CN102548060B

CN102548060B - Ptc电加热装置及控制方法

Info

Publication number: CN102548060B
Application number: CN 201110437207
Authority: CN
Inventors: 陈保平
Original assignee: Guangdong Midea Electric Appliances Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN102548060A

Abstract

一种PTC电加热装置及控制方法，PTC电加热装置包括第一PTC电加热器、第二PTC电加热器、第一继电器和第二继电器，第一PTC电加热器与第一继电器串接后构成第一支路，第二PTC电加热器与第二继电器串接后构成第二支路，第一支路与第二支路并联后接入主回路，电流互感器用于检测主回路电流Is，并将该主回路电流Is传递到主芯片，主芯片根据该主回路电流Is与第一PTC电加热器的额定工作电流In进行判断比较后，通过分别控制第一继电器和第二继电器的吸合与释放，分别决定第一支路和第二支路的通断。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、适用范围广的特点。

Description

PTC电加热装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种PTC电加热装置及控制方法。

背景技术

目前，PTC作为电加热元件被广泛应用在家用电器的诸多产品上，PTC的发热效率较高，并且PTC的正温度系数特性在恒温控制上的性能远比电加热管优越。

但是，由于刚启动时，PTC的温度较低，电阻较小，所以启动过程会产生较大的冲击电流，该冲击电流一般能达到额定电流的1.8～2倍，冲击电流会对控制电路造成较大冲击。另外，因冲击电流的短时存在，与PTC配套使用的继电器、保险管等开关元件及保护器的选型必须远大于额定电流，避免因短时过载出现而导致开关元件及保护器故障或烧毁，故造成一定程度的浪费。

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、适用范围广的PTC电加热装置及控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种PTC电加热装置，其特征是

包括第一PTC电加热器、第二PTC电加热器、第一继电器和第二继电器，

第一PTC电加热器与第一继电器串接后构成第一支路，

第二PTC电加热器与第二继电器串接后构成第二支路，

第一支路与第二支路并联后接入主回路，

电流互感器用于检测主回路电流Is，并将该主回路电流Is传递到主芯片，

主芯片根据该主回路电流Is与第一PTC电加热器的额定工作电流In进行判断比较后，通过分别控制第一继电器和第二继电器的吸合与释放，分别决定第一支路和第二支路的通断；

第一PTC电加热器与第二PTC电加热器的规格相同。

一种PTC电加热装置的控制方法，其特征是包括以下步骤：

第一步，由主芯片控制第一继电器导通第一支路，第一PTC电加热器通电工作10～30S后，通过电流互感器检测主回路电流Is；

第二步，由主芯片判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器的额定工作电流In的1.2倍，即不等式Is≤1.2In是否成立；

当Is＞1.2In时，进入第一步；

当Is≤1.2In时，进入第三步；

第三步，由主芯片控制第一继电器断开第一支路，第一PTC电加热器停止工作；

第四步，由主芯片控制第二继电器导通第二支路，第二PTC电加热器通电工作10～30S，通过电流互感器检测主回路电流Is，

第五步，由主芯片判断主回路电流Is是否≤第二PTC电加热器的额定工作电流In的1.2倍，即不等式Is≤1.2In是否成立；

当Is＞1.2In时，进入第四步；

当Is≤1.2In时，进入第六步；

第六步，由主芯片控制第一继电器导通第一支路，并且，主芯片控制第二继电器切断第二支路，第一PTC电加热器通电工作5～15S后，通过电流互感器检测主回路电流Is，

第七步，由主芯片判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器的额定工作电流In的1.1倍，即不等式Is≤1.1In是否成立；

当Is＞1.1In时，进入第六步；

当Is≤1.1In时，进入第八步；

第八步，由主芯片控制第一继电器断开第一支路，第一PTC电加热器停止工作；

第九步，由主芯片控制第二继电器导通第二支路，第二PTC电加热器通电工作5～15S，通过电流互感器检测主回路电流Is，

第十步，由主芯片判断主回路电流Is是否≤第二PTC电加热器的额定工作电流In的1.1倍，即不等式Is≤1.1In是否成立；

当Is＞1.1In时，进入第九步；

当Is≤1.1In时，进入第十一步；

第十一步，由主芯片同时控制第一继电器导通第一支路、主芯片控制第二继电器导通第二支路，当第一PTC电加热器和第二PTC电加热器同时通电工作1～5S后，通过电流互感器检测主回路电流Is，

第十二步，由主芯片判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器的额定工作电流In的2.4倍，即不等式Is≤2.4In是否成立；

当Is＞2.4In时，进入第六步；

当Is≤2.4In时，进入第十三步；

第十三步，第一PTC电加热器和第二PTC电加热器同时通电工作再次经过1～5S后，通过电流互感器再次检测主回路电流Is，由主芯片判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器的额定工作电流In的2.4倍，即不等式Is≤2.4In是否成立；当Is＞2.4In时，进入第六步；当Is≤2.4In时，进入第十四步；

第十四步，控制过程结束，第一PTC电加热器与第二PTC电加热器进入正常工作状态。

本发明采用上述的技术方案后，对PTC电加热器启动过程中产生的冲击电流进行有效限制，减少对电控系统中的继电器、保险管等开关元件及保护器的冲击，减小开关元件及过流保护元件的额定电流选型，节约了成本。

本发明通过控制PTC电加热器的循环启动，经充分预热、深度加热后再全部启动。由于PTC电加热器工作后表面温度升高，由PTC的正温度系数特性，电阻随即增大，电流逐渐减小，故经过前期的预热及后期的深度加热后的PTC电加热器的表面温度较高，电阻较大，启动电流可控制在一定范围内，安全程度比较高。

本发明中的PTC电加热器可以为二个以上，PTC电加热器所在的支路也相应的为二个以上，启动过程可根据实际情况增加或减少循环步骤；各过程中PTC电加热器加热持续的时间可根据实际工况及PTC电加热器的功率等做适当调整。

本发明中的控制方法不限于启动过程，在运行过程中也可以根据出风温度控制实际需要导通的PTC电加热器，实现温度自适应控制，并节能减排；本发明可应用于空调电辅热，如双风道、双电辅热系统，大功率PTC电加热组件系统等，具有较大的适用范围。

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、适用范围广的特点。

附图说明

图1为本发明一实施例的控制框图结构示意图。

图2为本发明的控制流程图。

图中：3为主芯片，5为电流互感器，10为第一PTC电加热器，11为第二PTC电加热器，20为第一继电器，21为第二继电器。

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，本PTC电加热装置，包括第一PTC电加热器10、第二PTC电加热器11、第一继电器20和第二继电器21，第一PTC电加热器10与第一继电器20串接后构成第一支路，第二PTC电加热器11与第二继电器21串接后构成第二支路，第一支路与第二支路并联后接入主回路，电流互感器5用于检测主回路电流Is，并将该主回路电流Is传递到主芯片3，主芯片3根据该主回路电流Is与第一PTC电加热器10的额定工作电流In进行判断比较后，通过分别控制第一继电器20和第二继电器21的吸合与释放，分别决定第一支路和第二支路的通断；第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11的规格相同。

在本实施例中，第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11由同一组火线、零线供电。主回路上设置有可检测电流的电流互感器5或类功能元件。

例如，在双贯流柜机系统中，由于风道、出风口均为两个独立的空间，电辅热安装也必须分散到两个风道中，为控制方便，采用第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器11并联。其中，第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器的功率分别为2200W，额定电流分别为5A。第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器并联后所在的主回路的额定电流为10A。

采用电流互感器经过实际测试，第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器所在的主回路电流Is＝19A，也就是说，此时的冲击电流为19A，冲击电流达到了主回路的额定电流1.9倍左右。

参见图2，PTC电加热装置的控制方法，包括四个阶段的控制，具体为预热阶段的控制、深度加热阶段的控制、试启动阶段的控制以及全启动阶段的控制。其中，预热阶段的控制包括第一步至第六步，深度加热阶段的控制包括第六步至第十步，试启动阶段的控制包括第十一步至第十二步，全启动阶段的控制包括第十三步至第十四步。

第一步，由主芯片3控制第一继电器20导通第一支路，第一PTC电加热器10通电工作10～30S后，通过电流互感器5检测主回路电流Is。在本实施例中，第一PTC电加热器10通电工作为20S。

第二步，由主芯片3判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器10的额定工作电流In的1.2倍，即不等式Is≤1.2In＝1.2*5＝6A是否成立；

当Is＞1.2In时，进入第一步；

当Is≤1.2In时，进入第三步。

第三步，由主芯片3控制第一继电器20断开第一支路，第一PTC电加热器10停止工作；

第四步，由主芯片3控制第二继电器21导通第二支路，第二PTC电加热器11通电工作10～30S，通过电流互感器5检测主回路电流Is。在本实施例中，第二PTC电加热器11通电工作为20S。

第五步，由主芯片3判断主回路电流Is是否≤第二PTC电加热器11的额定工作电流In的1.2倍，即不等式Is≤1.2In＝1.2*5＝6A是否成立；

当Is＞1.2In时，进入第四步；

当Is≤1.2In时，进入第六步。

预热阶段的控制可简述为：先对第一PTC电加热器10上电20S，检测主回路电流Is是否≤6A，如果不满足，则继续对第一PTC电加热器10上电20S，并重新检测主回路电流Is是否≤6A，如此反复循环；如果满足，则断开第一PTC电加热器10，接通第二PTC电加热器11，处理方式与第一PTC电加热器10相同。直到第二PTC电加热器11工作过程中的主回路电流控制在6A以下，接下来进入深度加热阶段的控制。

第六步，由主芯片3控制第一继电器20导通第一支路，并且，主芯片3控制第二继电器21切断第二支路，第一PTC电加热器10通电工作5～15S后，通过电流互感器5检测主回路电流Is。在本实施例中，第一PTC电加热器10通电工作为10S。

第七步，由主芯片3判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器10的额定工作电流In的1.1倍，即不等式Is≤1.1In是否成立；

当Is＞1.1In时，进入第六步；

当Is≤1.1In时，进入第八步；

第八步，由主芯片3控制第一继电器20断开第一支路，第一PTC电加热器10停止工作；

第九步，由主芯片3控制第二继电器21导通第二支路，第二PTC电加热器11通电工作5～15S，通过电流互感器5检测主回路电流Is。在本实施例中，第二PTC电加热器11通电工作为10S。

第十步，由主芯片3判断主回路电流Is是否≤第二PTC电加热器11的额定工作电流In的1.1倍，即不等式Is≤1.1In是否成立；

当Is＞1.1In时，进入第九步；

当Is≤1.1In时，进入第十一步。

深度加热阶段的控制可简述为：当预热阶段的控制结束后，接下里的深度加热阶段的控制的处理方式与预热阶段的控制基本相同，只是第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器的通电工作缩短为10S即对主回路电流Is进行检测，直到第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11独自工作过程中，主回路电流低于5.5A则进入试启动阶段，否则重复本过程。

第十一步，由主芯片3同时控制第一继电器20导通第一支路、主芯片3控制第二继电器21导通第二支路，当第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器11同时通电工作1～5S后，通过电流互感器5检测主回路电流Is。

在本实施例中，第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器11同时通电工作为1S。

第十二步，由主芯片3判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器10的额定工作电流In的2.4倍，即不等式Is≤2.4In是否成立；

当Is＞2.4In时，进入第六步；

当Is≤2.4In时，进入第十三步。

试启动阶段的控制可简述为：同时对第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11上电，1S后检测主回路电流Is，如果Is＞12A，即Is冲击电流＞第一PTC电加热器10的额定电流的2.4倍，表示启动冲击电流未降到控制标准范围内，重复深度加热阶段的控制。否则进入全启动阶段的控制。

第十三步，第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器11同时通电工作再次经过1～5S后，通过电流互感器5再次检测主回路电流Is，由主芯片3判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器10的额定工作电流In的2.4倍，即不等式Is≤2.4In是否成立；当Is＞2.4In时，进入第六步；当Is≤2.4In时，进入第十四步。

第十四步，控制过程结束，第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11进入正常工作状态。

试启动阶段的控制可简述为：在试启动阶段，如果总的冲击电流Is≤2.4In＝12A，则继续对第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11通电2S后，再重新采样检测，如果检测的结果是总的冲击电流Is依然满足Is≤2.4In＝12A，则表示全启动过程结束，启动电流控制在总的额定电流的1.2倍以下，满足控制标准，第一PTC电加热器10与第二PTC电加热器11进入正常工作状态。如果2S后重新采样检测的结果是Is＞2.4In＝12A，就重复深度加热阶段的控制。

从上述的控制流程看，对于具有同样功率2200W的第一PTC电加热器10和第二PTC电加热器11，如果不采取任何控制手段直接启动时，冲击电流有19A左右；而采用本发明提供的技术方案，冲击电流可限制在12A之内，因此，相关开关元件的额定电流选型可大大降低，成本得到有效控制。

Claims

1.一种PTC电加热装置的控制方法，其特征是PTC电加热装置包括第一PTC电加热器（10）、第二PTC电加热器（11）、第一继电器（20）和第二继电器（21），

第一PTC电加热器（10）与第一继电器（20）串接后构成第一支路，

第二PTC电加热器（11）与第二继电器（21）串接后构成第二支路，

第一支路与第二支路并联后接入主回路，

电流互感器（5）用于检测主回路电流Is，并将该主回路电流Is传递到主芯片（3），

主芯片（3）根据该主回路电流Is与第一PTC电加热器（10）的额定工作电流In进行判断比较后，通过分别控制第一继电器（20）和第二继电器（21）的吸合与释放，分别决定第一支路和第二支路的通断；

第一PTC电加热器（10）与第二PTC电加热器（11）的规格相同；

控制方法包括以下步骤：

第一步，由主芯片（3）控制第一继电器（20）导通第一支路，第一PTC电加热器（10）通电工作10～30S后，通过电流互感器（5）检测主回路电流Is；

第二步，由主芯片（3）判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器（10）的额定工作电流In的1.2倍，即不等式Is≤1.2In是否成立；

当Is＞1.2In时，进入第一步；

当Is≤1.2In时，进入第三步；

第三步，由主芯片（3）控制第一继电器（20）断开第一支路，第一PTC电加热器（10）停止工作；

第四步，由主芯片（3）控制第二继电器（21）导通第二支路，第二PTC电加热器（11）通电工作10～30S，通过电流互感器（5）检测主回路电流Is，

第五步，由主芯片（3）判断主回路电流Is是否≤第二PTC电加热器（11）的额定工作电流In的1.2倍，即不等式Is≤1.2In是否成立；

当Is＞1.2In时，进入第四步；

当Is≤1.2In时，进入第六步；

第六步，由主芯片（3）控制第一继电器（20）导通第一支路，并且，主芯片（3）控制第二继电器（21）切断第二支路，第一PTC电加热器（10）通电工作5～15S后，通过电流互感器（5）检测主回路电流Is，

第七步，由主芯片（3）判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器（10）的额定工作电流In的1.1倍，即不等式Is≤1.1In是否成立；

当Is＞1.1In时，进入第六步；

当Is≤1.1In时，进入第八步；

第八步，由主芯片（3）控制第一继电器（20）断开第一支路，第一PTC电加热器（10）停止工作；

第九步，由主芯片（3）控制第二继电器（21）导通第二支路，第二PTC电加热器（11）通电工作5～15S，通过电流互感器（5）检测主回路电流Is，

第十步，由主芯片（3）判断主回路电流Is是否≤第二PTC电加热器（11）的额定工作电流In的1.1倍，即不等式Is≤1.1In是否成立；

当Is＞1.1In时，进入第九步；

当Is≤1.1In时，进入第十一步；

第十一步，由主芯片（3）同时控制第一继电器（20）导通第一支路、主芯片（3）控制第二继电器（21）导通第二支路，当第一PTC电加热器（10）和第二PTC电加热器（11）同时通电工作1～5S后，通过电流互感器（5）检测主回路电流Is，

第十二步，由主芯片（3）判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器（10）的额定工作电流In的2.4倍，即不等式Is≤2.4In是否成立；

当Is＞2.4In时，进入第六步；

当Is≤2.4In时，进入第十三步；

第十三步，第一PTC电加热器（10）和第二PTC电加热器（11）同时通电工作再次经过1～5S后，通过电流互感器（5）再次检测主回路电流Is，由主芯片（3）判断主回路电流Is是否≤第一PTC电加热器（10）的额定工作电流In的2.4倍，即不等式Is≤2.4In是否成立；当Is＞2.4In时，进入第六步；当Is≤2.4In时，进入第十四步；

第十四步，控制过程结束，第一PTC电加热器（10）与第二PTC电加热器（11）进入正常工作状态。