CN104764301A - 一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波功率控制系统，通过反馈控制电路调节磁控管谐振腔极板的电压，从而实现了微波输出功率的连续线性可调。该系统主要包括独立磁控管灯丝供电、电压-功率非线性校正以及反馈控制的磁控管谐振腔供电电路等3部分构成。系统根据所需功率密度通过电压-功率非线性曲线校正输出控制电压V_c，作为反馈控制的参考信号。参考信号与反馈信号比较，控制伺服电动机动作，带动电刷滑动，改变自耦变压器输出电压，再经过升压变压器为磁控管的谐振腔供电，从而控制磁控管的输出不同功率的微波。该系统可在微波干燥中为被干燥物品提供连续可变的能量输入，大大提高干燥设备的适用性。

Description

一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统

技术领域

本发明涉及一种微波功率控制系统，特别是涉及一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统。

背景技术

日常生活中人们常常使用微波炉加热、烹调和解冻食品，同时微波还有食具消毒杀菌、物品防蛀防霉、食物干燥脱水等诸多功能，用途十分宽广。传统家用微波炉的微波输出调节系统主要是在磁控管的微波输出功率一定的情况下，通过改变磁控管接通和断开电源时间的比例，来改变一段时间内的平均功率。例如，要得到额定功率一半的微波输出功率，就可以控制电源通断时间比为1:1。适当的控制磁控管工作时间和停止时间的比例，就可得到其他数值的平均功率输出。

专利(200920253620.0)公开了一种输出功率连续线性可调的小型微波干燥实验控制装置，通过倍压电路改变磁控管阴极高压，来改变其微波功率输出；专利(200520032775.3)公开了一种功率连续可调微波炉，采用并联电容器的方法来调整微波炉中磁控管高压电源电路的总电容量，对输出微波功率进行调节；专利(97220907.7)公开了一种连续功率可调式微波炉，通过三极管限流调压来控制微波的输出功率；专利(98123503.4)公开了一种数字控制功率连续可调微波炉，用一块智能调压电路板控制腔电压变压器的初级输入电压，从而使微波炉功率连续可调。目前功率可调微波系统普遍存在3个问题：灯丝和谐振腔极板共用一个变压器供电，在减少阳极变压器输出电压的同时，灯丝电压也会随之减少，容易使灯丝温度过低引起的“中毒”现象；通过晶闸管等改变输入电压的方法，一方面由于变压器的漏磁电感造成电流相位滞后容易发生失控，另一方面由于波形不完整会引入大量高频分量造成微波炉工作时抖动；不具备反馈控制的供电系统，在电网发生波动时会导致微波炉输出功率的不稳定。

鉴于以上原因，本发明提出了一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统，通过独立的灯丝供电保证磁控管灯丝能正常发射电子，通过非线性校正保证控制信号与输出功率的线性关系，通过反馈来消除电网波动对输出功率的影响，通过自耦变压器调压保证输入电压波形不发生畸变，避免高频分量引发的变压器抖动。与现有技术相比，本发明能够达到线性输出要求，方便线性调节，电路简单，效果好，稳定性佳。便于整个干燥过程中的自动控制，大大提高了干燥过程中的品质。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述改进方法的不足和出现的一系列问题，提出了一种新的输出功率连续线性可调的微波干燥系统。

为了实现上述目的，输出功率连续线性可调的微波干燥系统由磁控管灯丝供电电路、电压-功率非线性校正以及带反馈控制的磁控管谐振腔供电电路3部分构成。

上述磁控管灯丝供电电路，由独立的灯丝变压器在输出端连接高压电容为灯丝供电，将磁控管中的灯丝和谐振腔极板分开供电，可防止在输出低功率时降低磁控管谐振腔极板电压引起的灯丝电压过低，避免灯丝温度过低引起的“中毒”现象。独立的灯丝变压器将市用的220V交流电降压到3.3V，为灯丝单独供电，使灯丝有持续的加热电压，保持灯丝的热度，便于激发电子，产生电磁场。

上述电压-功率非线性校正，通过构建V_c＝f(P)函数，根据加热过程中所需的微波功率密度对输入的控制信号V_c进行非线性校正，并将此信号送入反馈控制电路。

上述带反馈控制的磁控管谐振腔供电电路，由电压变送器、两个比较器、两个电磁继电器、伺服电动机组成，为具有反馈调节功能且波形不发生畸变的可调供电系统。首先系统通过电压变送器将自耦变压器输出0-300V的交流电线性转换成0-5V直流的弱电反馈信号，将该反馈信号和经过非线性校正后0-5V的控制信号同时送入双比较器控制电路，通过高速电压比较器LM319的比较运算控制电路中电磁继电器的动作，双比较器控制的两个电磁继电器动作实现伺服电机输入的正负极调换，控制伺服电动机的正反运转。伺服电动机的运转带动自耦变压器的电刷滑动，改变了自耦线圈的输入和输出的匝数比，改变了自耦变压器的输出电压，这个变化的输出电压经过升压变压器的升压后再经过二极管和电容的整流电路输出能够使谐振腔激发电子的工作电压，进而产生具有不同强度的电磁场，实现输出功率的连续线性可调。

附图说明

图1输出功率连续线性可调的微波干燥系统总图

图2输出功率连续线性可调的微波干燥系统反馈控制部分的详图

图2中：1.自耦变压器的输出交流电压信号；2.设定的V_c控制信号；3.电压变送器；4.比较器1；5.比较器2；6.电磁继电器1；7.电磁继电器2；8.伺服电动机

图3输出功率连续线性可调的微波干燥系统的工作流程图

图4输出功率连续线性可调的微波干燥系统电压-功率非线性修正曲线图

具体实施方式

下面结合附图更进一步说明：

在系统正式开始之前，首先需要需通过实验将一定量已知热容的可微波加热材料(如水)放进输出功率连续线性可调的微波干燥系统中，通过测量加热过程中水实际变化的温升，利用热能定理、能量守恒定理和微波炉固有的功率损耗率算出固定时间段内微波炉的功率，绘制出控制电压V_c与微波炉输出功率P之间的关系图(附图4即为V-P曲线图)，最后通过多项式拟合得到校正函数V_c＝f(P)。

按照系统工作流程图3，在系统执行前期根据加热过程中所需的微波功率密度对输入的控制信号V_c进行非线性校正，输出控制信号V_c(2)，将此信号送入比较器1(4)的“-”输入端和比较器2(5)的“+”输入端，作为比较器中的设定参考信号。

系统执行中期，电压变送器(3)先将自耦变压器的输出电压(1)线性转换成弱电信号，反馈到比较器1(4)的“+”输入端和比较器2(5)的“-”输入端，作为比较器的实际反馈信号。然后比较器1(4)和比较器2(5)对设定的参考信号和实际反馈信号进行比较操作输出低高频控制信号，控制电磁继电器1(6)和电磁继电器2(7)的得电和失电动作。控制电流从伺服电动机(8)“+”输入“-”输出，实现了伺服电动机(8)的正转。如果设定参考信号和实际反馈信号大小相反，电磁继电器1(6)和电磁继电器2(7)会有相反的得电和失电动作，这时电流将会从伺服电动机(8)的“-”输入“+”输出，从而实现了伺服电动机(8)的反转。伺服电动机(8)又带动自耦变压器的电刷滑动，改变了自耦线圈的输入输出的匝数比，进而自耦变压器输出变动电压。这一时期的系统能够稳定准确的输出电压，假如电网输入电压波动，导致自耦变压器输入电压改变，输出电压也会随之改变。而此时的电压变送器(3)将自耦变压器的输出电压反馈到比较器1(4)的“+”输入端和比较器2(5)的“-”输入端，和设定参考信号比较，驱动伺服电动机(8)正反转，带动电刷滑动，最终改变自耦变压器的输出电压，消除了电网波动影响。而且经自耦变压器输入到升压变压器的交流电是完整的正弦波，没有引入高频分量。

到系统执行后期，自耦变压器输出的电压经过升压变压器升压，升压后经过二极管和电容的整流电路输入到磁控管的谐振腔的极板。而灯丝在系统开始执行时就通过独立的灯丝变压器把市用220V的交流电转换成灯丝加热用的3.3V。最后持续加热的灯丝随着谐振腔的电压变化，不断的激发出电子，产生了不同能量的电磁波。

Claims (4)

1.一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统，其特征在于系统由磁控管灯丝供电电路、电压-功率非线性校正以及带反馈控制的磁控管谐振腔供电电路3部分构成；该系统通过独立的灯丝变压器为磁控管的灯丝提供3.3V的工作电压；根据所需的功率密度通过V_c＝f(P)非线性校正输出控制电压V_c,并将控制电压V_c作为参考信号输入反馈控制电路；自耦变压器的输出电压经电压变送器反馈与参考信号比较，控制伺服电动机动作，带动电刷滑动，改变自耦变压器输出电压，再经过升压变压器为磁控管的谐振腔供电，从而实现了输出功率的连续线性可调。

2.按照权利要求1所述的磁控管灯丝供电电路，其特征在于磁控管的灯丝与谐振腔极板分开供电，利用独立的灯丝变压器将市用220V交流电转换成3.3V，为灯丝提供持续加热用的工作电压。

3.按照权利要求1所述的电压-功率非线性校正，其特征在于在前端计算机软件中，根据加热所需的微波功率密度，通过构建V_c＝f(P)函数校正，获得控制电压V_c作为参考信号。

4.按照权利要求1所述的带反馈控制的磁控管谐振腔供电电路，其特征在于其为由电压变送器、两个比较器、两个电磁继电器、伺服电动机组成的具有反馈调节功能的供电系统；该系统将自耦变压器的输出电压经电压变送器转换成反馈信号，将该反馈信号和控制电压信号同时送入双比较器电路，从而控制两个继电器各自动作，实现伺服电动机的正反转，带动电刷达到改变输出电压的目的。