CN102548059A - Ptc发热装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种PTC发热装置及其控制方法，PTC发热装置，包括PTC电加热器、驱动PTC电加热器绕其轴线转动的步进电机及驱动机构、用于检测PTC电加热器的回路电流的电流互感器以及带有计算、比较和控制功能的主芯片，该主芯片分别与电流互感器和步进电机相接。PTC发热装置的控制方法，采用自动检测反馈的电流闭环控制，控制过程为自动循环过程，可根据用户设定值，不断修正被控对象PTC电加热器与气体流向的夹角，改变散热状态，从而改变PTC片的表面温度。由于PTC的正温度系数特性，其电阻值随之发生改变，进而使回路电流发生变化，功率自然就随之改变。本发明具有结构简单合理、操作灵活的特点。

Description

PTC发热装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种PTC发热装置及其控制方法。
背景技术
PTC作为电加热元件被广泛用在家用电器的诸多产品上，PTC的发热效率较高，并且PTC的正温度系数特性对于恒温控制及电辅热安全性能均远优于电加热管。
从目前市场上以PTC作为发热材料的产品来看，PTC电加热器均固定安装，并通过继电器控制其通断，但无法按照需要调整功率，基本是长期工作在高负荷的发热状态下，而且，因为其全功率工作将消耗更多的电能。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活的PTC发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PTC发热装置，包括PTC电加热器，其结构特征是还包括驱动PTC电加热器绕其轴线转动的步进电机及驱动机构、用于检测PTC电加热器回路电流的电流互感器以及带有计算、比较和控制功能的主芯片，该主芯片分别与电流互感器和步进电机相接。
一种PTC发热装置的控制方法，其特征是包括以下步骤：
第一步，用户通过主芯片设定需要的电辅热功率值Ps；
第二步，启动PTC电加热器；
第三步，1分钟后通过电流互感器检测PTC电加热器的回路电流I，并由主芯片计算实际发热功率P；
第四步，由主芯片比较不等式|Ps-P|≤5％Ps是否成立；当不等式|Ps-P|≤5％Ps成立时，则返回第三步；当不等式|Ps-P|≤5％Ps不成立时，进入第五步；
第五步，当|Ps-P|＞5％Ps时，则继续由主芯片判断Ps-P是正值还是负值，
当其为正值时，则θ角增大2～5度，返回第三步；
当其为负值时，则θ角减小2～5度；返回第三步；
其中，θ角为PTC电加热器与气体流向的夹角。
本发明采用自动检测反馈的电流闭环控制，控制过程为自动循环过程，可根据用户设定值，不断修正被控对象PTC电加热器与气体流向的夹角，改变散热状态，从而改变PTC片的表面温度。由于PTC的正温度系数特性，其电阻值随之发生改变，进而使回路电流发生变化，功率自然就随之改变。
本发明通过间断性检测PTC电加热器的回路电流，并与设定值比对，然后采用电流闭环的控制策略调整PTC电加热器散热片通道与流体流线的夹角，改变散热条件，调整发热功率；控制系统以误差量作为控制量，系统将不断减小控制误差量直到实际功率满足控制要求，最后实现PTC电加热器功率的设定与自动调节功能。
本发明能够按照个人喜好及环境温度情况而自由设定发热功率，并具备根据设定值自动检测、调整功率的PTC电加热器。一方面，功率可控可以使环境按照要求调整到合适温度，提高房间舒适度；另一方面，节能减排，当环境温度本身较高时，PTC电辅热可以设定在较低功率运行，降低功耗。
本发明具有结构简单合理、操作灵活的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例中的PTC电加热器的结构示意图；
图2为PTC电加热器在调整前的端面示意图；
图3为PTC电加热器在调整后的端面示意图；
图4为本发明的控制框图；
图5为本发明的控制流程图。
图中：1为PTC电加热器，1.1为PTC片，1.2为散热片，A为气体流向，f为气体流向的法线，BC为PTC电加热器的端面中线，OO′为PTC电加热器的轴线，θ为PTC电加热器1与气体流向的夹角。
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。
参见图1-图5，本PTC发热装置，包括PTC电加热器1、驱动PTC电加热器1绕其轴线转动的步进电机及驱动机构、用于检测PTC电加热器1的回路电流的电流互感器以及带有计算、比较和控制功能的主芯片，该主芯片分别与电流互感器和步进电机相接。其中，主芯片为控制器，电流互感器为检测转换元件，PTC电加热器为被控对象。
PTC发热装置的控制方法包括以下步骤：
第一步，用户通过主芯片设定需要的电辅热功率值Ps；
第二步，启动PTC电加热器1；
第三步，1分钟后通过电流互感器检测PTC电加热器1的回路电流I，并由主芯片计算实际发热功率P；
第四步，由主芯片比较不等式|Ps-P|≤5％Ps是否成立；当不等式|Ps-P|≤5％Ps成立时，则返回第三步；当不等式|Ps-P|≤5％Ps不成立时，进入第五步；
第五步，当|Ps-P|＞5％Ps时，则继续由主芯片判断Ps-P是正值还是负值，当其为正值时，则θ角增大2～5度，返回第三步；当其为负值时，则θ角减小2～5度；返回第三步；其中，θ角为PTC电加热器1与气体流向的夹角。
接下来，以单贯流的空调器为例，陶瓷的PTC电加热器设计的额定功率为2200W，正常情况下，PTC电加热器的端面中线BC与气体流向A保持垂直，见图2所示，θ角为90度；气流可垂直通过PTC电加热器1的散热片1.2之间的通道，此时散热状态最佳，PTC电加热器1中的PTC片1.1的表面温度较低，电阻较小，回路电流较高，PTC电加热器1以全功率运行。
如果此时，用户感觉出风温度无需太高，即可根据需要而通过重新设定PTC的功率来降低发热量，比如设定PTC电加热器的功率为1500W，其控制过程为：
第一步，用户通过主芯片设定需要的电辅热功率值Ps＝1500W，(注：功率因数按实测平均值0.988计算)；
第二步，启动PTC电加热器1；
第三步，1分钟后通过电流互感器检测PTC电加热器1的回路电流I＝11A，并由主芯片计算实际发热功率P＝2391W(注：功率因数按实测平均值0.988计算)；
第四步，由主芯片计算|Ps-P|＝891W，而5％Ps＝75W；有|Ps-P|＞5％Ps，接下来进入第五步，
第五步，由于|Ps-P|＞5％Ps，且Ps-P＝-891W，表示实际发热功率P大于设定需要的电辅热功率值Ps，由主芯片发出指令通过步进电机及驱动机构将PTC电加热器1的θ角减小5度，即85度，并返回第三步。
以上循环将逐步缩小设定需要的电辅热功率值Ps与实际发热功率P之间的差距，直到|Ps-P|≤5％Ps，即检测到的实际功率P在区间[1425，1575]范围内时，满足控制条件。但此时，系统仍然按1分钟间隔定期检测比较，确保实际发热功率P稳定在设定需要的电辅热功率值附近区间[1425，1575]。

Claims (2)

1.一种PTC发热装置，包括PTC电加热器(1)，其特征是还包括驱动PTC电加热器(1)绕其轴线转动的步进电机及驱动机构、用于检测PTC电加热器(1)回路电流的电流互感器以及带有计算、比较和控制功能的主芯片，该主芯片分别与电流互感器和步进电机相接。
2.一种根据权利要求1所述的PTC发热装置的控制方法，其特征是包括以下步骤：
第一步，用户通过主芯片设定需要的电辅热功率值Ps；
第二步，启动PTC电加热器(1)；
第三步，1分钟后通过电流互感器检测PTC电加热器(1)的回路电流I，并由主芯片计算实际发热功率P；
第四步，由主芯片比较不等式|Ps-P|≤5％Ps是否成立；当不等式|Ps-P|≤5％Ps成立时，则返回第三步；当不等式|Ps-P|≤5％Ps不成立时，进入第五步；
第五步，当|Ps-P|＞5％Ps时，则继续由主芯片判断Ps-P是正值还是负值，
当其为正值时，则θ角增大2～5度，返回第三步；
当其为负值时，则θ角减小2～5度；返回第三步；
其中，θ角为PTC电加热器(1)与气体流向的夹角。
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