专利名称：高速电子加热装置的制作方法
技术领域：
本发明创造涉及电子加热装置，特别是电子脉冲加热装置。
现有的电加热装置，一般是将电网的电能直接通过电热元件转变成热能，这种装置虽简单，成本小，但效率低。如常用的电热水器，一般功率都在千瓦以上，因其耗电过大而不能普及使用。虽然也有一类称为节能的电加热器，它们通常采用晶闸管导通电源，靠控制极调节加热的功率，可作为恒温电路称节能，使用较上类方便。但是它们实质是采用电热元件接电网的方式，这种方式受电流的频率限制，频率的高低对电效率有关，显然就降低了电热器的速热效应。所说的节能型电热器是指用相对较少的电能就能解决速热效应的问题，不是单纯靠调压控制降低功率。
本发明创造的目的是为了解决电加热装置存在的速热效应低的问题，提出一种以功率脉冲电流推动变压器与器件(电热)电阻合成变换电能，从而获得由脉冲电源供电的功率脉冲电流施以在负载的器件(电热)电阻上产生热能，实现了速热效应的高速电子加热装置。
本发明创造是通过下述的特征方式实现了高速电子加热装置在变压器L1原边线圈(组)与器件(电热)电阻RLX串联，靠变压器L1输出的负载电流控制RLX产生应用的效能①利用变压器L1和器件(电热)电阻RLX合成变换供电的脉冲功率电路负载；②利用变压器L1和器件(电热)电阻RLX与脉冲功率电路合成变换的脉冲电源；③利用变压器L1和器件(电热)电阻RLX与脉冲功率电路合成变换的脉冲电源供电的脉冲功率电路负载。根据上述的特征方式，采用7个功能部件组成的高速电子加热装置①脉冲电源它是由门环自激振荡器(IC1－d、IC1－e、IC1－f、RW6、C4、C5)、激励脉冲级(T15－T18)、功率脉冲输出级(T19－T21、D8、D9)、整流器(D28－D33)、变压器L1、器件(电热)电阻RLX组成；②脉冲功率电路它是由门环自激振荡器(IC1－a、IC1－b、IC1－C、RW1、C1、C2)、脉冲整形器IC2、脉宽调控器(IC3－a、IC3－b、IC3－C、D1、RW2、C3)、激励脉冲级(T7－T10)、功率脉冲输出级(T11、T12、D5、D6)、负载电阻(RLn－m)组成；③上下限水位控制器它是由触发器(IC4－a、IC4－b、R44、R45)、互补开关管(T22、T23)、驱动器T24、电极片(A、B)、继电器J1组成；④水源开关稳压器它是由直耦开关管(T26、T27)、稳压器(T28、D17)、电极片C组成；⑤恒温指示调节器它是由差分放大器(T1－T5)、压控器T6、热敏电阻Rt，电位器RW3、温度表M组成；⑥温度报警器，它是由触发器(IC4－C、IC4－d、R49、R50)、多谐振荡器(IC4－e、IC4－f、R51、R52、C9)驱动器T25、扬声器RL组成；⑦定时器(射耦开关触发器)它是由直耦开关管(T29、T30)、电位器RW7、电容C13、继电器J2组成。
以下是依照本发明的高速电子加热装置全电路原理图示进行描述。
电加热器电路见图所示，图中电路IC1－a、IC1－b、IC1－C、RW1、C1、C2组成门环自激振荡器，简称“自激振荡器1”，同样，IC1－d、IC1－e、IC1－f、RW6、c4、c5组成“自激振荡器2”，IC2为脉冲整形器，IC3－a、IC3－b、IC3－C、D1、RW2、C3组成脉宽调控器，IC4－a、IC4－b、T22－T24组成为上下限水位控制器，IC4－C、IC4－d、IC4－e、IC4－f、T25、RL组成为温度报警器，T1－T6、Rt、RW3、M组成为恒温指示调节器，T7－T10为激励脉冲级、简称“激励级1”，T15－T18为激励脉冲级，简称“激励级2”，T11、T12高频脉冲功率输出级，简称“功率级1”，T19－T21为脉冲功率输出级，简称“功率级2”，T13、T14为过流保护器，T26－T28、D17为水源开关稳压器，T29、T30为射耦开关触发器(定时器)，RLX、RLn－m为器件(电热)电阻，L1为脉冲变压器，B为电源变压器，J为继电器，JD为水阀开关。
采用上述电子组件连成一体的全电路，将交流市电加以到电路的按钮开关K2上，按下按钮开关K2，接通电源变压器B，经变压器供电整流后输出加在射耦开关触发器上，这时晶体管T29截止，则T30导通，继电器J2启动将触点K3闭合，接通市电，松开按钮开关K2，电路继续接通。与此同时，直流电源经R60、RW7对电容C13充电，使得C13上的电压逐渐升高达到T29基极门值时，T29导通，则T30翻转截止，继电器J2释放将K3断开，即全电路断开市电。对全电路的定时截止时间，主要取决于R60、RW7、C13的值，加入电位器RW7(该电位器装在面板上)是便于选择定时的时间，滑动电位器RW7的予以点对“地”短路时，定时失去作用，全电路(加热器)处于常开状态。
直流电源施加在上下限水位控制器，当T22基极端上的电极片A悬空时，T22基极才注入正偏导通，这时触发器IC4－a、IC4－b的输出末端为“1”，使T24导通，继电器J1启动将触点K2闭合，进水阀TD通电开启，水源开始流进水箱。当流进水箱里的水淹没电极片A时，靠水的导电特性通过R40与R42分压，由于R42远大于R40及R41，所以T22被截止。流入水箱里的水继续上升，达到水淹没电极片B时，T23的基极才获得偏流导通，其导通后的内阻对“地”电位很小，将IC4－a的输入端钳拉在“0”，致使触发器IC4－a、IC4－b的输出末端翻转为“0”，T24随即被截止，继电器J1释放将K2断开，进水阀TD关闭。
直流电源通过R57加在T27的基极上，致使T27导通，由于T27的集电极接在T28的基极端上，因此T28被截止。与上述同时，当水源流入水箱时，靠水的导电特性与电极片C相接触，使T26导通，则T27截止，只有在T27截止时，T28的基极才获得正偏流导通，并在其射极端上输出直流稳压电源。反之，若无水源流过电极片C时，T28截止。
当T28的射极端上输出稳压电源时，三级门环电路组成的自激振荡器才开始工作。在“自激振荡器2”中，IC1－d的输入端为“1”，则IC1－e的输入端为“0”，又IC1－f的输入端为“1”，经IC1－f反相后为“0”，这似乎是一致的，但是，由于各门的自身延迟时间不同，再加上串入RC的可调值，其值是取决于RW6和C5，通过调节RW6可选择重复频率的周期，因此它的自激振荡过程是必然的，并在IC1－f的输出端上输出脉充信号。当此正脉冲信号加在“激励级2”的输入端时，倒相器T15的基极电流被移位偏正进入导通，其导通后的饱和压降经由射极端馈给T18基极上，以提供T18的基极偏流，致使T18饱和导通，输出端对负电位为“0”，闭锁了脉冲信号的输出。由于激励级接成反相门缓冲电路，输入与输出呈反相，因此，只有在输入端出现负脉冲信号时，T15才被截止，T16基极端因脱离T15上的集电极钳拉而导通，随即将T17导通，T16、T17为复合射耦管，并在T17的射极端上输出为“1”。“激励级2”输出的激励脉冲电流驱动末级上的复合并联管T19、T20、T21处于功率并关状态。功率级采用并联管T20、T21输出提高功率的承受负载。功率级与二极管D9并接为阻尼输出管，故使功率级呈正逆时开关“对称”，同时以降低T20、T21的功率损耗。
同样“自激振荡器1”与“自激振荡器2”产生的振荡过程比此相同。在“自激振荡器1”中，IC1－C的输出脉冲信号送到触发器IC2上，IC2对这些脉冲的波形加以前后沿整形，再送到比较器IC3－b的一个输入端，另一个输入端与电平控制器IC3－a的输出端连接，形成相应的空度比。由IC3－a、IC3－b、RW2、C3
组成，其中RW2、C3为脉宽比值调节，滑动电位器RW2予以点的位置(该电位器装在面板上)，可改变加热器的速度，即调节输出功率。此脉冲信号再经由IC3－C反相输出加到“激励级1”的输入端上，使“激励级1”上的晶体管呈周期导通(其工作原理与“激励级2”相同)，输出激励脉冲电流驱动复合功率管T11、T12处于高频功率开关状态，将其高频脉冲电流施以在负载的电阻RLn－m上产生热能。为了更好地发挥电热的瞬态传导热，将电热电阻(若干个)RLn－m在不加绝缘隔离直接浸在水中与水融洽，并且要求水源流经RLn－m时仍然产生一定的热量(功率与水的密度比)，这就致使功率级输出的电流、开关的速度、以及输出阻抗与负载电阻RLn－m相匹配等的关系来说尤其重要。
当加热器使用在较快的加热速度时，电流流过器件(电热)电阻RLn－m、RLX上产生的热量是成正比，与时间成反比，一旦不加以控制，超出电热电阻的温度点就会熔断，为此，在电路中设有恒温指示调节器，由T1－T6、Rt、RW3、M组成，其中T4、T5、M为温度指示器。当温度超过预定点的温度时，Rt(负温)热敏电阻的阻值减小，T1的基极电位上升，集电极电位下降，将T3导通，集电极对“地”电位提高，致使T6导通，其导通后的压降电阻减小，将“激励级1”输入端的脉冲信号对“地”分流，形成压缩控制，从而限制了功率管T12的输出电流。与此同时，当T3的集电极电位升高，达到触发器IC4－C、IC4－d的门值时，使IC4－d的输出端翻转为“1”，解除了D15的钳位在“0”于是IC4－e、IC4－f组成的多谐振荡器开始工作，将T25处于开关状态，造成了扬声器RL发出报警声。按下按钮开关K1报警声随即撤除。报警声出现自动撤除的过程是受IC4－a的输出端影响，当水位下降到电极片A悬空时，T22导通，将IC4－a的输出端反相为“0”。由于IC4－a的输出端通过二极管D14与IC4－C的输入端连接，因此，将触发器IC4－d的输出端翻转为“0”，即报警声自动撤除。另外，当T3的集电极电位发生大小变化时，T4的基极电位也随即变化，因T4、T5构成差分放大，所以T4、T5两管的集电极电流不等，造成M接在R9和R11的两端产生了电位差，从而使M的指针摆动，即指示了温度。调节电位器RW3予以点(该电位器装在面板上)，可改变控温点处在各种选择的要求。
预防万一在脉冲电源的输出端发生短路电流时，致使功率管T20、T21负载加重，导至烧坏，因此，在“激励级2”的输入端设置过流保护，由T13、T14组成。当L1的副边上发生短路，T13的基极电位随即下降被截止，则T14导通，其导通后的压降电阻减小，将“激励级2”输入端的脉冲信号对“地”分流，从而限制了功率管T20、T21的输出电流，起到保护作用。
将晶体管等元件接成开关电路来产生功率脉冲电流推动变压器与器件(电热)电阻合成变换电能，其原理过程直接由低频市电加以整流成直流电源E，通过变压器L1原边的线圈加在功率管T20、T21上(因NPN型管、所以接在负压端)。当功率管T20、T21呈开关状态时，L1原边的电势随着T20、T21导通与截止的时间发生变化，脉冲电流(激磁电流)从电源E流过L1原边的线圈内造成交变磁通，于是在L1副边的线圈上产生逆程感应电势，从而获得由脉冲电源供电的低电压，大电流输出。当脉冲电源输出负载时(即连接在L1副边外电路的元件，这些元件都是脉冲电源的负载)，负载消耗的所有电流都经L1原边的线圈流过，因而，该线圈中会产生了显著的功率损耗，这个损耗折合起来是等于L1的铁芯损耗。然而，变压器L1的铁芯中储存的能量一部分损耗在输出负载上，另一部分被铁芯内的磁滞及涡流损耗，对于后者的损耗是能量浪费掉的损耗，这点是不可忽略的。为此，在变压器L1原边线圈上串联限流(器件)电阻RLX，使L1所有消耗的电流都流过RLX上。当负载电阻(RLn－m)接近于开路时(即T12截止)，由电源E供给激磁电流流过L1原边线圈上的电流是很小，因为线圈与铁芯形成主磁路的作用使磁阻减小，所以消耗的所有能量都在铁芯上，电流流过RLX可忽略不计。当负载电阻 (RLn－m)接近于短路时(即T12导通)，铁芯中的所有能量都几乎消耗在负载电阻上，这时铁芯磁性能显著变坏，致使L1原边的线圈与铁芯形成的磁阻急剧增大，即L1原边的主磁路起去磁作用，由电源E供给的激磁电流显著增大来维持主磁路不变，必然要产生很大的电流来低消L1副边短路电流的去磁作用，这样就势必要将所有消耗的电流都流过限流(器件)电阻RLX上，导致RLX产生发热(应用的热能)。因为变压器的原边电流是由副边决定，所以加入限流电阻RLX是保证在L1副边上出现短路电流时，也不至于将元器件损坏，反而将它处于近似短路电流使用。若没有近似短路电流，也就没有大电流流过RLX，只存在空载电流。正因如此，选择限流(器件)电阻RLX不应超过功率管T20、T21所承受的额定负载，应权衡考虑L1的铁芯容量及线圈阻抗与频率的关系，这样就能充分利用能源上的频率及各器件所发挥的最佳特性，从而获得高效率的应用。
采用脉冲变压器L1的目的是减小体积和重量，以及便于选择能源上的频率。对于要考虑成本的问题，可省去功率脉冲电源的组件，改成为电源变压器与限流(器件)电阻串联，同样也是靠变压器输出的负载电流控制RLX产生效能。
高速电子加热装置的设计宗旨是为各种电加热装置而装备，其中对电热水器的控制部件考虑够全，因此，以全电路图示在虚线内为电热水器的控制电路，若将此电路用在其它的电加热设备，可省去图中虚线内的器件，对电路毫无影响。
下述列举本发明创造的高速电子加热装置结构与使用，参照图示简略说明。
在图中的K4是全电路(总机)的电源按钮开关，RW7电位器是调整全电路定时的时间，RW2电位器是调整加热器的速度，RW3电位器是调整温度处在选择点的要求，M温度表是监测选定的温度点，D19发光管是总机指示灯，以上的元器件装在面板上。若将此电路用在电热水器，图中的L1脉冲变压器是装在水箱外壳固定，用引线与RLX器件(电热)电阻连接，RLX可采用电热管或其它元件代替，并要绝缘，RLX装在水源进口的管道内，设置在水箱里。图中的RLn－m也是器件(电热)电阻的电热丝或其它元件，RLn－m电热丝是绕在瓷管外面，并放在水箱里与水直接融洽(采用安全电压)。图中的Rt热敏电阻是粘在水箱外壳，用它来检测控温点。图中的A、B电极片是装在水箱里，用它来传感控制上下限水位，A是置于下水位，B是置于上水位。C也是电极片装在水源进口的管道内，它的作用是防止RLX、RLn－m电热元件因缺水而被熔断。
根据上述结构操作，使用在洗澡方面，先将RW3电位器调整合适的洗澡温度点，再将RW2电位器调整在最快的速度，即最大输出功率，原后观测M温度表是否指示在合适的温度点(注意温度过高)，开动制件，这时水源速流到RLX被初次预热，再经由RLn－m直接电热流出。
使用在沸腾点时，先将RW3电位器调整在最高的温度点，即RW3调节尽，其它操作以上述相同，这时水箱里已经装满了静止的一箱水，同样经由RLX和RLn－m加热至沸腾点100℃报警。 K1是报警撤除按钮开关，(装在面板上)
权利要求1.一种高速电子加热装置，其特征在于高速电子加热装置中的变压器L1原边线圈(组)与器件(电热)电阻RLx串联，靠变压器L1输出的负载电流控制RLx产生应用的电能①利用变压器L1和器件(电热)电阻RLx合成变换供电的脉冲功率电路负载；②利用变压器L1和器件(电热)电阻RLx与脉冲功率电路合成变换的脉冲电源；③利用变压器L1和器件(电热)电阻RLx与脉冲功率电路合成变换的脉冲电源供电的脉冲功率电路负载。
2.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有脉冲电源它是由门环自激振荡器(IC1－d、IC1－e、IC1－f、RW6、C4、C5)、激励脉冲级(T15－T18)、功率脉冲输出级(T19－T21、D8、D9)、整流器(D28－D33)、变压器L1器件(电热)电阻RLX组成。
3.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有脉冲电路它是由门环自激振荡器(IC1－a、IC1－b、IC1－c、RW1、C1、C2)、脉冲整形器IC2、脉宽调控器(IC3－a、IC3－b、IC3－c、D1、RW2、C3)、激励脉冲级(T7－T10)、功率脉冲输出级(T11、T12、D5、D6、负载电阻(RLn－m)组成。
4.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有上下限水位控制器它是由触发器(IC4－a、IC4－b、R44、R45)、互补开关管(T22、T23)、驱动器T24、电极片(A、B)、继电器J1组成。
5.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有水源开关稳压器它是由直耦开关管(T26、T27)、稳压器(T28、D17)、电极片C组成。
6.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有恒温指示调节器它是由差分放大器(T1－T5)、压控器T6、热敏电阻Rt电位器RW3、温度表M组成。
7.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有温度报警器，它是由触发器(IC4－c、IC4－d、R45、R50)、多谐振荡器(IC4－e、IC4－f、R51、R52、C9)、驱动器T25、扬声器RL组成。
8.根据权利要求1所述的高速电子加热装置，其特征在于该装置的电路中设有定时器(射耦
管触发器)它是由直耦开关管(T29、T30)电位器RW7、电容C13、继电器J2组成。
专利摘要本实用新型创造是针对电加热设备直接在电网电流上电热存在速热效应低的问题，提出一种以功率脉冲电流推动变压器与器件(电热)电阻合成变换电能，从而获得由脉冲电源供电的功率脉冲电流施以在负载的器件(电热)电阻上产生热(电)能。其原理特征是在于变压器原边线圈(组)与器件(电热)电阻串联、靠变压器输出的负载电流控制器件(电热)电阻产生应用的热(电)能，实现了速热效应的高速电子加热装置。
文档编号H05B3/00GK2071410SQ89201938
公开日1991年2月13日 申请日期1989年2月17日 优先权日1989年2月17日
发明者林杰华 申请人:林杰华