Ptc發熱裝置及其控制方法
2023-12-11 04:12:17
專利名稱：Ptc發熱裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種PTC發熱裝置及其控制方法。
技術背景
PTC作為電加熱元件被廣泛用在家用電器的諸多產品上，PTC的發熱效率較高，並且PTC的正溫度係數特性對於恆溫控制及電輔熱安全性能均遠優於電加熱管。
從目前市場上以PTC作為發熱材料的產品來看，PTC電加熱器均固定安裝，並通過繼電器控制其通斷，但無法按照需要調整功率，基本是長期工作在高負荷的發熱狀態下，而且，因為其全功率工作將消耗更多的電能。發明內容
本發明的目的旨在提供一種結構簡單合理、操作靈活的PTC發熱裝置及其控制方法，以克服現有技術中的不足之處。
按此目的設計的一種PTC發熱裝置，包括PTC電加熱器，其結構特徵是還包括驅動 PTC電加熱器繞其軸線轉動的步進電機及驅動機構、用於檢測PTC電加熱器迴路電流的電流互感器以及帶有計算、比較和控制功能的主晶片，該主晶片分別與電流互感器和步進電機相接。
一種PTC發熱裝置的控制方法，其特徵是包括以下步驟
第一步，用戶通過主晶片設定需要的電輔熱功率值I^s ；
第二步，啟動PTC電加熱器；
第三步，1分鐘後通過電流互感器檢測PTC電加熱器的迴路電流I，並由主晶片計算實際發熱功率P;
第四步，由主晶片比較不等式Il3s-Pl彡5% I^s是否成立；當不等式Il3s-Pl ^5% I3S成立時，則返回第三步；當不等式Il3s-Pl彡5% I3S不成立時，進入第五步；
第五步，當Il3s-Pl > 5% I3S時，則繼續由主晶片判斷I3S-P是正值還是負值，
當其為正值時，則θ角增大2 5度，返回第三步；
當其為負值時，則θ角減小2 5度；返回第三步；
其中，θ角為PTC電加熱器與氣體流向的夾角。
本發明採用自動檢測反饋的電流閉環控制，控制過程為自動循環過程，可根據用戶設定值，不斷修正被控對象PTC電加熱器與氣體流向的夾角，改變散熱狀態，從而改變 PTC片的表面溫度。由於PTC的正溫度係數特性，其電阻值隨之發生改變，進而使迴路電流發生變化，功率自然就隨之改變。
本發明通過間斷性檢測PTC電加熱器的迴路電流，並與設定值比對，然後採用電流閉環的控制策略調整PTC電加熱器散熱片通道與流體流線的夾角，改變散熱條件，調整發熱功率；控制系統以誤差量作為控制量，系統將不斷減小控制誤差量直到實際功率滿足控制要求，最後實現PTC電加熱器功率的設定與自動調節功能。
本發明能夠按照個人喜好及環境溫度情況而自由設定發熱功率，並具備根據設定值自動檢測、調整功率的PTC電加熱器。一方面，功率可控可以使環境按照要求調整到合適溫度，提高房間舒適度；另一方面，節能減排，當環境溫度本身較高時，PTC電輔熱可以設定在較低功率運行，降低功耗。
本發明具有結構簡單合理、操作靈活的特點。
圖1為本發明一實施例中的PTC電加熱器的結構示意圖2為PTC電加熱器在調整前的端面示意圖3為PTC電加熱器在調整後的端面示意圖4為本發明的控制框圖5為本發明的控制流程圖。
圖中1為PTC電加熱器，1. 1為PTC片，1. 2為散熱片，A為氣體流向，f為氣體流向的法線，BC為PTC電加熱器的端面中線，00'為PTC電加熱器的軸線，θ為PTC電加熱器1與氣體流向的夾角。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。
參見圖1-圖5，本PTC發熱裝置，包括PTC電加熱器1、驅動PTC電加熱器1繞其軸線轉動的步進電機及驅動機構、用於檢測PTC電加熱器1的迴路電流的電流互感器以及帶有計算、比較和控制功能的主晶片，該主晶片分別與電流互感器和步進電機相接。其中， 主晶片為控制器，電流互感器為檢測轉換元件，PTC電加熱器為被控對象。
PTC發熱裝置的控制方法包括以下步驟
第一步，用戶通過主晶片設定需要的電輔熱功率值I^s ；
第二步，啟動PTC電加熱器1 ；
第三步，1分鐘後通過電流互感器檢測PTC電加熱器1的迴路電流I，並由主晶片計算實際發熱功率P;
第四步，由主晶片比較不等式If3S-Pl彡5% I^s是否成立；當不等式lb-Pi ^5% I3S成立時，則返回第三步；當不等式If3S-Pl彡5% I3S不成立時，進入第五步；
第五步，當If3S-Pl >5% I^s時，則繼續由主晶片判斷I^s-P是正值還是負值，當其為正值時，則θ角增大2 5度，返回第三步；當其為負值時，則θ角減小2 5度；返回第三步；其中，θ角為PTC電加熱器1與氣體流向的夾角。
接下來，以單貫流的空調器為例，陶瓷的PTC電加熱器設計的額定功率為2200W， 正常情況下，PTC電加熱器的端面中線BC與氣體流向A保持垂直，見圖2所示，θ角為90 度；氣流可垂直通過PTC電加熱器1的散熱片1. 2之間的通道，此時散熱狀態最佳，PTC電加熱器1中的PTC片1. 1的表面溫度較低，電阻較小，迴路電流較高，PTC電加熱器1以全功率運行。
如果此時，用戶感覺出風溫度無需太高，即可根據需要而通過重新設定PTC的功率來降低發熱量，比如設定PTC電加熱器的功率為1500W，其控制過程為
第一步，用戶通過主晶片設定需要的電輔熱功率值I^s = 1500W,(注功率因數按實測平均值0. 988計算)；
第二步，啟動PTC電加熱器1 ；
第三步，1分鐘後通過電流互感器檢測PTC電加熱器1的迴路電流I = 11A，並由主晶片計算實際發熱功率P = 2391W(注功率因數按實測平均值0.988計算)；
第四步，由主晶片計算Il3S-Pl = 891W，而 5% Ps = 75W ；有 Il3S-Pl > 5% Ps，接下來進入第五步，
第五步，由於If3S-Pl >5% 、且1^- = -8911，表示實際發熱功率？大於設定需要的電輔熱功率值I3S,由主晶片發出指令通過步進電機及驅動機構將PTC電加熱器1的θ 角減小5度，即85度，並返回第三步。
以上循環將逐步縮小設定需要的電輔熱功率值I^s與實際發熱功率P之間的差距， 直到lb-Pi彡5%Ps，即檢測到的實際功率P在區間[1425，1575]範圍內時，滿足控制條件。但此時，系統仍然按1分鐘間隔定期檢測比較，確保實際發熱功率P穩定在設定需要的電輔熱功率值附近區間[1425,1575]。
權利要求
1.一種PTC發熱裝置，包括PTC電加熱器(1)，其特徵是還包括驅動PTC電加熱器(1) 繞其軸線轉動的步進電機及驅動機構、用於檢測PTC電加熱器(1)迴路電流的電流互感器以及帶有計算、比較和控制功能的主晶片，該主晶片分別與電流互感器和步進電機相接。
2.一種根據權利要求1所述的PTC發熱裝置的控制方法，其特徵是包括以下步驟 第一步，用戶通過主晶片設定需要的電輔熱功率值Ps ；第二步，啟動PTC電加熱器⑴；第三步，1分鐘後通過電流互感器檢測PTC電加熱器(1)的迴路電流I，並由主晶片計算實際發熱功率P;第四步，由主晶片比較不等式Il3S-PlI^s是否成立；當不等式Il3s-Pl ^ 5% Ps成立時，則返回第三步；當不等式Il3S-Pl ^ 5% Ps不成立時，進入第五步；第五步，當Il3S-Pl >5% I3S時，則繼續由主晶片判斷I3S-P是正值還是負值， 當其為正值時，則θ角增大2 5度，返回第三步； 當其為負值時，則θ角減小2 5度；返回第三步； 其中，θ角為PTC電加熱器(1)與氣體流向的夾角。
全文摘要
一種PTC發熱裝置及其控制方法，PTC發熱裝置，包括PTC電加熱器、驅動PTC電加熱器繞其軸線轉動的步進電機及驅動機構、用於檢測PTC電加熱器的迴路電流的電流互感器以及帶有計算、比較和控制功能的主晶片，該主晶片分別與電流互感器和步進電機相接。PTC發熱裝置的控制方法，採用自動檢測反饋的電流閉環控制，控制過程為自動循環過程，可根據用戶設定值，不斷修正被控對象PTC電加熱器與氣體流向的夾角，改變散熱狀態，從而改變PTC片的表面溫度。由於PTC的正溫度係數特性，其電阻值隨之發生改變，進而使迴路電流發生變化，功率自然就隨之改變。本發明具有結構簡單合理、操作靈活的特點。
文檔編號G05D3/12GK102548059SQ20111043714
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者程毅, 陳保平 申請人:廣東美的電器股份有限公司