單相交流風機水泵恆有功功率控制電路的製作方法
2023-10-28 01:28:07
專利名稱：單相交流風機水泵恆有功功率控制電路的製作方法
技術領域：
本發明的目的在於通過單相交流風機、水泵進行恆有功功率控制，實現在不同的工作環境下均可得到穩定的風量或水量的控制電路。
背景技術：
在家庭供暖(燃氣壁掛爐、燃氣熱水器、燃氣熱風機、生物質爐、太陽能熱水工作站)和室風空氣換氣系統等控制應用領域，風機需在不同的工況負荷下產生相應的穩定風 量，以達到完全燃燒，提高燃燒效率和廢氣的排放標準。水泵則在不同的熱負荷需求下循環不同水量的熱水，以達到熱平衡時的最佳功率點。傳統使用交流風機、水泵的燃氣壁掛爐、燃氣熱水器、燃氣熱風機、生物質爐和室風空氣換氣系統等主要通過繼電器控制電路控制定速風機、水泵或風速分檔風機、水泵，或由風機恆轉速調速控制電路控制風機。上述傳統的風機控制電路在排氣環境發生變化時(如逆風)，都會引發風機的轉速增高，風量卻下降，造成燃燒效率下降，廢氣排放嚴重超標。水泵則在工作電壓波動，水路阻力不同時會造成循環水量變化、不穩。因此有必要改進風機、水泵控制電路，對其在各種燃燒環境下的燃燒量與風量配比實現恆定的控制，使其充分燃燒，提高供暖產品的熱效率和排放標準。同時採用獨立的MCU控制，該控制電路與強電浮地相連，節省了電路成本。
發明內容
本發明的目的在於通過微控制器(MCU)及外圍電路對交流電機的工作電壓、電流進行採樣、放大、模數轉換，有功功率計算，電機電壓移相驅動電路等構成閉環的PID控制器，實現電機恆有功功率控制。同時對該控制器的供電電源採用與強電浮地相連的處理方法，此MCU通過低速光耦隔離與主控MCU進行串行通訊，降低了成本。為實現上述目的，本發明的技術方案如下一種單相交流風機、水泵恆有功功率控制電路它包括有電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31 ;電容 Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、CIO、Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17 ;二極體 DU D2、D3、D4、壓敏電阻 RVl ;保險 FSl ;變壓器 TRl ;三端
穩壓器ICl ;主控器Ul ;運算放大器似4、似8、似(；光耦詘、況；雙向可控矽01、02。電路分為電源部份由變壓器變壓，整流並經ICl穩壓後得到直流+5V電源，供控制電路用。交流電壓過零檢測部份獲取交流電壓過零信號交流電源電壓檢測部份對交流電源信號進行取樣、放大，供給MCU的AD。風機電流檢測部份通過電阻取樣,放大,供給MCU的AD。風機移相驅動部份由可控矽進行移相控制，實現風機的功率調節。
MCU串口通訊部份通過光電隔離，MCU與主控制MCU進行串口通訊，獲取風機和水泵的目標功率值。MCU閉環PID控制部份:MCU由主控MCU的給出的目標功率值與實際的採樣的功率值進行PID算法控制。水泵控制電路和上述風機控制相同。
本發明單相交流風機、水泵恆有功功率控制電路由以下的實施例及附圖給出。圖I為傳統的風機、水泵控制電路原理圖。圖2是本發明單相交流風機、水泵恆有功功率控制電路原理圖。
具體實施例方式以下將對本發明單相交流風機、水泵恆有功功率控制電路結合實施例作進一步詳細描述，其電路原理圖如圖2所示。各器件採用的選值為R1阻值為200±1%歐姆，R2阻值為220K±1%歐姆，R3阻值為20Κ± I %歐姆，R4阻值為27Κ± I %歐姆，R5阻值為15Κ± I %歐姆，R6阻值為100Κ土 I %歐姆，R7阻值為IK歐姆，R8阻值為200歐姆，R9阻值為39歐姆，RlO阻值為
0.47±1%歐姆，Rll阻值為27Κ±1%歐姆，R12阻值為15Κ±1%歐姆，R13阻值為20Κ±1%歐姆，R14阻值為100Κ土 I %歐姆，R15阻值為IK歐姆，R16阻值為200歐姆，R17阻值為39歐姆，R18阻值為O. 47±1%歐姆，R19阻值為27Κ±1%歐姆，R20阻值為15Κ±1%歐姆，R21阻值為20Κ±1%歐姆，R22阻值為100Κ±1%歐姆，R23阻值為IK歐姆，R24阻值為IOK歐姆，R25阻值為4Κ7歐姆，R26阻值為IK歐姆，R27阻值為IK歐姆，R28阻值為IOK歐姆，R29阻值為4Κ7歐姆，R30阻值為470Κ歐姆，R31阻值為IOK歐姆。Cl型號為470 μ F/35V，C2型號為 100yF/16V，C3、C5、C10、C15 型號為 100nF/50V，C4、C9、C14 型號為 10yF/16V，C6、C7、Cll、C12、C16 型號為 10nF/50V, C8、C13 型號為 O. 01 μ F/275V, C17 型號為 220nF/50V。D1、D2 型號為 1N4007, D3、D4 型號為 1N4148, ICl 型號為 79L05, Ul 型號為 STM8S103, U2A、U2B、U2C 型號為 LM324, U3、U4 型號為 PC817。Ql, Q2 型號為 BTA08。電源由RV1、FS1、TR1、D1、D2、C1、C2、C3、ICl構成交流輸入、變壓、整流和穩壓電路，得到一個與強電N線相連為+5V直流電源。交流電壓檢測由Rl，R2分壓取樣，V電壓峰值=VAORl/(R1+R2)=220*1. 4142*200/(200+220000) = O. 2826 (V)，經C4隔離直流成份得到交流電壓信號，此信號與 +5V，R4，R5，C5 構成的 I. 786V 直流偏置電壓5V*R5/ (R4+R5) = 5*15000/(27000+15000) = I. 786 (V)，再經 R3、R6、U2A 組成比例放大電路，β = R6/R3 =100000/20000 = 5 ;便得到一個圍繞+1. 786V變化的交流電壓信號供MCU的AD採樣，VAD =
1.786土 β*ν電壓峰值=I. 786±5*0. 2826 = I. 786± I. 413 (V).按電壓最大波動容許範圍+20%，則 VADMAX = I. 786土(1+20% )*VAD = I. 786± I. 20*1. 413 = I. 786± I. 696 (V)。交流電壓過零檢測由R30、R31、C17、D3、D4組成。風機電流檢測由取樣電阻RlO轉成交流電壓信號，V電流MAX = I風機MAX*R10=0.7*0.47 = O. 329 (V)，若風機電流值更大，則相應減小取樣電阻RlO的阻值則可。經C9隔離直流成份得到交流電壓信號，此信號與+5V，Rll, R12，GlO構成+1. 786V直流偏置電壓，然後由R13，R14，U2B組成比例放大，β = R14/R13 = 100000/20000 = 5，便得到一個圍繞+1. 786V變化的交流電壓信號供MCU的AD採樣。VAD = I. 786土 β *V電流MAX =
I.786 土 5*0. 329 = I. 786 ± I. 645 (V)。風機驅動調節電路由MCU輸出的門極控制信號經C7、R8對雙向可控矽Ql進行II、III象限觸發控制，R9、C8為阻容保護電路。功率目標值由MCU的串口經1 24、1 25、1 26、1 27、1 28、1 29、詘、說的光耦隔離電路
與主控器通訊獲取。Ul(MCU)根據主控器發來的功率目標值目標功率值與實際的採樣的功率值進行 PID算法控制，從而實現風機的恆有功功率控制。水泵恆有功功率控制方式與上述的風機恆有功功率控制相同。
權利要求
1.一種單相交流風機水泵恆有功功率控制電路，用於燃氣壁掛爐、燃氣熱水器、燃氣熱風機、生物質爐、太陽能熱水工作站、室風空氣換氣系統(新風系統)等產品領域。其特徵在於此電路中包括與強電相連的變壓、整流、負壓穩壓器電路；交流電壓過零檢測電路、電壓電流直接取樣電路；雙向可控矽的MCU直接驅動電路。
2.如權利要求I所述的一種單相交流風機水泵恆有功功率控制電路，其特徵在於:與強電N線相連的兩組變壓器抽頭通過C1，D1，D2整流得到+12V的直流。再通過負壓三端穩壓器ICl得到與N線相連為+5V的浮地直流電源。
3.如權利要求I所述的一種單相交流風機水泵恆有功功率控制電路，其特徵在於L線的交變電壓經R30限流，C17隔直，D3與N(+5V)，D4與地的箝位電路實現交流電壓過零檢測。
4.如權利要求I所述的一種單相交流風機水泵恆有功功率控制電路，其特徵在於R1，R2分壓取樣的交流電壓經C4隔直，由R4，R5形成的偏置分壓，與運算放大器U2A，R3，R6構成比例放大後得到偏置的交流電壓信號。
5.如權利要求I所述的一種單相交流風機水泵恆有功功率控制電路，其特徵在於風機工作電流經取樣電阻RlO得到的交流電壓經C9隔直，由Rll，R12形成的偏置分壓，與運算放大器U2B，R13，R14構成比例放大後得到偏置的風機工作電流信號。
6.如權利要求I所述的一種單相交流風機水泵恆有功功率控制電路，其特徵在於MCU通過R8對雙向可控矽Ql的門極進行II、III象限的觸發控制。
全文摘要
一種單相交流風機、水泵恆有功功率控制電路，應用於燃氣壁掛爐、燃氣熱水器、燃氣熱風機、生物質爐、太陽能熱水工作站、室風空氣換氣系統(新風系統)等產品領域。它包括與強電相連的浮地直流電源，交流電壓過零檢測，交流電壓取樣、放大電路，電機電流取樣、放大電路，電機驅動電路，微控制器(MCU)和串行通訊隔離電路。微控制器通過串行通訊得到當前風機或水泵的目標工作功率值，並與通過取樣、放大、AD採樣計算所得到電機當前實際工作功率值進行PID算法控制，實現單相交流風機、水泵恆有功功率控制。解決了電機受電網電壓波動的影響；解決風機受環境空氣流速變化(如逆風)的影響；解決水泵在不同水路的阻力變化的影響。
文檔編號H02J3/00GK102856898SQ20111018241
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者蘇菠 申請人:蘇菠