CN109933115A - 一种热流道三相电多通道电压控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热流道三相电多通道电压控制系统，所述系统包括三相电输入端、三相电输入保护电路、三相电过零检测电路、多路可控硅输出控制电路、输出电流采集检测电路、输出电压采集检测电路、加热圈开路/短路检测电路、MCU核心电路、CAN通讯电路；所述三相电输入保护电路连接三相电输入端；所述三相电输入保护电路连接多路可控硅输出控制电路以及三相电过零检测电路；所述三相电过零检测电路连接所述MCU核心电路，可将检测结果发送至MCU核心电路；所述MUC核心电路连接多路可控硅输出控制电路，将输出参数发送至所述可控硅输出控制电路；所述可控硅输出控制电路连接加热圈负载。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压控制方法及系统，特别涉及一种用于工业注塑模具领域的智能热流道温度控制中的电压控制。
背景技术
目前的电压控制器多为单相电供电单通道输出恒定电压，设计简单，多使用按键进行设置控制，各控制器之间独立工作，使用中接入工业三相电的某一相来获取电源。
这种方式一是在工业应用环境中，由于使用中接入工业三相电的某一相来获取电源，因此很难实现三相电的各相接入功率平均分配，尤其对于大型工厂当数量过多，容易造成三相电各相电压之间有大压差从而导致线路过热老化或对其他设备造成影响；二是无相应保护功能，没有高压输出端电流或电压检测，也无法检测负载加热线圈是否开路或短路，容易造成一些意外事故；三是没有通信接口，无法做到集中控制和监控。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明基于上述的缺陷提出一种使用三相电供电输入，多路电压控制电路分别对应三相电各相电压由一个（MCU）实现对电压控制电路所接负载进行电压调节控制，从而实现各相功率均衡，并在每路电压输出端加入电流、电压检测电路以实现电流和功率控制，并对每路负载加热线圈加入开路、短路检测电路以提供安全保护的带CAN通讯的控制方法。
本发明具体的技术方案如下：
热流道三相电多通道电压控制系统，所述系统包括三相电输入端、三相电输入保护电路、三相电过零检测电路、多路可控硅输出控制电路、输出电流采集检测电路、输出电压采集检测电路、加热圈开路/短路检测电路、MCU核心电路、CAN通讯电路；
所述三相电输入保护电路连接三相电输入端；
所述三相电输入保护电路连接多路可控硅输出控制电路以及三相电过零检测电路；
所述三相电过零检测电路连接所述MCU核心电路，可将检测结果发送至MCU核心电路；
所述MUC核心电路连接多路可控硅输出控制电路，将输出参数发送至所述可控硅输出控制电路；所述可控硅输出控制电路连接加热圈负载；
输出电流采集检测电路、输出电压采集检测电路、加热圈开路/短路检测电路设置在所述可控硅输出控制电路和加热圈负载之间，可将检测结果发送至所述MCU核心电路；
所述MCU核心电路连接所述CAN通讯电路。
进一步地，三相电输入保护电路2用于对输入的电源进行限流保护，防止后级短路造成板卡烧坏或对其他设备造成影响，经过其之后将电压传入三相电过零检测电路和多路可控硅输出控制电路。
进一步地，三相电过零检测电路3通过检测三相电各相的过零点，从而为后续MCU对多路可控硅输出控制电路实现不同导通时间的移相控制提供时间基准点。
进一步地，多路可控硅输出控制电路4通过改变各相中可控硅的导通角实现移相控制各相中每个正弦波半波的导通时间实现对负载输出电压进行电压调节控制，也可以根据电流和电压采集值通过MCU运算处理进行恒流/恒功率控制，这样可以实现三相电各相功率均衡。
进一步地，输出电流采集检测电路5将各路输出负载电流通过电流互感器经运放做信号处理转为电压值经MCU自带ADC转换计算获取；输出电压采集检测电路将各路输出负载电压通过电压互感器经运放做信号处理经MCU自带ADC转换计算获取；加热圈开路/短路检测电路通过对负载电压的获取计算比较从而判断加热圈开路、短路检测。
进一步地，MCU核心电路8根据电压、电流采集值，通过反馈判断设定电压与实际电压之间的偏差来调节可控硅在过零位置后的导通时延，从而实现恒压/恒流/恒功率的控制。
进一步地，MCU核心电路可接受电流、电压反馈，对某一相的电压调节做出计算，将计算结果发送至多路可控硅输出控制电路。
进一步地，CAN通讯电路9接收外部CAN主控器的控制命令，从而实现集中控制或者远程监控等功能。
使用上述系统对三相电的电压控制方法，所述方法包括：
对三相电的每相输出电压和电流进行检测；
在时间阈值T内计算每相的输出功及平均功率；
当所述每相输出电压和电流均在电压阈值和电流阈值范围内时：
若三项的输出功中某一相的输出功WA与其他两相的差值均超过功误差阈值，则转入到步骤一：
步骤一，计算所述其他两相的输出功W0，
计算所述某一相的输出功W1与平均值W0的差值Q=W0-W1;
预算输出功为A的该相在下一时间阈值T的输出功W=W0+Q= 2W0-W1和平均输出功率P=（2W0-W1）/T；
对该相电压进行单独调节，使其在下一时间阈值内达到平均输出功率从P1 =W1/T调整为P；使得在所述下一时间阈值T内，∫UIdt=（2W0-W1）；
若三项的输出功中任意两项的输出功均超过功误差阈值，则转入到步骤二：
步骤二，计算三相的输出功WA、WB、WC，其中WA<WB<WC，则以输出功为WB基准，调节A相和C相的电压；
计算A相路和C相路与所述输出功WB为的B相路差值，QA=WB-WA，QC=WB-WC；
预算A相路和C相路在下一时间阈值T内的输出功WA0= WB + QA = 2 WB - WA和平均输出功率P A0=（2 WB - WA）/T; WC0= WB + QC = 2 WB– WC和平均输出功率P C0=（2 WB– WC）/T;
对A相路和C相路的电压进行调节，使得A相路在下一时间阈值内的平均输出功率从PA=WA/T调整为P A0，输出功为∫UIdt=（2 WB–WA）;使得B相路在下一时间阈值内的平均输出功率从PB =WB/T调整为P B0，输出功为∫UIdt=（2 WB–WC）。
使用上述系统对三相电多通道电压控制方法，三相电过零检测电路通过检测三相电各相的过零点；
MCU核心电路根据输出电流采集检测电路5、输出电压采集检测电路的电流和电压采集值，通过反馈判断设定电压与实际电压之间的偏差；
所述MCU核心电路根据所述偏差以及所述三相电各相的过零点，通过多路可控硅输出控制电路调节可控硅在过零位置的导通时延，实现恒功率的控制。
通过上述的技术方案，通过上述的方式，可实现对实际工业环境三相电做各相功率均衡，不会对某一相造成过大功率开销，对输出端电流、电压进行监测，并对负载加热线圈进行开路、短路检测实现安全保护作用，同时也能实现恒压、恒流、恒功率输出以扩大其应用场景需求，增加CAN通讯接口可实现集中控制和监控提高效率。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1是本发明热流道三相电多通道电压控制的电路示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
实施例一。
如附图1所示，热流道三相电多通道电压控制系统，所述系统包括三相电输入端1、三相电输入保护电路2、三相电过零检测电路3、多路可控硅输出控制电路4、输出电流采集检测电路5、输出电压采集检测电路6、加热圈开路/短路检测电路7、MCU核心电路8、CAN通讯电路9、加热圈负载10。
三相电输入端1为单相可调节输入端，可以对单向的输入参数进行调节。
整个系统外接三相AC380V50/60Hz工业用电，电压输出端接加热线圈功率负载，CAN通讯接口连接外部CAN主控器。
三相电输入保护电路2用于对输入的电源进行限流保护，防止后级短路造成板卡烧坏或对其他设备造成影响，经过其之后将电压传入三相电过零检测电路和多路可控硅输出控制电路。
三相电过零检测电路3通过检测三相电各相的过零点，从而为后续MCU对多路可控硅输出控制电路实现不同导通时间的移相控制提供时间基准点。
多路可控硅输出控制电路4通过改变各相中可控硅的导通角实现移相控制各相中每个正弦波半波的导通时间实现对负载输出电压进行电压调节控制，也可以根据电流和电压采集值通过MCU运算处理进行恒流/恒功率控制，这样可以实现三相电各相功率均衡。
输出电流采集检测电路5将各路输出负载电流通过电流互感器经运放做信号处理转为电压值经MCU自带ADC转换计算获取；输出电压采集检测电路将各路输出负载电压通过电压互感器经运放做信号处理经MCU自带ADC转换计算获取；加热圈开路/短路检测电路通过对负载电压的获取计算比较从而判断加热圈开路、短路检测。
MCU核心电路8根据电压、电流采集值，通过反馈判断设定电压与实际电压之间的偏差来调节可控硅在过零位置后的导通时延，从而实现恒压/恒流/恒功率的控制。
MCU核心电路可接受电流、电压反馈，对某一相的电压调节做出计算，将计算结果发送至多路可控硅输出控制电路。
CAN通讯电路9接收外部CAN主控器的控制命令，从而实现集中控制或者远程监控等功能。
实施例二。
一下详细阐述对于三相电某通道的电压控制。我们知道，当三相电中某相输入输入失衡时，会导致做功失衡，产生做功失衡的原因多种，负载原因、输入原因都有可能导致。本申请结合三相电的特点，提出对某一通道三相电做功进行电压调节使其稳定的方法。该方法主要通过MCU核心电路接收的反馈和多路可控硅输出控制电路来控制，具体如下，
对三相电的每相输出电压和电流进行检测；
在时间阈值T内计算每相的输出功及平均功率；
当所述每相输出电压和电流均在电压阈值和电流阈值范围内时：
若三项的输出功中某一相的输出功WA与其他两相的差值均超过功误差阈值，则转入到步骤一：
步骤一，计算所述其他两相的输出功W0，
计算所述某一相的输出功W1与平均值W0的差值Q=W0-W1;
预算输出功为A的该相在下一时间阈值T的输出功W=W0+Q= 2W0-W1和平均输出功率P=（2W0-W1）/T；
对该相电压进行单独调节，使其在下一时间阈值内达到平均输出功率从P1 =W1/T调整为P；使得在所述下一时间阈值T内，∫UIdt=（2W0-W1）；
若三项的输出功中任意两项的输出功均超过功误差阈值，则转入到步骤二：
步骤二，计算三相的输出功WA、WB、WC，其中WA<WB<WC，则以输出功为WB基准，调节A相和C相的电压；
计算A相路和C相路与所述输出功WB为的B相路差值，QA=WB-WA，QC=WB-WC；
预算A相路和C相路在下一时间阈值T内的输出功WA0= WB + QA = 2 WB - WA和平均输出功率P A0=（2 WB - WA）/T; WC0= WB + QC = 2 WB– WC和平均输出功率P C0=（2 WB– WC）/T;
对A相路和C相路的电压进行调节，使得A相路在下一时间阈值内的平均输出功率从PA=WA/T调整为P A0，输出功为∫UIdt=（2 WB–WA）;使得B相路在下一时间阈值内的平均输出功率从PB =WB/T调整为P B0，输出功为∫UIdt=（2 WB–WC）。
实施例三。
对于多个通道，由于做功的不同，可能导致同一批次的产品产生较大的差异性，因此，本申请除了对某一通道中三相电的某一相进行调节，还对整体的多通道的三相电进行调节。
原理在实施例一种已经阐述，下面介绍调节流程。
上述系统多通道电压控制方法，所述方法如下：
三相电过零检测电路通过检测三相电各相的过零点；
MCU核心电路根据输出电流采集检测电路5、输出电压采集检测电路的电流和电压采集值，通过反馈判断设定电压与实际电压之间的偏差；
所述MCU核心电路根据所述偏差以及所述三相电各相的过零点，通过多路可控硅输出控制电路调节可控硅在过零位置的导通时延，实现恒功率的控制。
通过上述的技术方案，通过上述的方式，可实现对实际工业环境三相电做各相功率均衡，不会对某一相造成过大功率开销，对输出端电流、电压进行监测，并对负载加热线圈进行开路、短路检测实现安全保护作用，同时也能实现恒压、恒流、恒功率输出以扩大其应用场景需求，增加CAN通讯接口可实现集中控制和监控提高效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种热流道三相电多通道电压控制系统，所述系统包括三相电输入端、三相电输入保护电路、三相电过零检测电路、多路可控硅输出控制电路、输出电流采集检测电路、输出电压采集检测电路、加热圈开路/短路检测电路、MCU核心电路、CAN通讯电路；
所述三相电输入保护电路连接三相电输入端；
所述三相电输入保护电路连接多路可控硅输出控制电路以及三相电过零检测电路；
所述三相电过零检测电路连接所述MCU核心电路，可将检测结果发送至MCU核心电路；
所述MUC核心电路连接多路可控硅输出控制电路，将输出参数发送至所述可控硅输出控制电路；所述可控硅输出控制电路连接加热圈负载；
输出电流采集检测电路、输出电压采集检测电路、加热圈开路/短路检测电路设置在所述可控硅输出控制电路和加热圈负载之间，可将检测结果发送至所述MCU核心电路；
所述MCU核心电路连接所述CAN通讯电路。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，三相电输入保护电路用于对输入的电源进行限流保护，防止后级短路造成板卡烧坏或对其他设备造成影响，经过其之后将电压传入三相电过零检测电路和多路可控硅输出控制电路。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，三相电过零检测电路通过检测三相电各相的过零点，从而为后续MCU对多路可控硅输出控制电路实现不同导通时间的移相控制提供时间基准点。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多路可控硅输出控制电路通过改变各相中可控硅的导通角实现移相控制各相中每个正弦波半波的导通时间实现对负载输出电压进行电压调节控制，也可以根据电流和电压采集值通过MCU运算处理进行恒流/恒功率控制，这样可以实现三相电各相功率均衡。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，输出电流采集检测电路将各路输出负载电流通过电流互感器经运放做信号处理转为电压值经MCU自带ADC转换计算获取；输出电压采集检测电路将各路输出负载电压通过电压互感器经运放做信号处理经MCU自带ADC转换计算获取；加热圈开路/短路检测电路通过对负载电压的获取计算比较从而判断加热圈开路、短路检测。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，MCU核心电路根据电压、电流采集值，通过反馈判断设定电压与实际电压之间的偏差来调节可控硅在过零位置后的导通时延，从而实现恒压/恒流/恒功率的控制。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，MCU核心电路可接受电流、电压反馈，对某一相的电压调节做出计算，将计算结果发送至多路可控硅输出控制电路。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，CAN通讯电路9接收外部CAN主控器的控制命令，从而实现集中控制或者远程监控等功能。
9.使用上述权利要求1-8中任一项所述的系统对三相电的电压控制方法，所述方法包括：
对三相电的每相输出电压和电流进行检测；
在时间阈值T内计算每相的输出功及平均功率；
当所述每相输出电压和电流均在电压阈值和电流阈值范围内时：
若三项的输出功中某一相的输出功WA与其他两相的差值均超过功误差阈值，则转入到步骤一：
步骤一，计算所述其他两相的输出功W0，
计算所述某一相的输出功W1与平均值W0的差值Q=W0-W1;
预算输出功为A的该相在下一时间阈值T的输出功W=W0+Q= 2W0-W1和平均输出功率P=（2W0-W1）/T；
对该相电压进行单独调节，使其在下一时间阈值内达到平均输出功率从P1 =W1/T调整为P；使得在所述下一时间阈值T内，∫UIdt=（2W0-W1）；
若三项的输出功中任意两项的输出功均超过功误差阈值，则转入到步骤二：
步骤二，计算三相的输出功WA、WB、WC，其中WA<WB<WC，则以输出功为WB基准，调节A相和C相的电压；
计算A相路和C相路与所述输出功WB为的B相路差值，QA=WB-WA ，QC=WB-WC；
预算A相路和C相路在下一时间阈值T内的输出功WA0= WB + QA = 2 WB - WA和平均输出功率P A0=（2 WB - WA）/T; WC0= WB + QC = 2 WB – WC和平均输出功率P C0=（2 WB – WC）/T;
对A相路和C相路的电压进行调节，使得A相路在下一时间阈值内的平均输出功率从PA =WA/T调整为P A0，输出功为∫UIdt=（2 WB –WA）;使得B相路在下一时间阈值内的平均输出功率从PB =WB/T调整为P B0，输出功为∫UIdt=（2 WB –WC）。
10.使用上述权利要求1-8中任一项所述的系统对三相电多通道电压控制方法，三相电过零检测电路通过检测三相电各相的过零点；
MCU核心电路根据输出电流采集检测电路5、输出电压采集检测电路的电流和电压采集值，通过反馈判断设定电压与实际电压之间的偏差；
所述MCU核心电路根据所述偏差以及所述三相电各相的过零点，通过多路可控硅输出控制电路调节可控硅在过零位置的导通时延，实现恒功率的控制。
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