CN105373184B - 一种食品加工机的功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种食品加工机的功率控制方法，所述食品加工机包括负载以及控制电路，所述控制电路包括主控芯片以及控制开关，所述主控芯片通过驱动所述控制开关来控制所述负载工作，所述控制开关包括用于调节所述负载功率的可控硅，所述负载的额定电流，所述负载的额定电压为，所述负载的额定功率为P，其中，根据所述负载的额定功率以及负载的额定电流，确定所述主控芯片以N个交流半波为一个控制周期T对所述可控硅进行驱动。通过负载功率以及负载的稳定电流，以及需要满足的国标的谐波电流要求，从而得知使用可控硅控制负载工作时，不同负载功率需求下的可控硅控制方式，使得食品加工机的控制更加智能，并且控制的更加精确。

Description

一种食品加工机的功率控制方法

技术领域

本发明涉及家用厨房电器领域，尤其涉及一种食品加工机的功率控制方法。

背景技术

随着控制技术不断的发展，给人类生活带来了巨大变化，而且越来越智能化的家庭电器进入人们的生活，提升人们的生活水平。而这些智能化的家庭电器，之所以能够实现智能化是由于之智能化的控制，对于食品加工机来说，众所周知，现有的家用食品加工机一般都具有加热或者粉碎或者同时具有加热粉碎等功能。而为了更多智能化的对食品加工机控制，即让食品加工机能够更好的完成对食物原料的加工，而在此智能化的过程中，加热以及粉碎的功率不可避免是控制过程中的一个重要指标。而可控硅作为一种功率调节的期间，被广泛的应用于食品加工机。

现代技术中，可控硅调节功率的方式主要有以下两种：掉波控制方式和斩波控制方式。虽然两种方式都可以可控硅控制的负载功率进行调整，但是均存在一定的问题。

因为一般食品加工机在工作过程中，其工作电流波形相对正弦交流电流的畸变越大，谐波电流越大。而斩波控制方式会导致产品工作电流出现很大畸变，谐波电流很大。所以为了降低产品谐波电流，很多产品选择掉波控制方式，因为掉波控制方式不会导致交流半波畸变，谐波电流很小。但掉波控制方式无法实现负载的无级调功率和调速，只能实现少数几个档位的功率和转速控制。而且当功率很小时会出现电压闪烁问题。

另外，谐波电流的大小不止与工作电流波形相对正弦交流电流的畸变有关，也和负载的工作电流有关，负载工作电流越大，畸变电流越大，谐波电流也更大。所以现有很多产品在大电流负载控制时，使用掉波控制方式，降低谐波电流；而小电流负载控制时，使用斩波控制，同时增加滤波模块，降低谐波电流骚扰。虽然在一定程度上可以满足需求，随着食品加工机智能化品质要求越来越高，以豆浆机为例，加热负载和高速电机的负载电流都很大，如果单纯以掉波控制方式驱动，电机转速和加热功率档位少，不能针对不同物料调整合适的功率和转速，无法满足顾客对产品智能化的高品质要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能满足功率调节需求，又能抑制谐波电流的食品加工机的功率控制方法。

为了解决以上技术问题，本发明一种食品加工机的功率控制方法，所述食品加工机包括负载以及控制电路，所述控制电路包括主控芯片以及控制开关，所述主控芯片通过驱动所述控制开关来控制所述负载工作，所述控制开关包括用于调节所述负载功率的可控硅，所述负载的额定电流I₀，所述负载的额定电压为U₀，所述负载的额定功率为P，其中，根据所述负载的额定功率以及负载的额定电流，确定所述主控芯片以N个交流半波为一个控制周期T对所述可控硅进行驱动，在一个控制周期T内，N个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，η₄P，…，η_NP，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P+η₄P+…+η_NP)/N。

优选的，所述主控芯片以斩波模式驱动所述可控硅，在一个控制周期T内交流半波的斩波角的取值范围为[0,θ],[π-θ，π]，则对应的交流半波导通部分面积与整个交流半波面积的比值η_N的取值范围为[0,η],[1-η，1]。

优选的，所述主控芯片根据谐波电流不超过相应标准要求，计算得出相应斩波相位角的值临界值θ。

优选的，所述主控芯片根据η的取值范围确定一个控制周期T内的交流半波个数N。

优选的，若η≥1/2时，N＝1；若1/2＞η≥1/3时，N＝2；若N＝3；若N＝4。

优选的，所述主控芯片以四个交流半波为一个控制周期T对可控硅进行驱动。

优选的，所述主控芯片根据交流半波个数N，以及食品加工机需求的功率P₀与P的关系确定η_N。

优选的，所述主控芯片根据所述负载的额定电流I₀，额定电压为U₀，负载的额定功率为P，以及负载工作所需功率P₀，计算出一个控制周期T内相应半波个数N以及每个交流半波的所对应的功率η_NP。

优选的，所述主控芯片内预设有对应负载工作所需功率P₀的控制周期T内的半波个数N以及每个交流半波所对应的功率η_NP。

通过负载功率以及负载的稳定电流，以及需要满足的国标的谐波电流要求，从而得知使用可控硅控制负载工作时，交流半波的斩波角范围。据此获知在不同负载功率需求下的可控硅控制方式，使得食品加工机的控制更加智能，并且控制的更加精确。

通过限定可控硅控制以四个交流半波为一个控制周期T，然后根据相应的要求对各斩波角进行控制，避免交流半波周期长，从而导致控制频率变低，最终避免出现电压闪烁等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1是本发明一种食品加工机的功率控制方法的负载电路示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明一种食品加工机的功率控制方法，所述食品加工机包括负载以及控制电路，所述控制电路包括主控芯片以及控制开关，所述主控芯片通过驱动所述控制开关来控制所述负载工作，所述控制开关包括用于调节所述负载功率的可控硅，所述负载的额定电流I₀，所述负载的额定电压为U₀，所述负载的额定功率为P，其中，根据所述负载的额定功率以及负载的额定电流，确定所述主控芯片以N个交流半波为一个控制周期T对所述可控硅进行驱动，在一个控制周期T内，N个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，η₄P，…，η_NP，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P+η₄P+…+η_NP)/N。

如图1所示，在本实施例中，所述负载包括加热装置RG，所述主控芯片MCU通过驱动电路控制触发所述可控硅TR1，所述驱动电路包括电阻R1、三极管Q1、以及电阻R2、电容C1，所述三极管Q1的基极通过限流电阻R1电连接所述主控芯片MCU，所述三极管Q1的集电极通过电阻R2电连接所述可控硅TR1的控制端G，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极和发射极之间并联电容C1，所述可控硅TR1的T1端连接市电电源的火线L，所述可控硅TR1的T2端连接所述解热装置RG的一端，所述加热装置RG的另一端电连接市电电源的零线N。

在本实施例中，所述主控芯片根据所述负载的额定功率以及负载的额定电流，确定所述主控芯片以N个交流半波为一个控制周期T对所述可控硅进行驱动，在一个控制周期T内，N个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，η₄P，…，η_NP，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P+η₄P+…+η_NP)/N。所述主控芯片以斩波模式驱动所述可控硅，在一个控制周期T内交流半波的斩波角的取值范围为[0,θ],[π-θ，π]，则对应的交流半波导通部分面积与整个交流半波面积的比值η_N的取值范围为[0,η],[1-η，1]。

根据负载电流确定θ,所述负载电流为：

I₀＝U₀/R

第n次谐波电流为：

负载额定电流I₀，额定电压U₀已知，不同食品加工机的谐波限值国标GB17625.1已给出，已知不同斩波相位角θ时n次谐波计算方法，则可计算出给定I₀，U₀条件下，谐波电流不超过GB17625.1要求的斩波相位角θ取值临界值。

在本实施例中，若η≥1/2时，N＝1；若1/2＞η≥1/3时，N＝2；若1/3>η≥1/4，N＝3；若1/4>η，N＝4。

当N＝2时，在一个控制周期T内，两个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P)/2，

当P>P₀>(1-η)P时：

当时：η₁＝1，

当时：η₁＝0，

当ηP>P₀时：

当N＝3时，在一个控制周期T内，三个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P)/3，

当P>P₀≥(1-η)P时：

当时：

如果η₁＝η₂＝1，

如果η₁＝1，η₂＝1-η，

如果

η₁＝1-η，η₂＝1-η，

当时：

η₁＝1，

当时：

η₁＝1-η，

当ηP≥P₀时：

当N＝4时，在一个控制周期T内，四个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，η₄P，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P+η₄P)/4，

当P>P₀≥(1-η)P时：

当时：

如果η₁＝η₂＝η₃＝1，

如果η₁＝η₂＝1，η₃＝1-η，

如果

η₁＝1，η₂＝η₃＝1-η，

如果

η₁＝η₂＝η₃＝1-η，

当时：η₁＝1，η₃＝1，

当时：η₁＝0，η₃＝0，

当时：η₁＝1-η，

当ηP≥P₀时：

本实施例中，以豆浆机为例，其额定电压220V，加热装置的额定功率1000W，额定电流取5A(取偏大值满足高电压应用要求)，则斩波相位角θ取值临界值为54°，即相位角的取值范围为【0，54°】或【126°，180°】。本实施例以额定电流5A为例，但本技术方案同样适用其他电流条件。斩波相位角θ取值确定方法与本实施例相同。

负载电流计算出相位角的取值范围θ＝54°，则斩波角a，b，c，d的取值范围为【0，54°】或【126°，180°】；

已知θ＝54°，则因此N＝4，所述主控芯片以4个交流半波为一个控制周期T对所述可控硅进行驱动。据此，在不同的功率需求下，主控芯片按此对可控硅进行控制：

当P>P₀≥(1-η)P时，比如P₀＝800W，1000W>800W≥800W：

当时，即800W>P₀>600W：

如果即P₀≥750W,比如P₀＝750W：

η₁＝1，η₂＝1，η₃＝1，

如果即750W>P₀≥700W,比如P₀＝700W：

η₁＝1，η₂＝1，η₃＝0.8，

如果即700W>P₀≥650W,比如P₀＝650W：

η₁＝1，η₂＝0.8，η₃＝0.8，

如果即650W>P₀≥600W,比如P₀＝600W：

η₁＝0.8，η₂＝0.8，η₃＝0.8，

当时，即600W>P₀≥500W,比如P₀＝500W：

η₁＝1，η₃＝1，

当时，即500W>P₀≥400W,比如P₀＝400W：

η₁＝0，η₃＝0，

当时，即400W>P₀≥200W,比如P₀＝200W：

η₁＝1-η＝0.8，

当ηP≥P₀时，即200W≥P₀,比如P₀＝100W：

实施例2：

本实施例与上述实施例的区别，所述主控芯片直接以四个交流半波为一个控制周期T对可控硅进行驱动，在一个控制周期T内，四个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，η₄P，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P+η₄P)/4。其中，对于斩波相位角θ取值确定方法与上述本实施例相同。

若

当P>P₀>(1-η)P时：

当时：η₁＝1，η₃＝1，当时：η₁＝0，η₃＝0，

当ηP>P₀时：

若

当P>P₀≥(1-η)P时：

当时：

如果η₁＝η₂＝η₃＝1，

如果η₁＝η₂＝1，η₃＝1-η，

如果η₁＝1，η₂＝η₃＝1-η，

如果时：η₁＝η₂＝η₃＝1-η，

当时，η₁＝1，η₃＝1，

当时：η₁＝0，η₃＝0，

当时：η₁＝1-η，

当ηP≥P₀时：

以豆浆机为例，负载电流计算出相位角的取值范围θ＝75°，则斩波角的取值范围为【0，75°】或【105°，180°】。

已知θ＝75°，则η₁，η₂，η₃，η₄取值范围为[0,0.37],[0.63，1]。

因为则按以下方法取值(设负载额定功率为1000W)：

当P>P₀>(1-η)P时,即1000W>P₀≥630W,比如P₀＝700W：

当时,即630W>P₀≥500W,比如P₀＝600W：

η₁＝1，η₃＝1，当时,即500W>P₀≥370W,比如P₀＝400W：

η₁＝0，η₃＝0，

当ηP>P₀时,即370W>P₀,比如P₀＝300W：

在本实施例中，若η＝1/4时，与出现重合，此时，η₁＝1，η₂＝η₃＝1-η，

通过负载功率以及负载的稳定电流，以及需要满足的国标的谐波电流要求，从而得知使用可控硅控制负载工作时，交流半波的斩波角范围。据此获知在不同负载功率需求下的可控硅控制方式，使得食品加工机的控制更加智能，并且控制的更加精确。

通过限定可控硅控制以四个交流半波为一个控制周期T，然后根据相应的要求对各斩波角进行控制，避免交流半波周期长，从而导致控制频率变低，最终避免出现电压闪烁等问题。

在本发明中，所述主控芯片根据所述负载的额定电流I₀，额定电压为U₀，负载的额定功率为P，以及负载工作所需功率P₀，计算出一个控制周期T内相应半波个数N以及每个半波的所对应的功率；或者所述主控芯片内预设有对应负载工作所需功率P₀的控制周期T内的半波个数N以及每个半波所对应的功率。

需要强调的是，本发明的保护范围包含但不限于上述具体实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该被视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种食品加工机的功率控制方法，所述食品加工机包括负载以及控制电路，所述控制电路包括主控芯片以及控制开关，所述主控芯片通过驱动所述控制开关来控制所述负载工作，所述控制开关包括用于调节所述负载功率的可控硅，所述负载的额定电流I₀，所述负载的额定电压为U₀，所述负载的额定功率为P，其特征在于，根据所述负载的额定功率以及负载的额定电流，确定所述主控芯片以N个交流半波为一个控制周期T对所述可控硅进行驱动，在一个控制周期T内，N个交流半波的功率分别为η₁P，η₂P，η₃P，η₄P，…，η_NP，所述负载的功率为P₀＝(η₁P+η₂P+η₃P+η₄P+…+η_NP)/N，其中η_N为对应的交流半波导通部分面积与整个交流半波面积的比值。

2.根据权利要求1所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片以斩波模式驱动所述可控硅，在一个控制周期T内交流半波的斩波角的取值范围为[0,θ],[π-θ，π]，则对应的交流半波导通部分面积与整个交流半波面积的比值η_N的取值范围为[0,η],[1-η，1]，其中θ为对应斩波相位角的值临界值。

3.根据权利要求2所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片根据谐波电流不超过相应标准要求，计算得出相应斩波相位角的值临界值θ。

4.根据权利要求2所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片根据η的取值范围确定一个控制周期T内的交流半波个数N。

5.根据权利要求4所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，若η≥1/2时，N＝1；若1/2＞η≥1/3时，N＝2；若N＝3；若N＝4。

6.根据权利要求2所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片以四个交流半波为一个控制周期T对可控硅进行驱动。

7.根据权利要求4或6任一项所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片根据交流半波个数N，以及食品加工机需求的功率P₀与P的关系确定η_N。

8.根据权利要求1所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片根据所述负载的额定电流I₀，额定电压为U₀，负载的额定功率为P，以及负载工作所需功率P₀，计算出一个控制周期T内相应半波个数N以及每个交流半波的所对应的功率η_NP。

9.根据权利要求1所述的一种食品加工机的功率控制方法，其特征在于，所述主控芯片内预设有对应负载工作所需功率P₀的控制周期T内的半波个数N以及每个交流半波所对应的功率η_NP。