CN103995556B - 一种可连续调节功率的热负载及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电力设备测试领域，尤其涉及一种可连续调节功率的热负载及方法。在本发明中，该智能控制模块通过PWM控制端口输出一路占空比可变的PWM控制信号控制一个电热管的通断，实现功率0～W连续调节，智能控制模块通过开关控制端口控制其他N-1个电热管的通断，实现功率W～(N-1)*W调节，智能控制模块通过综合控制N个电热管，实现功率0～N*W连续调节，从而实现了连续调节热负载的功率。

Description

一种可连续调节功率的热负载及方法
技术领域
本发明属于电力设备测试领域，尤其涉及一种可连续调节功率的热负载及方法。
背景技术
UPS、备用发电机组、大型机房供电电源等交流电力设备和系统在生产建设的过程中需要经过大量严格的测试，来确保产品的合格性，并且在试用过程中要定期进行检测，保证达到要求的性能指标，交流负载是生产检测过程中必不可少的设备。在近年信息化飞速发展的时期，银行、通信、医疗、互联网等关键行业都已经在日常业务中深入采用了信息技术，并大量使用UPS、备用发电机组等设备来保障不间断的电源供应，确保业务的连续性和人民生命财产安全。因此，对这些设备在生产和使用过程中进行检测的热负载设备十分重要。
热负载的特点是大功率阻性负载。在大型UPS、备用发电机组的测试中，功率要求从几十千瓦到几百千瓦，输入电压包括直流和交流。
目前大功率热负载主要采用的功率器件是由合金电阻丝材料制成的电热管，在邮电部YDT/1095附录A中所示的负载原理图中采用的是可调电阻，但是没有合适的可调电阻能够满足交流负载所需达到的功率耗散指标。
现有技术1提出了一种负载可调的交流负载，利用MOS管、IBGT、晶体管等功率器件实现功率连续可调。由于功率MOS管的耗散功率有限，只有几十W，远远不能满足具体的使用要求，为了能够达到使用的要求，需要多个模块的并联。使用功率器件必须将产生的大量热能及时散发出去，否则将造成功率器件损坏，在几十上百千瓦的交流负载设备中需要复杂的散热装置，导致设备体积大，成本高，可靠性低，应用不便，因此应用范围较小。
现有技术2提出了一种机架式热负载，采用PTC加热单元实现，根据PTC加热单元数量具有不同功率档位。
现有技术3提出了一种热负载，采用不同功率的电热管组合实现功率调节。采用加热单元组成的热负载受加热单元额定功率的限制，功率调节最小单元为加热单元的额定功率，不能实现功率连续调节，导致热负载精度过低，不能满足许多应用场景的要求。
以上现有技术均不能实现功率连续调节，导致热负载精度过低，不能满足许多应用场景的要求。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种可连续调节功率的热负载，旨在解决现有的热负载存在功率无法连续调节的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种可连续调节功率的热负载，所述可连续调节功率的热负载包括N条并联的电热支路和智能控制模块，所述每条电热支路分别与输入电源并联，所述每条电热支路包括一串联的电热管和继电器，所述继电器控制电热管的通断，所述N个继电器的控制端分别与所述智能控制模块的N个控制端口连接，所述智能控制模块的N个控制端口中包括1个PWM控制端口以及N-1个开关控制端口。
本发明实施例的另一目的在于提供一种基于上述的热负载的功率调节方法，所述功率调节方法包括如下步骤：
设定目标功率T，0≤T≤N*W，其中N为电热管数量，W为每个电热管的额定功率；
计算所述PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J；
输出占空比为J的PWM控制信号控制一电热管通断；
所述N-1个开关控制端口输出开关控制信号分别控制N-1个电热管通断。
在本发明实施例中，该智能控制模块通过PWM控制端口输出一路占空比可变的PWM控制信号控制一个电热管的通断，实现功率0～W连续调节，智能控制模块通过开关控制端口控制其他N-1个电热管的通断，实现功率W～(N-1)*W调节，智能控制模块通过综合控制N个电热管，实现功率0～N*W连续调节，从而实现了连续调节热负载的功率。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的可连续调节功率的热负载的结构图；
图2是本发明第一实施例提供的热负载功率调节方法的流程图；
图3是本发明第二实施例提供的热负载功率调节方法的流程图；
图4是本发明第二实施例提供的可连续调节功率的热负载的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明第一实施例提供的可连续调节功率的热负载的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
一种可连续调节功率的热负载，可连续调节功率的热负载包括N条并联的电热支路和智能控制模块1，每条电热支路分别与输入电源2并联，每条电热支路包括一串联的电热管3和继电器4，继电器4控制电热管3的通断，N个继电器4的控制端分别与智能控制模块1的N个控制端口连接，智能控制模块1的N个控制端口中包括1个PWM控制端口以及N-1个开关控制端口。
作为本发明一实施例，智能控制模块1采用控制器。其中，控制器包括单片机、PLD、PLC等。
作为本发明一实施例，每个电热管3的额定功率W相同。
图2示出了本发明第一实施例提供的热负载功率调节方法的流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
一种基于上述的热负载的功率调节方法，功率调节方法包括如下步骤：
步骤S1：设定目标功率T，0≤T≤N*W，其中N为电热管3数量，W为每个电热管3的额定功率；
步骤S2：计算PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J；
步骤S3：输出占空比为J的PWM控制信号控制一电热管3通断；
步骤S4：N-1个开关控制端口输出开关控制信号分别控制N-1个电热管3通断。
图3示出了本发明第二实施例提供的热负载功率调节方法的流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
作为本发明一实施例，步骤S2：计算PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J的具体步骤包括：
步骤S201：计算S＝T÷W，K取S的整数部分，其中，S为中间换算数值，K为输出导通控制信号的开关控制端口的数量；
步骤S202：计算PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J＝(T-K*W)÷W。
作为本发明一实施例，步骤S4：N-1个开关控制端口输出开关控制信号分别控制N-1个电热管3通断的具体步骤包括：
步骤S401：K个开关控制端口输出导通控制信号分别控制K个电热管3导通，(N-1-K)个开关控制端口输出关断控制信号分别控制(N-1-K)个电热管3关断。
下面以额定功率W＝1kw，N＝5，目标功率T＝2.5kw，智能控制模块1采用单片机为例说明热负载功率调节方法的流程，图4示出了本发明第二实施例提供的可连续调节功率的热负载的结构，可连续调节功率的热负载包括5条并联的电热支路和智能控制模块1，每条电热支路分别与输入电源2并联，每条电热支路包括一串联的电热管3和继电器4，继电器4控制电热管3的通断，5个继电器4的控制端分别与智能控制模块1的5个控制端口连接，智能控制模块1的5个控制端口中包括1个PWM控制端口PWM以及4个开关控制端口OUT1-OUT4。
热负载功率调节方法的具体流程如下：
第一步，设定目标功率为T＝2.5kw，0≤2.5kw≤5kw；
第二步，计算S＝T÷W＝2.5，K＝2取S的整数部分；
第三步，计算占空比J＝(T-K*W)÷W＝0.5；
第四步，单片机的PWM控制端口PWM输出占空比为0.5的PWM控制信号；
第五步，单片机的编号为1～2的开关控制端口OUT1和OUT2输出导通控制信号分别控制2个电热管导通；
第六步，单片机的编号为3～4的开关控制端口OUT3和OUT4输出关断控制信号分别控制2个电热管关断。
此时本实施例功率连续可调热负载功率即为目标功率2.5kw。
在本发明实施例中，该智能控制模块通过PWM控制端口输出一路占空比可变的PWM控制信号控制一个电热管的通断，实现功率0～W连续调节，智能控制模块通过开关控制端口控制其他N-1个电热管的通断，实现功率W～(N-1)*W调节，智能控制模块通过综合控制N个电热管，实现功率0～N*W连续调节，从而实现了连续调节热负载的功率。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可连续调节功率的热负载，其特征在于，所述可连续调节功率的热负载包括N条并联的电热支路和智能控制模块，所述每条电热支路分别与输入电源并联，所述每条电热支路包括一串联的电热管和继电器，所述继电器控制电热管的通断，所述N个继电器的控制端分别与所述智能控制模块的N个控制端口连接，所述智能控制模块的N个控制端口中包括1个PWM控制端口以及N-1个开关控制端口，所述智能控制模块采用控制器，控制器包括单片机、PLD、PLC；
所述智能控制模块通过PWM控制端口输出一路占空比可变的PWM控制信号控制一个电热管的通断，实现功率0～W连续调节，智能控制模块通过开关控制端口控制其他N-1个电热管的通断，实现功率W～(N-1)*W调节，智能控制模块通过综合控制N个电热管，实现功率0～N*W连续调节，从而实现了连续调节热负载的功率。
2.如权利要求1所述的可连续调节功率的热负载，其特征在于，所述每个电热管的额定功率W相同。
3.一种基于如权利要求1-2任一项所述的热负载的功率调节方法，其特征在于，所述功率调节方法包括如下步骤：
设定目标功率T，0≤T≤N*W，其中N为电热管数量，W为每个电热管的额定功率；
计算所述PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J；
输出占空比为J的PWM控制信号控制一电热管通断；
所述N-1个开关控制端口输出开关控制信号分别控制N-1个电热管通断。
4.如权利要求3所述的热负载的功率调节方法，其特征在于，所述计算PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J的具体步骤包括：
计算S＝T÷W，K取S的整数部分，其中，S为中间换算数值，K为输出导通控制信号的开关控制端口的数量；
计算PWM控制端口输出PWM控制信号的占空比J＝(T-K*W)÷W。
5.如权利要求4所述的热负载的功率调节方法，其特征在于，所述N-1个开关控制端口输出开关控制信号分别控制N-1个电热管通断的具体步骤包括：
K个开关控制端口输出导通控制信号分别控制K个电热管导通，(N-1-K)个开关控制端口输出关断控制信号分别控制(N-1-K)个电热管关断。
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