CN105826923B - 一种抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，发明涉及一种谐波电流控制方法。由于豆浆机的工作非常复杂，目前的功率调节方法无法满足豆浆机的工作需要。本发明包括以下步骤：进行有效电流计算；按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤8)；根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；根据判断结果，采用对应的功率调整方式；再次计算各次谐波电流值；判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤4)；输出控制方案。本技术方案通过多种功率调整方法配合使用，有效抑制谐波，改善谐波电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种谐波电流控制方法，尤其指一种抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法。
背景技术
豆浆机是一种工艺较为复杂的食品加工机械，其对食物进行加热和粉碎等一系列处理。在此过程中，需要对加热和粉碎的功率进行调整。通常使用可控硅作为功率控制器件，其电路结构如图1所示。
现有的几种功率调整方法有如下几种：
A、通断控制法。可控硅作为开关，将负载与交流电源接通几个整周波，然后再断开几个整周波，通过控制接通周波数与断开周波数的相对比值来达到调节负载所获得的平均电压。波形如图1(a)所示。
B、移相控制法(固定相位角)。可控硅在电源电压过零点延迟α相位角导通。通过调节一个整周期内可控硅导通的时间来调节负载所获得的平均电压。波形如图1(b)所示。
C、移相控制法(非固定相位角)可控硅在电源电压正半周过零点延迟α相位角导通，负半周延迟β相位角导通(α≠β)。波形如图1(c)所示。
在对功率调整的过程中，会产生大量谐波。豆浆机等小家电执行的谐波标准为GB17625.1-2012《电磁兼容限值低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》，该标准为强制标准。当功率比较小时，谐波一般不会超标，当功率大于800W时，就需要通过外加电抗器来解决谐波问题。功率越大，需加入的电抗器就越大，给安装、体积、重量上增加了不少的难度，成本上也会增加很多。
上述三种方法中，各种方法产生的谐波有各自的特点。
方法A通断控制法:会产生很大的低频次偶次谐波，高次偶次次谐波分量数值较低。
设电源电压为以M个电源电压周波为一个控制周期，其中前N个周波为导通段，后M-N个周波为关断段。在导通期间电源电流可表示为
经过傅里叶变换，得到第n次谐波电流为
从式中可以看出，当n＞M时，只要满足(k＝1,2,3,…且k≠N)，则该次谐波分量为零。例如，M＝3，N＝2，则n＝6、9、12等次谐波为零，相对于电源频率的谐波次数分别为2次、3次、4次；而对于M＝8，N＝6的情况，则n＝12、16、20等次谐波为零，相对于电源频率的谐波次数分别为3次、4次、5次。
通断控制法，高次谐波少，但是在电源频率附近会集中含量很高的谐波。
特殊情况，M＝2,N＝1时，会有很理想的谐波控制效果,波形如图1(a1)。
方法B移相控制法(固定相位角)：会产生很大的奇数次谐波，理论上偶数次谐波为零。当导通角为90゜时，产生的谐波最大。
设电源电压为经过傅里叶变换可计算出：
经过分析，移相控制法电源电流中仅含基数次谐波，偶数次谐波为零；在α＝90°附近，各次谐波有效值最大。如图1(b1)所示的电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量。
方法C移相控制法(非固定相位角)：奇数次谐波谐波分量小，偶数次谐波分量大。在2，4，6次容易不合格。
另外，对于B、C两种方法，不同导通角时，谐波数值也不一样，并且带来功率因素。
由于豆浆机的工作非常复杂，其功率需要根据需要进行调节，以上几种方法单独使用无法满足豆浆机的工作需要，其调节的过程中易产生谐波电流的骚扰，影响豆浆机的电器件的寿命及工作可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，以达到抑制谐波的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法包括以下步骤：
1)根据额定功率进行有效电流计算；
2)按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；
3)将计算获得的各次谐波电流值与国标限值相比较，得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤8)；
4)根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
5)根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当奇数次超标多于偶数次超标时，增加非固定相位角功率调整方式或通断控制功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
6)再次计算各次谐波电流值；
7)判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤4)；
8)输出控制方案。
本技术方案适用于纯阻性负载或阻感负载，其综合了多种功率调整的长处，通过多种功率调整方法配合使用，有效抑制谐波，改善谐波电流；有利于减小电抗器体积，降低成本，有利于安装，减轻整机重量，且在功率不大的情况下，可省掉谐波电抗器。调节范围广，在电路全功率范围内可调。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
在输出控制方案前，将调整后的电流与步骤1)计算获得的有效电流进行比对，当比对结果超出设定范围时，对应增加或减少电流，并在重新计算各次谐波电流值后，返回至步骤3)。在输出方案前，将调整的电流与计算获得的计算电流比较，避免的功率偏差。
设定范围为有效电流的±10％区间。输出功率跟随电流变化，当电流过小或过大时，输出功率随之降低或增大，电流的变化影响加热温度、破碎率等,影响加工质量，加工食物稳定性降低。当电流过小，可能出现温度末到却开始打浆、打浆力度不够等的情况发生，不仅影响食物口感，还有可能影响刀具的寿命等。当电流过大，可能出现过烧、过糊等的情况发生，同样会出现食物品质变差及降低元器件寿命的情况。本技术方案设定调整后电流与有效电流相比的范围区间，保证加工后食物口感、品质等的稳定性。
增加或减少电流的方式包括触发时间的提前或退后、周波数的增加或减少。当需要电流增大时，可选择触发时间提前和/或周波数增加的方式。当需要电流减少时，可选择触发时间退后和/或周波数减少的方式。
在步骤2中，设定的控制方式为固定相位角功率调整方式。设定的控制方式采用固定相位角功率调整方式，计算量小，可以直接采用查表法，提高速度，降低对硬件的要求。
在步骤6)中，采用公式：
I1＝(I1_1+I2_1+……+In_1)/N,
I2＝(I1_2+I2_2+……+In_2)/N,
……，
Im＝(I1_m+I2_m+……+In_m)/N
计算各次谐波电流值，其中：10≤N≤20。N为调整周期，调整周期视设备进行调整。
在步骤5)中；当功率调节位于10％～90％之间且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用通断控制功率调整方式。当功率调节位于10％～90％之间时采用通断控制功率可以减少谐波的产生，调节更为快捷。
在步骤5)中；当功率调节小于10％且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用非固定相位角功率调整方式。当功率调节小于10％时采用非固定相位角功率调整方式可以减少谐波的产生，调节更为稳、准、快。
在步骤5)中；当功率调节大于90％且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用非固定相位角功率调整方式。当功率调节大于90％时采用非固定相位角功率调整方式可以减少谐波的产生，调节更为稳、准快。
当额定功率位于700-2000W时，根据额定功率进行有效电流计算；否则直接结束，不再进行后续的步骤。当额定功率超过2000W时，直接结束，提高工作的效率，以避免因无效的调节而浪费时间。
有益效果：
1本技术方案综合了多种功率调整的长处，通过多种功率调整方法配合使用，有效抑制谐波，改善谐波电流。
2有利于减小电抗器体积，降低成本，有利于安装，减轻整机重量，且在功率不大的情况下，可省掉谐波电抗器。
3调节范围广，在电路全功率范围内可调。
4在输出方案前，将调整的电流与计算获得的计算电流比较，避免的功率偏差。
5本技术方案设定调整后电流与有效电流相比的范围区间，保证加工后食物口感、品质等的稳定性。
6本技术方案可以减少谐波的产生，调节更为稳、准、快。
附图说明
图1是现有豆浆机常用功率控制电路结构原理图。
图1(a)通断控制法调节波形图。
图1(a1)通过通断控制法调节的理想谐波图。
图1(b)移相控制法(固定相位角)调节波形图。
图1(b1)通过移相控制法(固定相位角)调节的电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量图。
图1(c)移相控制法(非固定相位角)调节波形图。
图2是本发明第一种流程图。
图3是本发明第二种流程图。
图4是本发明第三种流程图。
图5是本发明第四种流程图。
图6是本发明第五种流程图。
图7实现50％功率的调制方案。
图8是10A电流时，经本发明迭控制后谐波实测图。
图9是不经处理的谐波测试图。
图10实现75％功率的调制方案。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例一：
如图2所示，本发明包括以下步骤：
S101：根据额定功率进行有效电流计算；
S102：按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；
S103：将计算获得的各次谐波电流值与国标限值相比较，得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤S108；
S104：根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
S105：根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当奇数次超标多于偶数次超标时，增加非固定相位角功率调整方式或通断控制功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
S106：再次计算各次谐波电流值；
S107：判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤S104；
S108：输出控制方案。
在本实施例中,设定的控制方式可为通断控制法、移相控制法(固定相位角)、移相控制法(非固定相位角)等，用于第一次的谐波电流值计算。
实施例二：
如图3所示，本发明包括以下步骤：
S201：根据额定功率进行有效电流计算；
S202：按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；
S203：将计算获得的各次谐波电流值与国标限值相比较，得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤8)；
S204：根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
S205：根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当奇数次超标多于偶数次超标时，增加非固定相位角功率调整方式或通断控制功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
S206：再次计算各次谐波电流值；
S207：判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤S204；
S208：将调整后的电流与步骤S201计算获得的有效电流进行比对，当比对结果超出设定范围时，对应增加或减少电流，并在重新计算各次谐波电流值后，返回至步骤S203；
S209：输出控制方案。
在本技术方案中，与实施例一相比，增加调整后的电流与计算获得的有效电流相比对的步骤，有效保证了产品加工的品质，提高稳定性。设定的范围可根据需要进行设定，对要求不高的场合设定的范围可放大，对要求高的场合减少设定的范围，在本实施例中，调整后的电流需要在有效电流的±10％区间。
其中增加或减少电流的方式包括触发时间的提前或退后、周波数的增加或减少。当需要电流增大时，可选择触发时间提前和/或周波数增加的方式。当需要电流减少时，可选择触发时间退后和/或周波数减少的方式。
实施例三：
如图4所示，本实施例包括以下步骤：
S301：根据额定功率进行有效电流计算；
S302：按固定相位角功率调整控制方式，计算各次谐波电流值；
S303：将计算获得的各次谐波电流值与国标限值相比较，得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤S308；
S304：根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
S305：根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当奇数次超标多于偶数次超标时，增加非固定相位角功率调整方式或通断控制功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
S306：根据公式：
I1＝(I1_1+I2_1+……+In_1)/N,
I2＝(I1_2+I2_2+……+In_2)/N,
……，
Im＝(I1_m+I2_m+……+In_m)/N
计算各次谐波电流值，其中：10≤N≤20；
S307：判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤S304；
S308：输出控制方案。
在本技术方案中，预先按固定相位角功率调整控制方式，计算各次谐波电流值。相位角功率调整方式，可通过查表法进行，提高计算的速度。
实施例四：
如图5所示，本发明包括以下步骤：
S401：根据额定功率进行有效电流计算；
S402：按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；
S403：将计算获得的各次谐波电流值与国标限值相比较，得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤S408；
S404：根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
S405：根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当功率调节位于10％～90％之间且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用通断控制功率调整方式；当功率调节小于10％且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用非固定相位角功率调整方式；当功率调节大于90％且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用非固定相位角功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
S406：再次计算各次谐波电流值；
S407：判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤S404；
S408：输出控制方案。
在本实施例中依功率的大小进行分段调整，使调整更为稳定、准确、快速。
实施例五：
如图6所示，本发明的步骤包括：
S501：当额定功率位于700-2000W时，进入下一步骤S502；否则直接结束，不再进行后续的步骤。
S502：根据额定功率进行有效电流计算；
S503：按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；
S504：将计算获得的各次谐波电流值与国标限值相比较，得到各超标的波次和幅度；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤S509；
S505：根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
S506：根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当奇数次超标多于偶数次超标时，增加非固定相位角功率调整方式或通断控制功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
S507：再次计算各次谐波电流值；
S508：判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤S505；
S509：输出控制方案。
与实施例一不同之处在于：增加预判流程：当额定功率位于700-2000W时，根据额定功率进行有效电流计算；否则直接结束，不再进行后续的步骤。有效提高处理速度，当额定功率小于700W时，产生谐波电流值超标的概率小，故可以不做调节，当额定功率大于2000W时，由于无法根据上述的调节方案使谐波电流值达标，故而在出现额定功率小于700W及大于2000W时，直接跳过之后的步骤，节约时间，提高处理效率。
举列一：
实现50％的功率调制方案，如图7所示，
第一个半波在8ms触发，第二个半波在2ms触发，第三个半波在5ms触发，5ms触发
第五、六各半波不导通，第七、八个半波全导通。如此这样，在20个半波范围内，均衡了各次谐波分量的值，测试时，降低的各次谐波的平均值。
如图8所示，为在10A电流时，谐波实测图,在此条件下，只需较小的电抗器即可解决谐波问题。
作为对比，不用这种方式，在固定5ms位置触发时，谐波测试如图9所示，。可见，采用本技术方案后改善效果明显
举例二：实现75％功率的一种调制方案，如图10所示。
国标对各次谐波电流的限值如下表所示：
以上图2-6所示的一种抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据额定功率进行有效电流计算；
2)按设定的控制方式，计算各次谐波电流值；
3)将计算获得的各次谐波电流值与国际限制相比较，得到各超标的波次和幅值；若各次谐波电流值无超标，则直接跳至步骤8)；
4)根据各超标的波次和幅度，判断奇数次超标是否多于偶数次超标；
5)根据判断结果，采用对应的功率调整方式；当奇数次超标多于偶数次超标时，增加非固定相位角功率调整方式或通断控制功率调整方式；当偶数次超标多于奇数次超标时，增加固定相位角功率调整方式；
6)再次计算各次谐波电流值；
7)判断各次谐波是否达标，当各次谐波已达标时，进入下一步，否则回至步骤4)；
8)输出控制方案；
其中，所述额定功率不超过2000W。
2.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：在输出控制方案前，将调整后的电流与步骤1)计算获得的有效电流进行比对，当比对结果超出设定范围时，对应增加或减少电流，并在重新计算各次谐波电流值后，返回至步骤3)。
3.根据权利要求2所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：设定范围为有效电流的±10％区间。
4.根据权利要求2所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：增加或减少电流的方式包括触发时间的提前或推后、周波数的增加或减少。
5.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：在步骤2中，设定的控制方式为固定相位角功率调整方式。
6.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：在步骤6)中，采用公式：
I1＝(I1_1+I2_1+……+In_1)/N，
I2＝(I1_2+I2_2+……+In_2)/N，
……，
Im＝(I1_m+I2_m+……+In_m)/N
计算各次谐波电流值，其中：10≤N≤20。
7.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：在步骤5)中；当功率调节位于10％～90％之间且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用通断控制功率调整方式。
8.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：在步骤5)中；当功率调节小于10％且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用非固定相位角功率调整方式。
9.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：在步骤5)中；当功率调节大于90％且当奇数次超标多于偶数次超标时，采用非固定相位角功率调整方式。
10.根据权利要求1所述的一种食品加工机抑制可控硅调压电路谐波电流的控制方法，其特征在于：当额定功率位于700-2000W时，根据额定功率进行有效电流计算；否则直接结束，不再进行后续的步骤。
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