Procédé et dispositif pour le chauffage de plastiques au moyen d'un rayonnement infrarouge Method and device for heating plastics using infrared radiation
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente invention se rapporte au domaine du chauffage de plastiques, en particulier de préformes en polyéthylènetéréphtalate (PET), au moyen d'un rayonnement infrarouge émis par l'intermédiaire d'un courant alternatif.The present invention relates to the field of heating plastics, in particular polyethylene terephthalate (PET) preforms, by means of infrared radiation emitted via an alternating current.
L'invention concerne plus particulièrement des améliorations apportées aux procédés et aux installations permettant d'assurer un tel chauffage.The invention relates more particularly to improvements made to the methods and installations making it possible to provide such heating.
Etat de la techniqueState of the art
Les procédés de transformation des emballages en plastique, notamment en PET, exigent la maîtrise de gradients de température dans la matière. La qualité du produit fini et la stabilité des procédés sont directement liées à la constance de la puissance de chauffe et à l'obtention de temps de réponse courts pour un chauffage préférentiel. La puissance de chauffe est fournie le plus souvent par des lampes à infrarouge émettant dans des longueurs d'onde adaptées au produit chauffé. De tels dispositifs de chauf age sont décrits dans les documents DE 39 08 129 A1 et US 5,256,341.The processes for transforming plastic packaging, in particular PET, require the control of temperature gradients in the material. The quality of the finished product and the stability of the processes are directly linked to the constancy of the heating power and to obtaining short response times for preferential heating. The heating power is most often supplied by infrared lamps emitting in wavelengths adapted to the heated product. Such heating devices are described in documents DE 39 08 129 A1 and US 5,256,341.
A ce jour, la puissance de chauffage est régulée selon l'un ou l'autre des trois principes suivants :To date, the heating power is regulated according to one or the other of the following three principles:
- Commutation à angle de phase,- Phase angle switching,
- Modulation de largeur d'impulsion,- Pulse width modulation,
- Modulation de largeur d'impulsion syncopé avancé.- Advanced syncopated pulse width modulation.
Que l'on utilise l'un quelconque des trois principes exposés ci-dessus, des variations non contrôlées de la température de chauffage sont observées.
Dans les trois cas, les variations non contrôlées de la température de chauffage sont dues notamment au fait que la puissance de chauffage est assujettie aux variations usuelles du réseau électrique.Whether any of the above three principles are used, uncontrolled variations in the heating temperature are observed. In all three cases, the uncontrolled variations in the heating temperature are due in particular to the fact that the heating power is subject to the usual variations in the electrical network.
Chaque procédé de chauffage présente en outre des facteurs de perturbation qui lui sont propres : Avec la commutation à angles de phase, les harmoniques générées perturbent l'environnement. Avec la modulation de largeur d'impulsion, les temps de cycle de plusieurs centaines de millisecondes provoquent des coupures importantes, ce qui résulte en l'apparition de zones "froides" non contrôlées. Avec la modulation de largeur d'impulsion syncopé avancé, les temps de cycle, basés sur des nombres entiers d'alternance, sont automatiquement optimisés et plus courts que pour la largeur d'impulsion. Dans bien des cas, les temps de cycle sont relativement longs, ce qui résulte également en l'apparition de zones "froides" non contrôlées.Each heating process also has its own disturbance factors: With phase angle switching, the harmonics generated disturb the environment. With pulse width modulation, cycle times of several hundred milliseconds cause significant outages, which results in the appearance of uncontrolled "cold" areas. With advanced syncopated pulse width modulation, cycle times, based on whole alternation numbers, are automatically optimized and shorter than for pulse width. In many cases, cycle times are relatively long, which also results in the appearance of uncontrolled "cold" zones.
Afin de réduire une partie des perturbations, on pourrait envisager un chauffage par alimentation de courant continu. Il convient cependant de relever que ce mode de chauffage est caractérisé par un faible rendement et un prix très élevé.In order to reduce some of the disturbances, one could consider heating by DC power supply. However, it should be noted that this heating method is characterized by low efficiency and a very high price.
Il existe par conséquent un besoin d'améliorer la régulation de la puissance de chauffage de plastiques au moyen d'un rayonnement infrarouge tout en bénéficiant des avantages offerts par l'utilisation d'un courant alternatif pour le chauffage.There is therefore a need to improve the regulation of the heating power of plastics by means of infrared radiation while benefiting from the advantages offered by the use of an alternating current for heating.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
La présente invention concerne un procédé pour le chauffage de plastiques, en particulier de préformes en PET, au moyen d'un rayonnement infrarouge émis par l'intermédiaire d'un courant alternatif qui est obtenu par transformation d'un courant continu redressé à partir du courant de réseau.The present invention relates to a method for heating plastics, in particular PET preforms, by means of infrared radiation emitted by means of an alternating current which is obtained by transformation of a rectified direct current from the network current.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la fréquence du courant alternatif se situe entre 20 et 100 Hz. On a en effet remarqué qu'une fréquence inférieure à
20 Hz perturbe la régularité du chauffage et qu'une fréquence supérieure à 100 Hz interfère sur les temps de réaction du filament des lampes infrarouges lorsque la puissance de chauffage est variée. En particulier, la (nécessaire) longueur des filaments des lampes infrarouges implique la réalisation d'un grand nombre de spirales, ce qui génère une inductance non négligeable au dessus de 100 Hz.According to a preferred embodiment, the frequency of the alternating current is between 20 and 100 Hz. It has in fact been observed that a frequency less than 20 Hz disturbs the regularity of the heating and a frequency greater than 100 Hz interferes with the reaction times of the filament of the infrared lamps when the heating power is varied. In particular, the (necessary) length of the filaments of the infrared lamps implies the production of a large number of spirals, which generates a significant inductance above 100 Hz.
La présente invention concerne également une installation pour le chauffage de préformes en PET au moyen d'un rayonnement infrarouge, l'installation comprenant une source infrarouge alimentée par un courant alternatif. L'installation comprend en outre un convertisseur de fréquence permettant d'obtenir ledit courant alternatif par transformation d'un courant continu redressé à partir du courant de réseau.The present invention also relates to an installation for heating PET preforms by means of infrared radiation, the installation comprising an infrared source supplied by an alternating current. The installation also includes a frequency converter making it possible to obtain said alternating current by transforming a rectified direct current from the mains current.
L'invention offre l'avantage d'utiliser un courant alternatif de chauffage stable, indépendant des variations usuelles du réseau électrique.The invention offers the advantage of using a stable heating alternating current, independent of the usual variations in the electrical network.
Par ailleurs, en permettant de réaliser un chauffage à basse fréquence (20-100 Hz), l'invention permet de réduire considérablement, voire éliminer, les temps de réponse.Furthermore, by allowing heating to be carried out at low frequency (20-100 Hz), the invention makes it possible to considerably reduce, or even eliminate, response times.
On notera également que la présente invention offre les possibilités suivantes :It will also be noted that the present invention offers the following possibilities:
- Contrôle permanent du courant de sortie avec comparaison aux limites fixées permettant la détection de rupture des éléments de chauffe,- Permanent control of the output current with comparison with the fixed limits allowing the detection of rupture of the heating elements,
- Programmation de puissance réduite de préchauffage ou de rampe de préchauffage pour éviter les chocs thermiques et prolonger la durée de vie des éléments de chauffage,- Programming of reduced preheating power or preheating ramp to avoid thermal shock and extend the life of the heating elements,
- Limitation du courant de sortie,- Limitation of the output current,
- Sorties digitales d'indication de défaut de charge.- Digital outputs for charging fault indication.
Brève description des figures La figure 1 illustre de manière schématique une installation de chauffage selon l'invention
La figure 2 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'un convertisseur de fréquence utilisé avec l'invention. La figure 3 illustre une variante d'une installation de chauffage selon l'invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 schematically illustrates a heating installation according to the invention FIG. 2 schematically illustrates the operating principle of a frequency converter used with the invention. FIG. 3 illustrates a variant of a heating installation according to the invention.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
L'installation illustrée à la figure 1 comprend :The installation illustrated in Figure 1 includes:
10 1 ou plusieurs éléments de chauffage branchés à la sortie de puissance 1610 1 or more heating elements connected to the power output 16
11 le convertisseur de fréquence 12 des éléments de limitation de courant de démarrage, optionnels selon le convertisseur de fréquence11 the frequency converter 12 optional starting current limiting elements depending on the frequency converter
13 une liaison digitale transmettant les commandes et permettant le retour des signaux depuis le convertisseur de fréquence13 a digital link transmitting the commands and allowing the return of the signals from the frequency converter
14 une liaison analogique transmettant la consigne de puissance de chauffe.14 an analog link transmitting the heating power setpoint.
15 une liaison sérielle (optionnelle) transmettant au besoin les paramètres de réglage et/ou la consigne de puissance.15 a serial link (optional) transmitting, if necessary, the adjustment parameters and / or the power setpoint.
16 la sortie de puissance biphasée ou triphasée.16 the two-phase or three-phase power output.
20 l'alimentation réseau monophasée, biphasée ou triphasée 21 un disjoncteur de protection en accord avec la puissance du convertisseur de fréquence 22 un contacteur de ligne permettant de séparer le convertisseur de fréquence du réseau pour sa mise hors tension.20 single-phase, two-phase or three-phase network supply 21 a protective circuit breaker in accordance with the power of the frequency converter 22 a line contactor enabling the frequency converter to be separated from the network so that it is switched off.
La figure 2 illustre un convertisseur de fréquence qui peut être utilisé dans le cadre de la présente invention, notamment avec l'installation illustrée à la figure 1. Le fonctionnement du convertisseur de fréquence est le suivant :FIG. 2 illustrates a frequency converter which can be used in the context of the present invention, in particular with the installation illustrated in FIG. 1. The operation of the frequency converter is as follows:
Le redresseur 30 transforme la tension du réseau électrique 40 monophasée, biphasée ou triphasée en une tension continue au moyen d'un pont de diodes 35 et du condensateur C1.
Cette tension continue est régulée et stabilisée par le régulateur de tension 31 et le condensateur C2. A ce niveau les variations de tension usuelles du réseau électrique ne sont plus perceptibles.The rectifier 30 transforms the voltage of the single-phase, two-phase or three-phase electrical network 40 into a direct voltage by means of a diode bridge 35 and of the capacitor C1. This DC voltage is regulated and stabilized by the voltage regulator 31 and the capacitor C2. At this level the usual voltage variations of the electrical network are no longer perceptible.
Un modulateur de largeur d'impulsions 34 commande l'étage de puissance T1 à T6 de l'onduleur 32 pour reconstruire une tension alternative pseudo-sinusoïdale biphasée ou triphasée. En cas de sortie biphasée 41 , seuls les 4 étages de puissance T1 à T4 sont nécessaires.A pulse width modulator 34 controls the power stage T1 to T6 of the inverter 32 to reconstruct a two-phase or three-phase pseudo-sinusoidal alternating voltage. In the case of two-phase output 41, only the 4 power stages T1 to T4 are necessary.
La fréquence et la valeur de la tension alternative de sortie 41 sont déterminées par l'électronique de commande et de régulation 33.The frequency and the value of the output alternating voltage 41 are determined by the control and regulation electronics 33.
Les ordres de commande et les informations de défaut sont transmises par des signaux digitaux 13 sous forme parallèle.Control orders and fault information are transmitted by digital signals 13 in parallel form.
La consigne 14 commandant la puissance de chauffe est transmise par une tension analogique de 0 à 10 V ou par un courant de 0 ou 4 mA à 20 mA.Setpoint 14 controlling the heating power is transmitted by an analog voltage from 0 to 10 V or by a current from 0 or 4 mA to 20 mA.
Les paramètres de réglage, les modes de fonctionnement et la consigne de chauffe peuvent-être transmis par une liaison sérielle 15 optionnelle.The adjustment parameters, the operating modes and the heating setpoint can be transmitted by an optional serial link 15.
La figure 3 illustre une configuration dans laquelle l'alimentation 31 et 35, transformant la tension alternative du réseau en tension continue, est séparée des onduleurs 32. Ceux-ci, de construction monophasée ou triphasée, sont raccordés à l'unique bus DC de l'alimentation et se partagent la puissance disponible.FIG. 3 illustrates a configuration in which the power supply 31 and 35, transforming the alternating voltage of the network into direct voltage, is separated from the inverters 32. These, of single-phase or three-phase construction, are connected to the single DC bus of power and share the available power.
L'invention n'est bien entendue pas limitée aux cas de figure et exemples décrits de façon explicite dans le présent texte. Elle couvre tout procédé ou installation utilisant une ou plusieurs sources de rayonnement infrarouge, celles-ci pouvant être de n'importe quel type. De même, l'invention ne se limite pas à une configuration particulière des éléments de chauffage ou à une configuration
particulière du ou des convertisseurs de fréquence, ces derniers pouvant d'ailleurs être de n'importe quel type.
The invention is of course not limited to the cases and examples described explicitly in the present text. It covers any process or installation using one or more sources of infrared radiation, these can be of any type. Likewise, the invention is not limited to a particular configuration of the heating elements or to a configuration particular frequency converter (s), the latter can also be of any type.