CN101604837A

CN101604837A - 红外线灯炉的控制设备和方法

Info

Publication number: CN101604837A
Application number: CNA2009102033901A
Authority: CN
Inventors: A·杜皮伊
Original assignee: OLILAB LLC
Current assignee: Olilab LLC
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2009-12-16
Also published as: EP2134141A2; US20090304370A1; EP2134141A3; FR2932353B1; FR2932353A1

Abstract

本发明涉及一种在合成材料包装制造中所使用的预型件预加热设施中所包括的至少一个加热装置(6)的控制设备。该设备包括与所述加热装置(6)和所述第一功率开关(4)串联并且能够测量电流及/或电压的至少一个检测装置(3)，与所述第一功率开关(4)并联并且由所述控制卡(8)控制的至少一个第二功率开关(5)，所述控制卡(8)适于，一旦在所述检测装置(3)中检测出一个超过阈值的电流，偏流所述电流到所述第二功率开关(5)。本发明亦涉及一种控制方法及一种相应预加热设施。

Description

红外线灯炉的控制设备和方法

技术领域

本发明一般涉及合成材料包装制造领域，尤其是在该包装的制造过程中所用的预型件处理，且特别旨在提供一种在此情况下使用的控制红外线辐射加热装置的对应设备和方法。

背景技术

目前，合成材料的包装，典型例子是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶，它通常是通过拉伸吹塑在100℃左右的温度预先加热的预型件制造出来的。针对预型件的预加热装置包括红外光谱辐射灯，预型件在它前边依次经过。红外线辐射通常是由灯泡里的钨丝产生并且，一旦有可变电流流过，它便以给定强度辐射并因此加热预型件。

预型件可以根据要生产的包装具有不同的形状和厚度。由此，这种红外线灯的操作参数以及在拉伸吹塑装置中所施行的处理根据预型件的特性各有不同。此外，为了保证在预型件壁厚度及其外形轮廓上准确控制预型件的加热过程，预型件通常从一系列独立的炉前依次经过，每一个炉都水平地装配几盏红外线灯。这些灯中的每一盏的运行参数都以相互独立的方式由一个控制设备控制，而该控制设备的电子装置可根据该预型件的所述特征被编程。

当然，该控制设备，一般被叫做电子调节器，可以控制交流(AC)工业电网的一个炉中的各个灯。电子调节器通常由单相交流工业电网供电并通过一根接地总线连接到一个中央控制系统。根据通过接地总线从中央控制系统收到的序列和定值，调节器根据一种合适的控制算法控制每一盏灯并向中央系统反馈由此产生的所有相关信息，此外还有关于灯本身的信息。

这种电子调节器通常包括多个电子功率开关，它们由一个电子控制装置控制并且它们可以控制对于交流电网的每一个交流半周红外线灯中的电流。适于调节供给用于所述预加热炉内的红外线灯的功率的电子功率开关通常是半导体闸流管，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或运用其他适合该目的的其他技术的半导体开关。

鉴于合成材料预型件预加热设施的这一典型配置是为了拉伸吹塑设备能对其进行后续处理，需要注意到红外线灯，特别是它们的钨灯丝，是一个脆弱元件，它经常在装配过程中造成短路。其他现象可能产生同样结果，即控制设备的电路中流过过高电流，它很可能在流经一些元件的同时由于积存其至少一部分的热能而损坏这些元件。特别是，频繁出现所述电子功率开关被红外线灯损坏而造成的短路损毁。

为了避免尤其是这些电子功率开关而造成的损坏，我们通常在对突发变量及电流短路值敏感的元件的上游预先准备了快速保险丝。这一保护措施简单有效，但显现出在每次短路后都必须更换保险丝这一最大不便。

同样可以将快速保险丝替换为短路后可重新装配的机电自动断路器。而后者却比保险丝慢些且因此减少对电子开关乃至控制设备其他元件的绝对保护。此外，大功率工业设施的短路电流极值经常由于超出各元件所能支持的阈值而使保险丝或快速自动断路器对电子开关和其他功率元件的保护变得不可能。

另一种情况是，众所周知用一个功率电子自动断路器来保护控制设备元件，尤其是电子功率开关。这一措施优势在于极短时间内切断电流并保证一个良好的保护，但是它的缺点在于设施的额定电流流经自动断路器。而后者则承受与其作为半导体的结构有关的电压降，同时造成不可忽视且不希望产生的升温。

发明内容

本发明的目的是预防已知的解决方法中的前述的那些不便并提供一种控制设备，以及一种相应的控制方法，使得可以对尤其包括红外线辐射加热装置的预加热设施的这样一种控制设备的元件提供简单有效的保护。

本发明因此旨在提供一种在合成材料包装制造中所使用的预型件预加热设施中所包括的至少一个加热装置的控制设备，该设备包括与所述至少一个加热装置串联的至少一个第一功率开关，和借助于相应的第一功率开关能够独立调节流经每个加热装置的电流强度的控制卡，其特征在于所述设备包括与所述加热装置和所述第一功率开关串联并且能够测量电流及/或电压的至少一个检测装置，与所述第一功率开关并联并且由所述控制卡控制的至少一个第二功率开关，所述控制卡适于，一旦在所述检测装置中检测出一个超过阈值的电流，偏流所述电流到所述第二功率开关。

这种设备可以有效的保护元件，特别是功率开关，避免因短路造成的损害而同时在正常运转中不产生热能。而且，反应时间非常迅速。

通常情况下，这种控制设备可由工业交流电网供电。

第一功率开关和第二功率开关可由一个半导体闸流管或一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成。最好情况是，第一和第二功率开关分别具有400A²s和900A²s之间以及15,000A²s和35,000A²s之间的热容。

此外，控制设备通常包括与所述检测装置、所述的至少一个第一功率开关以及所述的至少一个加热装置串联的至少一个机电自动断路器。

所述的至少一个检测装置可由一个霍尔检测器构成而所述控制卡通常被连接到一个中央控制系统。

本发明同样涉及一种用于合成材料包装制造中的预型件预加热设施，包括至少一个加热装置以及至少一个这样的控制设备。通常情况是，每一加热装置包括一盏按照红外线谱发射的辐射灯。预型件的预加热设施还可以由一系列独立的炉构成，每一个炉包括至少一个按照红外线灯，每一个炉的每一个红外线灯可由所述控制设备独立控制和保护。

最后，本发明也是基于使这样一种控制设备乃至这样一种预加热设施工作的一种控制方法，该方法包括借助于与所述加热装置串联的相应第一功率开关调节流经每一加热装置电流的步骤，该方法的特征在于还包括监视由与所述加热装置及所述第一功率开关串联的检测装置所测出的电流，以及一旦一个超过阈值的电流在所述检测装置中被检测出来，偏流该电流到与所述第一功率开关并联的第二功率开关中的步骤。

本控制方法还可以包括在其间超过一个阈值的电流被测出的交流电流交流半周结束时就阻止第一功率开关以及第二功率开关的步骤，和/或一旦超过一个阈值的电流在所述检测装置中被测出就借助于所述机电自动断路器切断电源的步骤。

附图说明

附图以示意图形式并作为例子，说明本发明的一种实现形式。

图1是根据本发明的一个控制设备的示意图，该设备可以控制用于未表示出的预型件预加热设施中的加热装置。

具体实施方式

本发明现在将参照附图详细描述，该附图举例描绘了本发明的一种实现形式。

图1以示意图形式显示通常用在合成材料包装制造领域的预型件预加热设施中的至少一个加热装置6的控制设备。根据本发明的这种预型件预加热设施最佳情况下包括由释放红外线的辐射灯，换而言之即是红外线灯构成的加热装置6。常见情况下，这样一种预加热设施由一系列独立的炉构成。在此情况下，每一个炉通常包括几盏红外线灯6，一个炉中的每一盏红外线灯6均可由根据本发明的控制设备独立控制并保护。

事实上，再次参照图1，根据本发明的控制设备包括与所述加热装置6及一个控制卡8串联的一个第一功率开关4，该控制卡能够借助第一功率开关4独立调节流经加热装置6的电流强度。由于该设备通常由工业交流电网1供电，每一个红外线灯6，被提供典型的2,000瓦至3,000瓦的功率，它相当于大约360伏至530伏交流电(AC)。第一功率开关4经常由一个半导体闸流管或一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成并充当灯6的功率调节器。该功率开关4通常有以I²t描述的热容，包含在400A²s至900A²s范围内，最佳范围是在550A²s和750A²s之间，在设备正常运转时这些数值与流经该元件的电流完美匹配。同样如同图1所示，控制卡8适于测量功率开关4中的电流I和电压U并能够控制功率开关，例如根据从中央控制系统9并通过将所述卡8连接至中央系统9的总线发送至卡8的命令，借助于控制卡向功率开关4发送的信号dI/dt。

关于该描述的剩余部分，对于本领域的技术人员是清楚的，即便这一点没有被清楚表述出来，即鉴于一个预型件预加热设施经常包括几个可独立控制的加热装置，若有必要，该设备以模拟形式可分别包括多个功率开关4以及多个控制卡8。

此外，根据本发明的设备有别于目前为止的已知系统之处在于，其根据红外线灯6的数量，还包括至少一个与所述加热装置6以及所述第一功率开关4串联的检测装置3。检测装置3可以测量流经它的电流以及可能的电压，并且被连到读取该信息的控制卡8上，如图1上所绘。该检测装置3尤其可以由一个霍尔检测器构成。

随后，特别的情况是，至少一个第二功率开关5与所述第一功率开关4并联连接，如图1所绘例如接地，并且它同样可以由所述控制卡8控制。特别是，控制卡8适于控制第二功率开关5，控制的方法是，一旦一个超过预定阈值的电流在所述检测装置3中被检测到，电流即被偏流到所述第二功率开关5，而不是传送给第一功率开关4。事实上，第二功率开关5最好同样由一个半导体闸流管或一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)甚至是其他任何类型的可适配的开关构成，但是该第二功率开关5的热容被选定在大约15,000A²s和35,000A²s之间，这根据控制设备其他元件的参数而定。该开关5在正常运转期间不被使用并且仅作为保护装置特别是在出现短路，例如如引言中所述，当红外线灯钨丝熔断的情况下被使用。由于霍尔检测器3、控制卡8以及例如一个保护型半导体闸流管，一共都只有几个微秒数量级的响应时间，例如在大约1微秒和4微秒之间的反应时间，保护开关5事实上可以快速偏流短路电流。

控制设备通常还包括至少一个机电自动断路器2、7，通常情况下，在每一个供电电源1端子和红外线灯6之间有一个。如图1所示，机电自动断路器2、7与所述的保护装置3、与所述的至少一个第一功率开关4以及与所述的至少一个加热装置6串联连接，并且一旦一个超过阈值的电流被检测到，它可以切断电源1，然而这一反应时间相对于上述保护型半导体闸流管更高一些。

至此我们已经描述了根据本发明的一个控制设备乃至一个预加热设施的结构，其运行情况将在描述使这样一个控制设备运转的相应控制方法的同时被介绍。该方法首先包括借助于第一功率开关4调节流经每一加热装置6的电流的步骤，随后是监视保护装置3测量的电流，以及一旦一个超过阈值的电流在所述保护装置3中被检测到，偏转电流到与所述第一功率开关4并联的第二功率开关5中的步骤。特别情况下，本控制方法可以包括在其间超过阈值的电流被检测到的交流电流交流半周结束时阻止第一功率开关4和第二功率开关5的步骤、以及在超过一个阈值的电流一流经自动断路器就借助于所述机电自动断路器2、7切断电源1的步骤。

总而言之，本设备在借助于控制诸如现有技术中已知的调节半导体闸流管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)4的控制卡8调节提供给红外线灯6的功率时正常运转。另一方面，取代仅仅使用一个保险丝或一个自动断路器作为保护措施，本发明建议使用一个第二开关，例如一个用于支持短路电流而定尺寸(dimensionner)的保护型半导体闸流管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)5。如果一个短路实际产生，它首先被霍尔检测器3探测出，而控制卡8随后控制保护型半导体闸流管5，这通过在其控制极输入施加一个对应的控制电流以使其为导通状态来实现。短路电流则最好经过因此定尺寸的第二开关5，而不是经过为正常条件运转而定尺寸的第一开关5。在灯由交流电供电的情况下，这也是标准情况，一旦其间超过阈值的电流被检测到的交流电流交流半周结束时，调节用半导体闸流管4以及保护用半导体闸流管5随后自动被阻断。最终，根据自动断路器2、7的准确反应时间，自动断路器2、7中的至少一个完全切断电源1。

通常情况下，本发明因此可以通过简单有效的措施保护控制设备的各元件，尤其是作为红外线灯6功率调节器的功率开关4，避免由于这些灯的损坏而经常造成的短路影响。管理红外线灯甚至其他负载的成套电子开关可受到裕量保护型半导体闸流管的保护，其中在检测到电流阈值后短路电流被偏流，直至由传统机电自动断路器控制完全断电。

用有利的方式，当设备正常运转时有效地保护电子开关并且不持续产生热量因此是可能的，因为保护型半导体闸流管仅在短路产生时工作。事实上，短路电流的偏流型/保护型半导体闸流管仅在短路时工作并保持较低的运行温度。因此结果是，这些半导体闸流管，在短路时，针对高电流的通过具有最佳特性。

同样的，保护型半导体闸流管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)的定尺寸可以根据上游的断路装置的物理特性，尤其是它们的热容I²t来进行。因此，这些半导体闸流管可接受与能够断开置于电路上游的保险丝或自动断路器相关联的热能量。

根据本发明的设备甚至是控制方法的另一优点包括短路时间的管理，由于一旦其间短路产生的交流半周结束，控制保护型半导体闸流管的控制卡确保灯的调节型半导体闸流管和保护型半导体闸流管的阻止。

以上列举的优点表明本发明可以通过简单有效的方法保护使用脆弱的红外线灯的预加热设施的元件，避免尤其是由这些灯的损坏造成的短路影响。

Claims

1.一种在合成材料包装制造中所使用的预型件预加热设施中所包括的至少一个加热装置(6)的控制设备，该设备包括：

-与所述至少一个加热装置(6)串联的至少一个第一功率开关(4)，

-借助于相应的第一功率开关(4)能够独立调节流经每个加热装置(6)的电流强度的控制卡(8)，

其特征在于所述设备包括：

-与所述加热装置(6)和所述第一功率开关(4)串联并且能够测量电流和/或电压的至少一个检测装置(3)，

-与所述第一功率开关(4)并联并且由所述控制卡(8)控制的至少一个第二功率开关(5)，

-所述控制卡(8)适于，一旦在所述检测装置(3)中检测出一个超过阈值的电流，偏流所述电流到所述第二功率开关(5)。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于所述设备由工业交流电网(1)供电。

3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于所述第一功率开关(4)和/或所述第二功率开关(5)由半导体闸流管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成。

4.根据前述权利要求所述的控制设备，其特征在于所述第一功率开关(4)具有在400A²s和900A²s之间的热容，所述第二功率开关(5)具有在15,000A²s和35,000A²s之间的热容。

5.根据上述任一权利要求所述的控制设备，其特征在于包括至少一个机电自动断路器(2、7)，所述机电自动断路器(2、7)与所述检测装置(3)、所述至少一个第一功率开关(4)和所述至少一个加热装置(6)串联，并且在超过阈值的电流被检测出时能够切断电源(1)。

6.根据上述任一权利要求所述的控制设备，其特征在于所述至少一个检测装置(3)由一个霍尔检测器构成。

7.根据上述任一权利要求所述的控制设备，其特征在于所述控制卡(8)被连接到中央控制系统(9)。

8.一种在合成材料包装制造中所使用的预型件的预加热设施，包括至少一个加热装置(6)，其特征在于所述预加热设施包括至少一个根据上述权利要求1-7中任一项所述的控制设备。

9.根据权利要求8所述的预型件的预加热设施，其特征在于每一个加热装置(6)包括一盏按照红外线谱发射的辐射灯。

10.根据上述权利要求所述的预型件的预加热设施，其特征在于所述预加热设施由一系列独立的炉构成，每一个炉包括至少一个按照红外线谱发射的辐射灯(6)，每一个炉的每一个红外线灯可由所述控制设备独立控制和保护。

11.一种控制方法，用于使根据权利要求8-10中任一项所述的预加热设施的根据权利要求1-7中任一项所述的控制设备工作，所述方法包括借助于与每一个加热装置(6)串联的相应第一功率开关(4)调节流经所述加热装置(6)的电流的步骤，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

-监视由与所述加热装置(6)和所述第一功率开关(4)串联的检测装置(3)测量的电流，和

-一旦超过一个阈值的一个电流在所述检测装置(3)中被检测出，偏流所述电流到与所述第一功率开关(4)并联的第二功率开关(5)。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于包括在其间超过一个阈值的一个电流被检测出的交流电流交流半周结束时阻止所述第一功率开关(4)和所述第二功率开关(5)的步骤。

13.根据权利要求11或12所述的控制方法，其特征在于包括一旦流经所述机电自动断路器(2、7)的电流超过一个阈值就借助于所述机电自动断路器(2、7)切断电源(1)的步骤。