一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法，搭建可控硅过零触发PWM控制电路，加热控制过程中，控制单元向加热单元发送控制信号CTRL控制可控硅Q1的导通以控制加热部件RL发热，控制信号CTRL的导通时间通过交流电源半周时间t内产生的时间

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子和自动控制领域，尤其涉及一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法。

技术介绍

[0002]随着电商行业和物流行业的快速发展，网络购物已成为人们生活中不可或缺的一部分。网购商品种类繁多，除衣物、日用品、家电等商品外，生鲜食品也成为了网购的主流商品，仓库恒温系统中，需要不断对温度进行采集和反馈，进而对温度进行控制。
[0003]传统的温控装置根据温度差值采用PID(Proportional Integral Derivative，误差的比例、积分和微分)控制算法算出调节值直接对可控硅导通角的导通时间进行控制，由于导通时间与温度是非线性关系，在控温过程中，PID调节值变动比较大，为了兼顾系统的动态响应与稳定性，PID参数选取也非常困难。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法，利用比热容公式，受热物体吸收或释放的热量与温度差成正比的原理，通过实测温度与设定的目标温度的温度差值，采用PID算法可以求出PID调节值，将此 PID调节值作为需要调节的热能值，通过此热能值求出相应加热器的电能值，再将电能转换为交流控制周期内的时间值，通过单片机控制交流控制周期内可控硅导通角，达到温度控制的目的，可以加大PID调节中比例调节作用，在保证系统稳定的同时加快了调节速度，另外控温过程中，PID调节值不会变动很大。
[0005]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1、搭建可控硅过零触发PWM控制电路，可控硅过零触发PWM控制电路包括控制单元、加热单元、过零检测单元和交流电源，其中控制单元通过加热单元与交流电源的火线L连通，控制单元同时通过过零检测单元与交流电源的零线N连通；
[0007]S2、加热控制过程中，控制单元向加热单元发送控制信号CTRL控制可控硅Q1的导通以控制加热部件RL发热；控制信号CTRL的导通时间t1按照以下过程确定：
[0008]S2.1、根据以下公式得到交流电源半周时间t内产生的时间
‑
能量曲线：
[0009][0010][0011]V
i
＝
m
sin(ωt)
[0012]其中P为加热器功率的有效值，P
i
为功率瞬时值，ω为交流电源的角频率，Et为交流电源半周时间t内所产生的电能；
[0013]S2.2、将时间
‑
能量曲线转换为能量
‑
时间曲线；
[0014]S2.3、根据能量
‑
时间曲线计算控制信号CTRL的导通时间t1，控制单元根据过零检测信号ZERO和导通时间控制信号CTRL的导通时间t1控制双向可控硅Q1的导通时间。
[0015]加热单元包括光耦N1、可控硅Q1和加热部件RL，光耦N1的第2引脚与控制单元的输出端电性连接，光耦N1的第1引脚通过第一电阻R1与电源VCC电性连接，光耦N1的第4引脚通过串联的第二电阻R2和第三电阻R3分别与可控硅Q1的第1引脚以及交流电源的火线电性连接，光耦N1的第3引脚与可控硅Q1的第3引脚连接，可控硅Q1的第2引脚通过第一电容C1连接于第二电阻R2和第三电阻R3之间，光耦N1 的第2引脚同时通过加热部件RL与交流电源的零线N电性连接。
[0016]过零检测单元包括光耦器件N2和桥式整流器Q2，光耦器件N2的第4引脚与控制单元的输入端电性连接，光耦器件N2的第4引脚同时通过第四电阻R4与电源VCC电性连接，光耦器件N2的第1引脚与桥式整流器Q2的正极电性连接，光耦器件N2的第 2引脚与桥式整流器Q2的阴极电性连接，光耦器件N2的第3引脚接地，光耦器件N2 的第一输入端与交流电源的零线N电性连接，光耦器件N2的第二输入端通过第五电阻 R5与交流电源的火线L电性连接。
[0017]本专利技术基于其技术方案所具有的有益效果在于：本专利技术提供的一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法，第三电阻R3和第一电容C1用作滤波；电阻R2和电阻R3用作限流；交流电源经电阻R5、桥式整流器Q2后获得正向100Hz的半波信号，半波信号控制光耦器件N2的通断，从光耦器件N2的输出获得100Hz的交流过零信号 ZERO。由温度与能量的关系式Q＝cm
△
t(Q:负载吸收或放出的热量，C:负载的比热， m:负载的质量，
△
t:负载温度的变化)可以看出，PID根据温度误差算出半周内需要调整的能量
△
Q，而
△
Q与Et成线性比例关系，所以就是调节Et，通过能量
‑
时间曲线算出Et对应的可控硅导通时间t，控制单元根据过零检测信号ZERO和导通时间t，控制信号CTRL控制双向可控硅Q1的导通时间。本专利技术利用比热容公式，受热物体吸收或释放的热量与温度差成正比的原理，通过实测温度与设定的目标温度的温度差值，采用 PID算法可以求出PID调节值，将此PID调节值作为需要调节的热能值，通过此热能值求出相应加热器的电能值，再将电能转换为交流控制周期内的时间值，通过控制单元控制交流控制周期内可控硅导通角，达到温度控制的目的，可以加大PID调节中比例调节作用，在保证系统稳定的同时加快了调节速度，另外控温过程中，PID调节值不会变动很大。
附图说明
[0018]图1是可控硅过零触发PWM控制电路连接示意图。
[0019]图2是交流电源电压Vi波形示意图。
[0020]图3是过零检测信号ZERO波形示意图。
[0021]图4是交流电源电压Vi在半周期内的波形示意图。
[0022]图5是控制信号CTRL波形示意图。
[0023]图6是时间
‑
电压曲线。
[0024]图7是时间
‑
功率曲线。
[0025]图8是时间
‑
电能曲线。
[0026]图9是电能
‑
时间曲线。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]本专利技术提供了一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法，包括以下步骤：
[0029]S1、搭建可控硅过零触发PWM控制电路，可控硅过零触发PWM控制电路包括控制单元、加热单元、过零检测单元和交流电源，其中控制单元通过加热单元与交流电源的火线L连通，控制单元同时通过过零检测单元与交流电源的零线N连通。
[0030]参照图1，加热单元包括光耦N1、可控硅Q1和加热部件RL，光耦N1的第2引脚与控制单元的输出端电性连接，光耦N1的第1引脚通过第一电阻R1与电源VCC电性连接，光耦N1的第4引脚通过串联的第二电阻R2和第三电阻R3分别与可控硅Q1 的第1引脚以及交流电源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量控制的温控装置及可控硅导通角控制方法，其特征在于包括以下步骤：S1、搭建可控硅过零触发PWM控制电路，可控硅过零触发PWM控制电路包括控制单元、加热单元、过零检测单元和交流电源，其中控制单元通过加热单元与交流电源的火线L连通，控制单元同时通过过零检测单元与交流电源的零线N连通；S2、加热控制过程中，控制单元向加热单元发送控制信号CTRL控制可控硅Q1的导通以控制加热部件RL发热；控制信号CTRL的导通时间t1按照以下过程确定：S2.1、根据以下公式得到交流电源半周时间t内产生的时间
‑
能量曲线：能量曲线：V
i
＝V
m
sin(ωt)其中P为加热器功率的有效值，P
i
为功率瞬时值，ω为交流电源的角频率，Et为交流电源半周时间t内所产生的电能；S2.2、将时间
‑
能量曲线转换为能量
‑
时间曲线；S2.3、根据能量
‑
时间曲线计算控制信号CTRL的导通时间t1，控制单元根据过零检测信号ZERO和导通时间控制信号CTRL的导通时间t1控制双向可控硅Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学松，杨晋，王亚男，张启锋，张越，魏烈祥，
申请(专利权)人：武汉交通职业学院，
类型：发明
国别省市：