一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法，搭建可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路，加熱控制過程中，控制單元向加熱單元發(fā)送控制信號(hào)CTRL控制可控硅Q1的導(dǎo)通以控制加熱部件RL發(fā)熱，控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間通過交流電源半周時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法


[0001]本專利技術(shù)涉及電力電子和自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法。

技術(shù)介紹

[0002]隨著電商行業(yè)和物流行業(yè)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)購物已成為人們生活中不可或缺的一部分。網(wǎng)購商品種類繁多，除衣物、日用品、家電等商品外，生鮮食品也成為了網(wǎng)購的主流商品，倉庫恒溫系統(tǒng)中，需要不斷對(duì)溫度進(jìn)行采集和反饋，進(jìn)而對(duì)溫度進(jìn)行控制。
[0003]傳統(tǒng)的溫控裝置根據(jù)溫度差值采用PID(Proportional Integral Derivative，誤差的比例、積分和微分)控制算法算出調(diào)節(jié)值直接對(duì)可控硅導(dǎo)通角的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制，由于導(dǎo)通時(shí)間與溫度是非線性關(guān)系，在控溫過程中，PID調(diào)節(jié)值變動(dòng)比較大，為了兼顧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)定性，PID參數(shù)選取也非常困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法，利用比熱容公式，受熱物體吸收或釋放的熱量與溫度差成正比的原理，通過實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定的目標(biāo)溫度的溫度差值，采用PID算法可以求出PID調(diào)節(jié)值，將此 PID調(diào)節(jié)值作為需要調(diào)節(jié)的熱能值，通過此熱能值求出相應(yīng)加熱器的電能值，再將電能轉(zhuǎn)換為交流控制周期內(nèi)的時(shí)間值，通過單片機(jī)控制交流控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通角，達(dá)到溫度控制的目的，可以加大PID調(diào)節(jié)中比例調(diào)節(jié)作用，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)加快了調(diào)節(jié)速度，另外控溫過程中，PID調(diào)節(jié)值不會(huì)變動(dòng)很大。
[0005]本專利技術(shù)為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法，包括以下步驟：
[0006]S1、搭建可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路，可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路包括控制單元、加熱單元、過零檢測(cè)單元和交流電源，其中控制單元通過加熱單元與交流電源的火線L連通，控制單元同時(shí)通過過零檢測(cè)單元與交流電源的零線N連通；
[0007]S2、加熱控制過程中，控制單元向加熱單元發(fā)送控制信號(hào)CTRL控制可控硅Q1的導(dǎo)通以控制加熱部件RL發(fā)熱；控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間t1按照以下過程確定：
[0008]S2.1、根據(jù)以下公式得到交流電源半周時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間
?
能量曲線：
[0009][0010][0011]V
i
＝
m
sin(ωt)
[0012]其中P為加熱器功率的有效值，P
i
為功率瞬時(shí)值，ω為交流電源的角頻率，Et為交流電源半周時(shí)間t內(nèi)所產(chǎn)生的電能；
[0013]S2.2、將時(shí)間
?
能量曲線轉(zhuǎn)換為能量
?
時(shí)間曲線；
[0014]S2.3、根據(jù)能量
?
時(shí)間曲線計(jì)算控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間t1，控制單元根據(jù)過零檢測(cè)信號(hào)ZERO和導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間t1控制雙向可控硅Q1的導(dǎo)通時(shí)間。
[0015]加熱單元包括光耦N1、可控硅Q1和加熱部件RL，光耦N1的第2引腳與控制單元的輸出端電性連接，光耦N1的第1引腳通過第一電阻R1與電源VCC電性連接，光耦N1的第4引腳通過串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3分別與可控硅Q1的第1引腳以及交流電源的火線電性連接，光耦N1的第3引腳與可控硅Q1的第3引腳連接，可控硅Q1的第2引腳通過第一電容C1連接于第二電阻R2和第三電阻R3之間，光耦N1 的第2引腳同時(shí)通過加熱部件RL與交流電源的零線N電性連接。
[0016]過零檢測(cè)單元包括光耦器件N2和橋式整流器Q2，光耦器件N2的第4引腳與控制單元的輸入端電性連接，光耦器件N2的第4引腳同時(shí)通過第四電阻R4與電源VCC電性連接，光耦器件N2的第1引腳與橋式整流器Q2的正極電性連接，光耦器件N2的第 2引腳與橋式整流器Q2的陰極電性連接，光耦器件N2的第3引腳接地，光耦器件N2 的第一輸入端與交流電源的零線N電性連接，光耦器件N2的第二輸入端通過第五電阻 R5與交流電源的火線L電性連接。
[0017]本專利技術(shù)基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于：本專利技術(shù)提供的一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法，第三電阻R3和第一電容C1用作濾波；電阻R2和電阻R3用作限流；交流電源經(jīng)電阻R5、橋式整流器Q2后獲得正向100Hz的半波信號(hào)，半波信號(hào)控制光耦器件N2的通斷，從光耦器件N2的輸出獲得100Hz的交流過零信號(hào) ZERO。由溫度與能量的關(guān)系式Q＝cm
△
t(Q:負(fù)載吸收或放出的熱量，C:負(fù)載的比熱， m:負(fù)載的質(zhì)量，
△
t:負(fù)載溫度的變化)可以看出，PID根據(jù)溫度誤差算出半周內(nèi)需要調(diào)整的能量
△
Q，而
△
Q與Et成線性比例關(guān)系，所以就是調(diào)節(jié)Et，通過能量
?
時(shí)間曲線算出Et對(duì)應(yīng)的可控硅導(dǎo)通時(shí)間t，控制單元根據(jù)過零檢測(cè)信號(hào)ZERO和導(dǎo)通時(shí)間t，控制信號(hào)CTRL控制雙向可控硅Q1的導(dǎo)通時(shí)間。本專利技術(shù)利用比熱容公式，受熱物體吸收或釋放的熱量與溫度差成正比的原理，通過實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定的目標(biāo)溫度的溫度差值，采用 PID算法可以求出PID調(diào)節(jié)值，將此PID調(diào)節(jié)值作為需要調(diào)節(jié)的熱能值，通過此熱能值求出相應(yīng)加熱器的電能值，再將電能轉(zhuǎn)換為交流控制周期內(nèi)的時(shí)間值，通過控制單元控制交流控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通角，達(dá)到溫度控制的目的，可以加大PID調(diào)節(jié)中比例調(diào)節(jié)作用，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)加快了調(diào)節(jié)速度，另外控溫過程中，PID調(diào)節(jié)值不會(huì)變動(dòng)很大。
附圖說明
[0018]圖1是可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路連接示意圖。
[0019]圖2是交流電源電壓Vi波形示意圖。
[0020]圖3是過零檢測(cè)信號(hào)ZERO波形示意圖。
[0021]圖4是交流電源電壓Vi在半周期內(nèi)的波形示意圖。
[0022]圖5是控制信號(hào)CTRL波形示意圖。
[0023]圖6是時(shí)間
?
電壓曲線。
[0024]圖7是時(shí)間
?
功率曲線。
[0025]圖8是時(shí)間
?
電能曲線。
[0026]圖9是電能
?
時(shí)間曲線。
具體實(shí)施方式
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。
[0028]本專利技術(shù)提供了一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法，包括以下步驟：
[0029]S1、搭建可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路，可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路包括控制單元、加熱單元、過零檢測(cè)單元和交流電源，其中控制單元通過加熱單元與交流電源的火線L連通，控制單元同時(shí)通過過零檢測(cè)單元與交流電源的零線N連通。
[0030]參照?qǐng)D1，加熱單元包括光耦N1、可控硅Q1和加熱部件RL，光耦N1的第2引腳與控制單元的輸出端電性連接，光耦N1的第1引腳通過第一電阻R1與電源VCC電性連接，光耦N1的第4引腳通過串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3分別與可控硅Q1 的第1引腳以及交流電源的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于能量控制的溫控裝置及可控硅導(dǎo)通角控制方法，其特征在于包括以下步驟：S1、搭建可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路，可控硅過零觸發(fā)PWM控制電路包括控制單元、加熱單元、過零檢測(cè)單元和交流電源，其中控制單元通過加熱單元與交流電源的火線L連通，控制單元同時(shí)通過過零檢測(cè)單元與交流電源的零線N連通；S2、加熱控制過程中，控制單元向加熱單元發(fā)送控制信號(hào)CTRL控制可控硅Q1的導(dǎo)通以控制加熱部件RL發(fā)熱；控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間t1按照以下過程確定：S2.1、根據(jù)以下公式得到交流電源半周時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間
?
能量曲線：能量曲線：V
i
＝V
m
sin(ωt)其中P為加熱器功率的有效值，P
i
為功率瞬時(shí)值，ω為交流電源的角頻率，Et為交流電源半周時(shí)間t內(nèi)所產(chǎn)生的電能；S2.2、將時(shí)間
?
能量曲線轉(zhuǎn)換為能量
?
時(shí)間曲線；S2.3、根據(jù)能量
?
時(shí)間曲線計(jì)算控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間t1，控制單元根據(jù)過零檢測(cè)信號(hào)ZERO和導(dǎo)通時(shí)間控制信號(hào)CTRL的導(dǎo)通時(shí)間t1控制雙向可控硅Q...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王學(xué)松，楊晉，王亞男，張啟鋒，張?jiān)?/a>，魏烈祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢交通職業(yè)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：