對電路毫無影響。
下述列舉本發明創造的高速電子加熱裝置結構與使用，參照圖示簡略說明。
在圖中的K4是全電路(總機)的電源按鈕開關，RW7電位器是調整全電路定時的時間，RW2電位器是調整加熱器的速度，RW3電位器是調整溫度處在選擇點的要求，M溫度表是監測選定的溫度點，D19發光管是總機指示燈，以上的元器件裝在面板上。若將此電路用在電熱水器，圖中的L1脈衝變壓器是裝在水箱外殼固定，用引線與RLx器件(電熱)電阻連接，RLx可採用電熱管或其它元件代替，並要絕緣，RLx裝在水源進口的管道內，設置在水箱裡。圖中的RLn-m也是器件(電熱)電阻的電熱絲或其它元件，RLn-m電熱絲是繞在瓷管外面，並放在水箱裡與水直接融洽(採用安全電壓)。圖中的Rt熱敏電阻是粘在水箱外殼，用它來檢測控溫點。圖中的A、B電極片是裝在水箱裡，用它來傳感控制上下水位，A是置於下水位，B是置於上水位。C也是電極片裝在水源進口的管道內，它的作用是防止RLx、RLn-m電熱元件因缺水而被熔斷。
根據上述結構操作，使用在洗澡方面，先將RW3電位器調整合適的洗澡溫度點，再將RW2電位器調整在最快的速度，即最大輸出功率，原後觀測M溫度表是否指示在合適的溫度點(注意溫度過高)，開動製件，這時水源速流到RLx被初次預熱，再經由RLn-m直接電熱流出。
使用在沸騰點時，先將RW3電位器調整在最高的溫度點，即RW3調節盡，其它操作以上述相同，這時水箱裡已經裝滿了靜止的一箱水，同樣經由RLx和RLn-m加熱至沸騰點100℃報警。
K1是報警撤除按鈕開關，(裝在面板上)
權利要求
1.一種高速電子加熱裝置，它是直接將低頻市電整流成直流，以功率脈衝電流推動變壓器與器件(電熱)電阻合成變換電能，從而獲得由脈衝電源供電的功率脈衝電流施以在負載的器件(電熱)電阻上產生熱能。其特徵在於高速電子加熱器裝置中的變壓器L1原邊線圈(組)與器件(電熱)電阻RLx串聯，靠變壓器L1輸出的負載電流控制RLx產生應用的效能①利用變壓器L1和器件(電熱)電阻RLx合成變換供電的脈衝功率電路負載；②利用變壓器L1和器件(電熱)電阻RLx與脈衝功率電路合成變換的脈衝電源；③利用變壓器L1和器件(電熱)電阻RLx與脈衝功率電路合成變換的脈衝電源供電的脈衝功率電路負載。
2.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有脈衝電源它是由門環自激振蕩器(IC1-d、IC1-e、IC1-f、RW6、C4、C5)、激勵脈衝級(T15-T18)、功率脈衝輸出級(T19-T21、D8、D9)、整流器(D28-D33)、變壓器L1器件(電熱)電阻RLx組成。
3.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有脈衝電路它是由門環自激振蕩器(IC1-a、IC1-b、IC1-c、RW1、C1、C2)、脈衝整形器IC2、脈寬調控器(IC3-a、IC3-b、IC3-c、D1、RW2、C3)、激勵脈衝級(T7-T10)、功率脈衝輸出級(T11、T12、D5、D6、負載電阻(RLn-m)組成。
4.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有上下限水位控制器它是由觸發器(IC4-a、IC4-b、R44、R45)、互補開關管(T22、T23)、驅動器T24、電極片(A、B)、繼電器J1組成。
5.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有水源開關穩壓器它是由直耦開關管(T26、T27)、穩壓器(T28、D17)、電極片C組成。
6.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有恆溫指示調節器它是由差分放大器(T1-T5)、壓控器T6、熱敏電阻Rt電位器RW3、溫度表M組成。
7.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有溫度報警器，它是由觸發器(IC4-c、IC4-d、R49、R50)、多諧振蕩器(IC4-e、IC4-f、R51、R52、C9)、驅動器T25、揚聲器RL組成。
8.根據權項1所述的高速電子加熱裝置，其特徵在於該裝置的電路中設有定時器(射耦■管觸發器)它是由直耦開關管(T29、T30)電位器RW7、電容C13、繼電器J2組成。
全文摘要
本發明創造是針對電加熱設備直接在電網電流上電熱存在速熱效應低的問題，提出一種以功率脈衝電流推動變壓器與器件(電熱)電阻合成變換電能，從而獲得由脈衝電源供電的功率脈衝電流施以在負載的器件(電熱)電阻上產生熱能，實現了速熱效應的高速電子加熱裝置。該裝置還附設有恆溫指示調節器，上下限水位控制器、溫度報警器、定時器及過流保護器等。
文檔編號H05B3/00GK1045012SQ89100900
公開日1990年8月29日 申請日期1989年2月17日 優先權日1989年2月17日
發明者林傑華 申請人:林傑華