CN102226567A - 空调器的电加热装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种空调器的电加热装置及其控制方法，空调器的电加热装置包括依次相接的市电火线L、电加热器、市电零线N、主控单元以及通断受主控单元控制的触点式开关和电子式开关；其中，市电火线L、触点式开关、电加热器、电子式开关和市电零线N依次连接；或者，市电火线L、触点式开关、电子式开关、电加热器和市电零线N依次连接。操作时，当启动电加热功能时，主控单元首先使触点式开关闭合，然后控制电子式开关进行快速的通断动作，以调节电加热器的输出功率，使其输出的热量符合需求。本发明具有结构简单合理、操作灵活、制作成本低、安全程度高、可快速调节功率、适用范围广的特点。

Description

空调器的电加热装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电加热装置，特别是一种空调器的电加热装置及其控制方法。

背景技术

已有空调器用电加热控制技术，主要的控制方法有：使用继电器对电加热器进行通断控制，其缺点是输出功率相对固定，不能实现调节，在需要快速通断时，继电器的触点响应不过来而不能实现；使用电子式开关替代触点式开关进行通断控制时，其缺点是电子式开关被击穿短路，安全性得不到保证；在调功率方面，有一种方法是使用可控硅作为电子式开关，检测市电的过零点，通过调相的方式调整输出的电功率以达到调整电加热器的发热量，其缺点是存在功率因数会较低而对电网不利，同时在90度相位附近进行可控硅导通时，会因为电流导通的瞬时变化率较大而容易出现驱动异常。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活、制作成本低、安全程度高、可快速调节功率、适用范围广的空调器的电加热装置及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种空调器的电加热装置，包括依次相接的市电火线L、电加热器和市电零线N，其特征是还包括主控单元以及通断受主控单元控制的触点式开关和电子式开关；

其中，市电火线L、触点式开关、电加热器、电子式开关和市电零线N依次连接；

或者，市电火线L、触点式开关、电子式开关、电加热器和市电零线N依次连接；

或者，市电火线L、电子式开关、触点式开关、电加热器和市电零线N依次连接；

或者，市电火线L、电子式开关、电加热器、触点式开关和市电零线N依次连接。

所述电加热器的附近设置有通断型的热保护器，该热保护器的输出线串接在主控单元输出的控制线与触点式开关和/或电子式开关的控制端之间，当温度正常时，热保护器处于接通状态，当温度过高时，热保护器处于断开状态。

所述热保护器包括用于感测电加热器的发热温度的第一热保护器和/或第二保护器，其中，第一热保护器的输出线串接在主控单元到电子式开关的控制线上，第二保护器的输出线串接在主控单元到触点式开关的控制线上。

所述第一热保护器和第二保护器为二合一的热保护器，但两路输出之间相互独立。

所述电加热器设置在空调器的室内机内。

所述触点式开关为继电器或接触器。

所述电子式开关为固态继电器、可控硅或晶闸管。

一种空调器的电加热装置的控制方法，其特征是：

当启动电加热功能时，主控单元首先使触点式开关闭合，然后控制电子式开关进行快速的通断动作，以调节电加热器的输出功率，使其输出的热量符合需求；或者，当启动电加热功能时，将电子式开关和触点式开关同时闭合；

当不需要电加热功能而进行关闭时，先关断电子式开关，然后断开触点式开关；或者，当关闭电加热功能时，将电子式开关和触点式开关同时断开；

在启动后开通电加热功能的阶段，根据热量需求的大小，确定开通时间Ton与关断时间To的比例关系，开关周期T＝Ton+To，即：

当需要满功率时，则一直开通电子式开关；让电加热器发挥最大的发热量，有Ton＝T；

当需要的热量为满功率的n倍时，1＞n＞0，则有开通时间Ton：开关周期T＝n；

当无热量需求时，则关断电子式开关；

其中，启动或关闭的时机不与市电的过零点同步或关联，可以出现在任意的时刻。

本发明在电加热器的附近设置有通断型的热保护器，该热保护器的输出线串接在主控单元输出的控制线与电子式开关和/或触点式开关的控制端之间，当温度正常时，热保护器处于接通状态，当温度过高时，热保护器处于断开状态，使得从主控单元发出的开通控制信号被阻断，电子式开关和/或触点式开关进入断开状态。

本发明中的触点式开关采用机械触点进行通断控制的机电一体化控制部件，比如继电器、接触器类的电子部件；这类触点式开关的优点是接通、断开均可靠性高，安全可靠；电子式开关采用的是半导体类开关部件，比如可控硅、晶闸管及具有类似功能的电子式开关部件，这类电子式开关的优点是可以实现快速的通断，使用寿命超长，但比较脆弱容易损坏。

本发明同时使用使用电子式开关和触点式开关与电加热器串联，并进行通断控制，实现电加热器的电功率的线性可调；并且，在使用电子式开关进行电功率的调整，同时使用触点式开关进行主电路端以及火线端的通断控制，使得即使在电子式开关发生失控短路的情况下也能可靠的关断电加热器；特别地，在控制线上还可以加入控制热通断的热保护器：第一热保护器和/或第二保护器，当检测到电加热异常过热后，第一热保护器和/或第二保护器自动断开，切断电子式开关和/或触点式开关的控制线，从而关断电加热器，确保安全。

本发明中的热保护器：第一热保护器和第二保护器可以视乎需要进行添加，其中，第一热保护器和第二保护器为可以完全独立的、各有一路输出的部件，也可以是一体化的合二为一的但内部分为独立的两路输出的部件；为减低方案成本，在结构、安装方面有足够防护的电加热器，也可以使用其中的一个热保护器，甚至可以完全取消两个热保护器。

本发明在安装的相互顺序方面也可以有适当的变化：触点式开关、电加热器、电子式开关的连接顺序还可以任意调换，但必须确保电加热器和市电火线L之间必须至少有一个开关存在。在市电火线L之后，比如：触点式开关、电加热器、电子式开关顺序连接；或者，触点式开关、电子式开关、电加热器顺序连接；或者，电子式开关、触点式开关、电加热器顺序连接，以及其他的连接顺序方式。

本发明在开通电加热功能时，主控单元首先使触点式开关闭合，此时线路中没有电流流过，对于触点式开关是最好的闭合条件，不会产生打火，当触点式开关闭合稳定后再控制电子式开关进行快速的通断动作，以调节电加热器的输出功率，使其输出的热量符合需求。

由于电加热器为慢时间常数的发热部件，从加电时开始到温度上升至所需要的温度值时，此时的温度值一般为两三百度左右，大约需要数秒钟时间，具体的时间和电加热器的金属材质和质量有关：相同质量而材质不同，其热容量不同，同种材质而质量越大，其热容量越大，相同电功率的产生的温升越小，温度上升越慢，而当断开电子式开关后，由于电加热器上蕴含有余热，该余热可以向空间散热，质量越大的电加热器所蕴含的余热越多，可供散热的时间越长，故关断时间To也可以达到数秒钟，故在具体实践中，可以取开通时间Ton为2秒，关断时间To根据需要由主控单元按比例进行调整，一般开通时间Ton、关断时间To均取1小时以内的时间。

本发明中的启动或关闭的时机不与市电的过零点同步或关联，可以出现在任意的时刻。这样就可以实现功率因数为1，同时减少对可控硅等器件开通时的大电流冲击。当不需要电加热功能时，先关断电子式开关，然后断开触点式开关；使触点式开关在没有电流的情况下断开，避免触点的打火。但为了控制的简便性，在做了适当的防护措施后，也可以采用以下的控制时序：当启动电加热功能时，电子式开关和触点式开关可以同时闭合；当关闭电加热功能时，电子式开关和触点式开关可以同时断开。

本发明具有结构简单合理、操作灵活、制作成本低、安全程度高、可快速调节功率、实现快速的通断控制、适用范围广的特点。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明第一实施例的连接框图。

图3为本发明第二实施例的连接框图。

图4为本发明第三实施例的连接框图。

图中：1为触点式开关，2为第一热保护器，3为第二保护器，4为电加热器，5为电子式开关，6为主控单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1-图2，本空调器的电加热装置，包括依次相接的市电火线L、电加热器4、市电零线N、主控单元6以及通断受主控单元6控制的触点式开关1和电子式开关5；其中，市电火线L、触点式开关1、电加热器4、电子式开关5和市电零线N依次连接；或者，市电火线L、触点式开关1、电子式开关5、电加热器4和市电零线N依次连接；或者，市电火线L、电子式开关5、触点式开关1、电加热器4和市电零线N依次连接；或者，市电火线L、电子式开关5、电加热器4、触点式开关1和市电零线N依次连接。

电加热器4的附近设置有通断型的热保护器，该热保护器的输出线串接在主控单元6输出的控制线与触点式开关1和/或电子式开关5的控制端之间，当温度正常时，热保护器处于接通状态，当温度过高时，热保护器处于断开状态。

热保护器包括用于感测电加热器4的发热温度的第一热保护器2和/或第二保护器3，其中，第一热保护器2的输出线串接在主控单元6到电子式开关5的控制线上，第二保护器3的输出线串接在主控单元6到触点式开关1的控制线上。第一热保护器2和第二保护器3为二合一的热保护器，但两路输出之间相互独立。

电加热器设置在空调器的室内机内。空调器的室内机内还设置有蒸发器、风扇、风道和导风装置等零部件。

电子式开关5为可控硅或晶闸管。触点式开关1为继电器或接触器。

在本实施例中，市电火线L、继电器RY1、可控硅TR1、电加热器DJR、市电零线N顺序连接，见图2，电阻R1、电容C1为可控硅TR1并联的吸收辅助电路；电容E1、稳压管DZ1、二极管D1、电阻R3等构成了可控硅TR1的偏置电路；电阻R2、光耦IC1构成可控硅TR1的控制电路，连接到驱动接口电路8的B端，受主控单元6的控制。

第一热保护器的第一传感器T1串接在电阻R2和光耦IC1之间，当受热异常后第一传感器T1断开，进而切断可控硅TR1的控制电路，使可控硅TR1截止。

继电器RY1的控制电路通过第二热保护器的第二传感器T2接到驱动接口电路8的A端，受主控单元6控制。当受热异常后第二传感器T2断开，进而切断继电器RY1的控制电路，使继电器RY1断开。

第一热保护器的第一传感器T1和第二热保护器的第二传感器T2是二合一的保护器部件。

具体操作时，当启动电加热功能时，主控单元6首先使触点式开关1闭合，然后控制电子式开关5进行快速的通断动作，以调节电加热器4的输出功率，使其输出的热量符合需求；或者，当启动电加热功能时，将电子式开关5和触点式开关1同时闭合。

当不需要电加热功能而进行关闭时，先关断电子式开关5，然后断开触点式开关1；或者，当关闭电加热功能时，将电子式开关5和触点式开关1同时断开。

在启动后开通电加热功能的阶段，根据热量需求的大小，确定开通时间Ton与关断时间To的比例关系，开关周期T＝Ton+To。

当需要满功率时，则一直开通电子式开关5；

当需要的热量为满功率的n倍时，1＞n＞0，则有开通时间Ton：开关周期T＝n；

当无热量需求时，则关断电子式开关5；

其中，启动或关闭的时机不与市电的过零点同步或关联，可以出现在任意的时刻。

任意的时刻包含与市电的过零点同步或关联的时刻，但因省却了同步或关联功能电路而无法确保一直处于该类时刻。

具体表现为：在开通电加热功能时，主控单元6控制驱动接口电路8向A端口发出开通信号，首先使继电器RY1闭合，并一直保持闭合状态直到取消电加热功能。然后通过B端口发出开关信号，通过光耦IC1控制可控硅TR1的通断动作，以调节电加热器的输出功率，使其输出的热量符合需求：调整开通时间Ton与关断时间To的比例关系，开关周期T＝开通时间Ton+关断时间To。

当需要满功率发热时，可控硅TR1一直开通。

当需要小功率发热时，Ton：T＝n，1＞n＞0，n根据需要的发热功率确定；在实践中可以设定开通时间Ton＝2秒，关断时间To根据n确定。

若无热量需求，则关断可控硅TR1。

当不需要电加热功能时，先关断可控硅TR1，然后断开继电器RY1。

第二实施例

参见图1和图3，工作原理同第一实施例类似，差异在于将可控硅TR1的控制电路由光耦控制变为固态继电器控制，控制电路更为简单。

其余未述部分见第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图1和图4，将第二热保护器的第二传感器T2串接在继电器RY1的控制电路中，电加热器DJR与市电零线N之间接入固态继电器RY2。

其余未述部分见第一实施例，不再重复。

Claims (8)

1.一种空调器的电加热装置，包括依次相接的市电火线L、电加热器(4)和市电零线N，其特征是还包括主控单元(6)以及通断受主控单元(6)控制的触点式开关(1)和电子式开关(5)；

其中，市电火线L、触点式开关(1)、电加热器(4)、电子式开关(5)和市电零线N依次连接；

或者，市电火线L、触点式开关(1)、电子式开关(5)、电加热器(4)和市电零线N依次连接；

或者，市电火线L、电子式开关(5)、触点式开关(1)、电加热器(4)和市电零线N依次连接；

或者，市电火线L、电子式开关(5)、电加热器(4)、触点式开关(1)和市电零线N依次连接。

2.根据权利要求1所述的空调器的电加热装置，其特征是所述电加热器(4)的附近设置有通断型的热保护器，该热保护器的输出线串接在主控单元(6)输出的控制线与触点式开关(1)和/或电子式开关(5)的控制端之间，当温度正常时，热保护器处于接通状态，当温度过高时，热保护器处于断开状态。

3.根据权利要求2所述的空调器的电加热装置，其特征是所述热保护器包括用于感测电加热器(4)的发热温度的第一热保护器(2)和/或第二保护器(3)，其中，第一热保护器(2)的输出线串接在主控单元(6)到电子式开关(5)的控制线上，第二保护器(3)的输出线串接在主控单元(6)到触点式开关(1)的控制线上。

4.根据权利要求3所述的空调器的电加热装置，其特征是所述第一热保护器(2)和第二保护器(3)为二合一的热保护器，但两路输出之间相互独立。

5.根据权利要求1至4任一所述的空调器的电加热装置，其特征是所述电加热器(4)设置在空调器的室内机内。

6.根据权利要求5所述的空调器的电加热装置，其特征是所述触点式开关(1)为继电器或接触器。

7.根据权利要求5所述的空调器的电加热装置，其特征是所述电子式开关(5)为固态继电器、可控硅或晶闸管。

8.一种根据权利要求1所述的空调器的电加热装置的控制方法，其特征是：

当启动电加热功能时，主控单元(6)首先使触点式开关(1)闭合，然后控制电子式开关(5)进行快速的通断动作，以调节电加热器(4)的输出功率，使其输出的热量符合需求；或者，当启动电加热功能时，将电子式开关(5)和触点式开关(1)同时闭合；

当不需要电加热功能而进行关闭时，先关断电子式开关(5)，然后断开触点式开关(1)；或者，当关闭电加热功能时，将电子式开关(5)和触点式开关(1)同时断开；

在启动后开通电加热功能的阶段，根据热量需求的大小，确定开通时间Ton与关断时间To的比例关系，开关周期T＝Ton+To，即：

当需要满功率时，则一直开通电子式开关(5)；

当需要的热量为满功率的n倍时，1＞n＞0，则有Ton：T＝n；

当无热量需求时，则关断电子式开关(5)；

其中，启动或关闭的时机不与市电的过零点同步或关联，可以出现在任意的时刻。

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