CN110022621A - 一种电加热装置及其故障检测方法、控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电加热装置及其故障检测方法、控制装置，包括：由三个星形连接的加热管组成的电加热回路，三个加热管一端呈星形连接至公共端，另一端通过继电器与交流电源的U、V、W三相接入端电连接，公共端通过第四继电器与N端电连接；电流检测模块，包括一个耦接在公共端与N端之间的线路上的电流检测元件；三组用于对加热管的及其连接的继电器进行故障检测的加热检测模块，加热检测模块在不同工作模式下以及不同故障情况下输出不同电压等级的检测电压信号；用于检测电加热回路的加热温度的温度检测模块；处理模块。本发明够快速且准确的判断故障的部件，并及时给用户发出报警信号，便于及时维护，也避免了故障维护不及时给客户造成更大损失。

Description

一种电加热装置及其故障检测方法、控制装置

技术领域

本发明涉及电加热设备技术领域，尤其涉及一种电加热装置及其故障检测方法、控制装置。

背景技术

现有的三相电加热采用三只或三只以上加热管星型或三角形接法，加热时，多只加热管同时工作。当温度达到临界值或仅需要保温工作时，多只加热管也同时动作，造成过多的损耗及加热管的寿命缩短。

电加热的基本控制回路采用热敏电阻、继电器、加热管，现在的电加热设备在热敏电阻异常或继电器粘连时，所控制的加热管出现持续加热的情况，导致加热管烧毁或引发火灾等安全隐患

市面上的三相电加热设备多采用三只或三只以上加热管，当其中任一只加热管发生熔断断路时，其他加热管还能加热，如不能及时的发现会导致加热效果变差，长时间使用会导致电加热设备彻底损坏。

以上元器件故障时不能有效的告知用户具体故障的元器件，给维修造成诸多不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够精准判断故障元器件的电加热装置及其故障检测方法、控制装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电加热装置，包括：

电加热回路，包括三个加热管，所述三个加热管一端呈星形连接至公共端，另一端分别通过第一继电器、第二继电器和第三继电器与交流电源的U、V、W 三相接入端电连接，所述公共端通过第四继电器与N端电连接；

电流检测模块，包括一个耦接在所述公共端与N端之间的线路上的电流检测元件；

三组用于对所述加热管的及其连接的继电器进行故障检测的加热检测模块，所述加热检测模块根据所述加热管及其连接继电器在不同工作模式下以及不同故障情况下输出不同电压等级的检测电压信号；

用于检测所述电加热回路的加热温度的温度检测模块；

处理模块，控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的通断，接收所述电流检测模块的发送检测电流信号、所述加热检测模块发送的检测电压信号和所述温度检测模块发送的温度信号，发出故障报警信号。

作为优选的技术方案，所述电流检测模块还包括第一整流桥，所述电流检测元件的输出端与第一整流桥的输入端电连接，所述第一整流桥的输出端通过调压滤波电路与所述处理模块的电流检测端电连接，所述调压滤波电路包括第一电阻、第一可调电阻、第二电阻和第一滤波电容，所述第一电阻与第一可调电阻串联形成第一支路，所述第二电阻与所述第一支路并联，所述第一滤波电容与所述第二电阻并联。

作为优选的技术方案，所述加热检测模块包括：

加热电压输入/检测电路，用于获得或感应所述加热管的加热电压，得到与所述加热电压的绝对值对应的直流电压，包括第二整流桥和光电耦合器，所述加热检测模块的第二整流桥的一个输入端与所述交流电源的U、V、W其中一相的接入端电连接，另一端与所述三个加热管的公共端电连接，所述第二整流桥的输出端通过第二降压滤波电路与所述光电耦合器的输入端电连接，所述光电耦合器的输出端与所述电压输出电路电连接；

电压输出电路，将所述直流电压进行电压进行变化，输出一个随所述直流电压值而变化的检测电压，所述检测电压通过检测电压输出端输出，包括电连接在所述光电耦合器的光敏三极管的集电极和发射集之间的第二滤波电容，所述光敏三极管的集电极并联有第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第三电阻的一端电连接至检测电压输出端，所述第四电阻的一端电连接有5V直流电源，所述第五电阻的一端接地。

作为优选的技术方案，还包括报警输出模块，所述报警输出模块包括在任一故障出现时启动的蜂鸣器电路，和用于显示故障部件的显示灯电路。

一种电加热装置的故障检测方法，包括以下步骤：

根据所述电加热回路的当前工作模式，启动与所述工作模式对应的继电器；

将所述加热检测模块的检测电压值与当前工作模式下的正常电压值进行比较，以及与当前工作模式下不同故障情况下输出的故障电压值进行比较；

将所述电流检测模块的检测电流与当前工作模式所对应的正常电流值进行比较，以及与当前工作模式下不同故障情况下输出的故障电流值进行比较；

根据所述检测电压值和检测电流值的比较结果，确定当前工作模式下，所述电加热回路是正常运行或故障，并在所述电加热回路故障时确定其故障部件。

作为优选的技术方案，当前工作模式由工作模式输入或当前检测温度与设定温度的差值确定。

作为优选的技术方案，所述工作模式包括待机模式、三相供电模式和单相供电模式，若当前检测温度大于等于设定温度，当前工作模式设置为待机模式；若当前检测温度小于设定温度，且二者的差值小于差值阈值，则将当前工作模式设置为单相供电模式；若当前检测温度大于设定温度，且二者的差值大于差值阈值，则将当前工作模式设置为三相供电模式。

作为优选的技术方案，还包括以下步骤：在处于三相供电模式和单相供电模式时，将所述温度检测模块的当前加热温度与加热开始前保存的温度进行比较，若当前温度小于或等于加热开始前保存的温度，判断为所述温度检测模块故障。

作为优选的技术方案，在所述电加热回路故障时，发出报警信号，启动蜂鸣器电路，并点亮表示其故障部件的显示灯。

一种电加热装置的控制装置，包括：

工作模式输入模块，根据手动或自动输入、工作模式的切换开关位置或根据当前温度与设置温度的差值判断并输出所述电加热回路的当前工作模式；

继电器控制模块，根据所述电加热回路的当前工作模式和加热温度，控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的通断；

故障判断模块，通过所述电流检测模块检测的电流值、所述加热检测模块检测的电压值和所述温度检测模块检测的温度值，判断所述电加热回路是否故障以及故障部件，发出故障报警信号。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过在不同的工作模式下对三个加热管的供电电压进行电压检测和公共端至N端的电流检测，在元器件故障时，上述电压和电流将会发生变化，且不同元器件故障时，检测电压的电压等级将会不同，检测电流值变化也比较显著，因此，能够快速且准确的判断故障的部件，并及时给用户发出报警信号，以便于及时维护，最大限度的减少了元器件故障为生产或生活带来不便，也避免了故障维护不及时给客户造成更大损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的电路原理框图；

图2是本发明实施例的一种电路原理图；

图3是本发明电加热装置的故障检测方法的流程图；

图4是本发明实施例开机自检的流程图；

图5是本发明实施例的控制及故障检测的流程图；

图6是本发明实施例控制和故障检测的真值表。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种电加热装置，包括：

电加热回路，包括三个加热管，三个加热管一端呈星形连接至公共端，另一端分别通过第一继电器、第二继电器和第三继电器与交流电源的U、V、W三相接入端电连接，公共端通过第四继电器与N端电连接。

电流检测模块，包括一个耦接在公共端与N端之间的线路上的电流检测元件，电流检测模块将电流检测模块检测出的感应电流经过整流和调压滤波转换成能够被控制器识别的直流信号输出。

三组用于对加热管的及其连接的继电器进行故障检测的加热检测模块，加热检测模块根据加热管及其连接继电器在不同工作模式下以及不同故障情况下输出不同电压等级的检测电压信号，加热检测模块输入的加热管两端的交流电压，需要将交流的检测电压信号整流呈直流的检测电压信号，且整流后的检测电压信号变化与交流的检测电压信号变化同步且其电压值与交流的检测电压的有效值对应。

优选的，加热检测模块包括以下两个部分：

加热电压输入/检测电路，用于获得或感应加热管的加热电压，得到与加热电压的绝对值对应的直流电压；

电压输出电路，将直流电压进行电压变化，输出一个随直流电压值而变化的检测电压，检测电压通过检测电压输出端输出。

用于检测电加热回路的加热温度的温度检测模块，直接用于检测电加热回路的加热温度并输出，并利用检测的加热温度进行进一步的控制。

处理模块，控制第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的通断，接收电流检测模块的发送检测电流信号、加热检测模块发送的检测电压信号和温度检测模块发送的温度信号，发出故障报警信号。

还包括报警输出模块，报警输出模块包括在任一故障出现时启动的蜂鸣器电路，和用于显示故障部件的显示灯电路。

优选的，处理模块包括单片机，单片机电连接有时钟电路，本实施例中，单片机的型号是STC15F2K60S2。

其中，图2中，电流检测模块还包括第一整流桥(由D17-D20组成)，电流检测元件CT的输出端与第一整流桥的输入端电连接，第一整流桥的输出端通过调压滤波电路与单片机的电流检测端ADC4电连接，调压滤波电路包括第一电阻R25、第一可调电阻VR4、第二电阻R26和第一滤波电容C11，第一电阻R25 与第一可调电阻VR4串联形成第一支路，第二电阻R26与第一支路并联，第一滤波电容C11与第二电阻R26并联。

以加热检测模块401为例，加热电压输入/检测电路包括第二整流桥(由 D5-D8组成)和光电耦合器U2，加热检测模块401的第二整流桥的一输入端与交流电源的U相接入端电连接，另一端与三个加热管的公共端电连接，第二整流桥的输出端通过第二降压滤波电路与光电耦合器U2的输入端电连接，光电耦合器的输出端与电压输出电路电连接，其中，第二降压滤波电路包括电阻R10、电容EC2、电阻R11、电容C4。

加热电压输入/检测电路包括用于调节检测电压值的第二可调电阻VR1。

检测电压输出端的检测电压值与通过加热电压输入/检测电路输入的电压值成反比。

电压输出电路包括电连接在光电耦合器的光敏三极管的集电极和发射集之间的第二滤波电容C5，光敏三极管的集电极并联有第三电阻R13、第四电阻R14 和第五电阻R40，第三电阻R13的一端电连接至单片机的ADC0端口，第四电阻R14的一端电连接有5V直流电源，所述第五电阻R40的另一端接地。

如图3所示，一种电加热装置的故障检测方法，包括以下步骤：

首先根据电加热回路的当前工作模式，启动与工作模式对应的继电器，本实施例中，电加热回路的当前动作模式包括待机模式、三相供电模式和单相供电模式三种，处于待机模式时，第四继电器的触点接通；单相供电模式时，第四继电器的触点接通，接通第一继电器、第二继电器或第三继电器中任一继电器启动其中一个加热管；三相供电模式时，第四继电器断开，第一继电器、第二继电器和第三继电器接通，三个加热管同时加热。

将加热检测模块的检测电压值与当前工作模式下的正常电压值进行比较，与当前工作模式下不同故障情况下输出的故障电压值进行比较；

以及将电流检测模块的检测电流与当前工作模式所对应的正常电流值进行比较，与当前工作模式下不同故障情况下输出的故障电流值进行比较；

在不同工作模式和不同故障状况下，加热检测模块输出的电压值不同。

根据检测电压值和检测电流值的比较结果，确定当前工作模式下，电加热回路是正常运行或故障，并在电加热回路故障确定其故障部件。

其中，当前工作模式由工作模式输入或当前检测温度与设定温度的差值确定，工作模式输入是指通过输入指令或键盘输入工作模式，或通过切换开关切换工作模式。

通过当前检测温度与设定温度的差值确定当前工作模式的步骤是：若当前检测温度大于或等于设定温度，当前工作模式设置为待机模式；若当前检测温度小于设定温度，且二者的差值小于差值阈值，则为当前工作模式设置为单相供电模式；若当前检测温度小于设定温度，且二者的差值大于差值阈值，则为当前工作模式设置为三相供电模式。

若检测电压值和检测电流值的比较结果是电加热回路故障，根据判断出的故障部件，发出报警信号，启动蜂鸣器电路，并点亮表示其故障部件的显示灯。

本方法还包括以下步骤：在处于三相供电模式和单相供电模式时，将温度检测模块的当前加热温度与加热开始前保存的温度进行比较，若当前温度小于或等于加热开始前保存的温度，判断为温度检测模块故障。

一种电加热装置的控制装置，包括：

工作模式输入模块，根据手动或自动输入、工作模式的切换开关位置或根据当前温度与设置温度的差值判断并输出电加热回路的当前工作模式；

继电器控制模块，根据电加热回路的当前工作模式和加热温度，控制第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的通断；

故障判断模块，通过电流检测模块的发送检测电流信号、加热检测模块发送的检测电压信号和温度检测模块发送的温度信号，判断电加热回路是否故障以及故障部件，发出故障报警信号。

下面以图2为例，详细说明本发明的工作原理和检测方法：

如图3至图6所示，本实施例中，电加热装置包括电加热回路、继电器控制模块101、102、103、104、温度检测模块201、处理模块301、加热检测模块 401、402、403、电流检测模块501、报警输出模块601。

电加热回路包括三只加热管R1、R2、R3，其按照星型接线。R1、R2、R3 一端并联后公共端通过继电器K4与零线N相接，加热管R1、R2、R3另一端分别经过继电器K1、K2、K3的被控开关与三相供电的相电压U、V、W相连接。

继电器控制模块101、102、103、104、与处理模块301电连接，用于接收处理模块301的控制信号，以闭合或断开被控继电器K1、K2、K3、K4的线圈的12V供电，从而控制相串联的加热管R1、R2、R3的供电。

其中，继电器控制模块101、102、103、104的各包括一只三极管Q1、Q2、Q3、Q4，其基极电连接至处理模块301的AD0、AD1、AD2、AD3端口，三极管的发射极接地，集电极分别电连接至继电器K1、K2、K3、K4的线圈，继电器K1、K2、K3、K4的线圈连接12V电源，用于控制继电器通电，吸合继电器被控端开关；为防止三极管Q1、Q2、Q3、Q4动作时，继电器K1、K2、K3、 K4线圈绕组产生自感电压击穿三极管，在继电器K1、K2、K3、K4的线圈两端各并联一只二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1、D2、D3、D4的正极与12V 电源连接，三极管Q1、Q2、Q3、Q4的基极与发射极之间并联有电阻R2、R4、 R6、R8，用于保护三极管。

继电器K1、K2、K3的被控端开关的COM端分别与三相供电的相线U、V、 W相连接，继电器K4的被控端开关的COM端与零线N相连接，继电器K1、 K2、K3的被控端开关的NO端分别与加热管R1、R2、R3的U1、V1、W1端相连接，继电器K4的被控端开关的NO端与加热管R1、R2、R3并联的公共端端连接。

温度检测模块201外接一只热敏电阻RT1，外接5V电源，输出端与处理模块301的ADC4电连接，由于热敏电阻随温度的变化导致阻值的更改，从而处理模块301的ADC4的电压也会改变，从而处理模块301根据ADC4端输入的信号经A/D转换、将转换的数字量换算成温度。

处理模块301为单片机，选用STC15F2K60S2型号，用于对继电器控制模块 101、102、103、104和报警输出模块601的输出、通过接收温度检测模块201、加热检测模块401、402、403、电流检测模块501的输入信号，对继电器控制模块101、102、103、104、温度检测模块的201和加热管检测。

加热检测模块401、402、403的整流回路一个输入端分别与对应的加热管 R1、R2、R3的U1、V1、W1端相连，另一个输入端与加热管R1、R2、R3的 U2、V2、W2端并联后相连，整流回路输出正极经电阻分压、滤波、电阻限流后与线性光耦合器的输入阳极相连，线性光耦合器的输入阴极与整流回路输出负极相连，5V供电经电阻分压后与线性光耦合器的集电极相连，线性光耦合器的集电极经限流电阻与处理模块301的输入端口相连，线性光耦合器的发射极接地，线性光耦合器的集电极与发射极之间并联一只电容。

加热检测模块401的D5-D8二极管整流回路一个输入端与加热管R1的U1 端相连，加热检测模块402的D9-D12二极管整流回路一个输入端与加热管R2 的V1端相连,加热检测模块403的D13-D16二极管整流回路一个输入端与加热管R3的W1端相连,三组D5-D8、D9-12、D13-16二极管整流回路另一输入端与加热管R1、R2、R3的加热管的公共端相连，二极管D5-D8、D9-12、D13-16 整流回路的正极通过对应的电阻R10、R15、R20进行降压，经电解电容EC2、 EC3、EC4，电阻R11、R16、R21，电容C4、C6、C8滤波后，通过可调电阻 VR1、VR2、VR3，电阻R12、R15、R22后与对应的线性光耦合器U2、U3、 U4的输入阳极相连，线性光耦合器U2、U3、U4的输入阴极与对应的二极管整流回路D5-D8、D9-12、D13-16的负极相连，线性光耦合器U2、U3、U4的光敏三极管的集电极端经电阻R13、R18、R23向处理模块301的ADC0、ADC1、 ADC2端输出电信号，并经电阻R14、R19、R24连接5V电源供电，线性光耦合器U2、U3、U4的光敏三极管的发射极接地，电容C5、C6、C7分别并联在光耦合器U2、U3、U4的光敏三极管的集电极、发射极的两端，由5V电源向其充电。加热检测回路用于检测继电器K1、K2、K3的被控端开关的通断以及加热管R1、R2、R3是否断路。

可变电阻VR1、VR2、VR3为校准用，通过调节VR1、VR2、VR3电阻的大小，来调节线性光耦合器U2、U3、U4输入端的电流。

加热管R1、R2、R3无供电时，线性光耦合器U2、U3、U4的发光二极管不导通，光敏三极管侧电路为阻容电路，光敏三极管集电极侧电压由电阻分压后是3V，当继电器K1、K2、K3的被控端开关吸合时，加热管R1、R2、R3无断路，按星型接法接线的话，加热管R1、R2、R3两端的电压为220V，经过整流、降压、滤波、限电流后导通对应的线性光耦合器U2、U3、U4的发光二极管发光，光敏三极管由受光量的大小产生相应的光电流，光电流经输出端引出时，光敏三极管的集电极的电压变低，当加热管的两端电压为380V时，经相同的电气回路后线性光耦合器U2、U3、U4的发光二极管发出更强的光，线性光耦合器U2、U3、U4的集电极端的电压变得更低。

当继电器K1、K2、K3的线圈通电，被控端开关处于吸合状态时，加热管 R1、R2、R3的两端电压为220V，当加热管R1、R2、R3其中任一加热管内部断路的话，断路的加热管两端的电压变为380V。加热管R1、R2、R3的两端的电压不同导致线性光耦合器U2、U3、U4的集电极端的电压变化。

电流检测模块501由电流互感线圈CT产生感应电流，经二极管D17—D20 组成的桥式整流电路整流，电流通过电阻R25和可变电阻VR4产生直流电压，经电阻R26限流，电容C11滤波后将电压输出至处理模块301的ADC3端口，处理模块301根据ADC3端输入的电压经A/D转换、将转换的数字量换算成电流值。

电流互感线圈CT的线圈耦接于加热管R1、R2、R3的公共端与零线N之间的导线上。

可变电阻VR4为校准用，通过调节VR1电阻的大小，来调节电流检测模块 501输出至处理模块301的ADC3端口的电压。

报警输出模块601包含一组蜂鸣器B1和8组发光二极管LED1—LED8回路构成，处理模块301的P4.5输出端经电阻R39至三级管Q5的基极，三级管 Q5的发射极经拨动开关S1与蜂鸣器B1的负极连接，其发射极接地，蜂鸣器 B1的正极连接5V供电电源，电阻R40并联在接地与处理模块301的P4.5输出端之间。处理模块301的P2.0-P2.7输出端与发光二极管LED1-LED8相连接，经电阻R31-R38后接地。

拨动开关S1用于报警输出时手动选择蜂鸣器B1的关闭或开启。

发光二极管LED1—LED8用于故障器件的显示，发光二极管LED1为热敏电阻RT1，发光二极管LED2、LED3、LED4对应加热管R1、R2、R3，发光二极管LED5、LED6、LED7、LED8对应继电器K1、K2、K3、K4，当发光二极管LED1—LED8中任一灯管亮起就代表相应的器件故障。

如图4所示，设备上电首先进行自检，工作原理如下：

处理模块301闭合继电器K4，断开继电器K1、K2、K3，此时加热管R1、 R2、R3两端无供电，热检测模块401、402、403发送给处理模块301对应的 ADC0、ADC1、ADC3端口为3V电压，若继电器K1、K2、K3中有触点粘连，则对应的加热管R1、R2、R3两端有供电，对应的热检测模块401、402、403 发送给处理模块301对应的ADC0、ADC1、ADC3端口的电压≤2V。

若加热管R1、R2、R3两端无供电，处理模块301闭合继电器K4，闭合继电器K1、K2、K3中任一继电器形成单相供电回路，此时对应的加热管R1、R2、 R3中一只加热管两端有220V供电，若电源入线接线错将零线N与相线U、V、 W中任一颠倒，处理模块301闭合的继电器K4后轮流闭合继电器K1、K2、K3，接线正确的两根相线对应的加热管两端电压为380V，接线错误的两根电源线对应的加热管的两端电压为220V。加热管的两端电压为220V时对应的处理模块 301的ADC端口电压为2V，加热管的两端电压为380V时对应的处理模块301 的ADC端口电压为0.7V。

具体步骤如下：

设备上电后，处理模块301输出AD0、AD1、AD2端口低电平断开继电器 K1、K2、K3，AD3端口输出高电平闭合继电器K4，此时对应的加热管R1、R2、 R3两端应无供电，处理模块301根据ADC0、ADC1、ADC2端口输入电压进行判断。如果处理模块301的ADC0、ADC1、ADC2端口电压均为3V，则处理模块301判定继电器K1、K2、K3触点无粘连，再输出AD1、AD2端口低电平断开继电器K2、K3，AD0、AD3端口输出高电平闭合继电器K1、K4，此时加热管R1有供电，处理模块301判断ADC0端的电压，如果ADC0端的电压为2V 则处理模块301再输出AD0、AD2端口低电平断开继电器K1、K3，AD1、AD3 端口输出高电平闭合继电器K2、K4，此时加热管R2有供电，处理模块301读取ADC1的电压，如果ADC1端的电压为2V，处理模块301再输出AD0、AD2 端口低电平断开继电器K1、K2，AD1、AD3端口输出高电平闭合继电器K3、 K4，此时加热管R3有供电，处理模块301读取ADC2的电压，如果ADC3端的电压也为2V，处理模块301判定零线N与相线U、V、W接线正确，设备自检结束开始工作。

若处理模块301输出AD0、AD1、AD2端口低电平时，ADC0、ADC1、 ADC2任一端口电压不为3V，则处理模块301分别判断的ADC0、ADC1、ADC2 端口的电压，如果ADC0电压≤2V，处理模块301判定继电器K1触点粘连，输出P2.4、P4.5端口为高电平，对应故障继电器的故障灯LED5亮，蜂鸣器蜂鸣，断开继电器K1、K2、K3、K4；若处理模块301的ADC1电压≤2V，处理模块301判定继电器K2触点粘连，输出P2.5、P4.5端口为高电平，对应故障继电器的故障灯LED6亮，蜂鸣器蜂鸣,断开继电器K1、K2、K3、K4；若处理模块301的ADC2电压≤2V，处理模301判定继电器K3触点粘连，输出P2.5、 P4.5端口为高电平，对应故障继电器的故障灯LED7亮，蜂鸣器蜂鸣，断开继电器K1、K2、K3、K4。

若设备上电后，继电器经检测工作正常，通过控制器301AD1、AD2端口输出低电平断开继电器K2、K3，AD0、AD3端口输出高电平闭合继电器K1、 K4，此时加热管R1有供电，在这个状态下，处理模块301判断ADC0端的电压，ADC0端的电压为0.7V则处理模块301再输出AD0、AD2端口低电平断开继电器K1、K3，AD1、AD3端口输出高电平闭合继电器K2、K4，此时加热管 R2有供电，处理模块301判断ADC1的电压，如果ADC1端的电压为2V，处理模块301判定加热管R2两端电压为220V，加热管R2连接的相线V和零线N 颠倒，处理模块301输出P2.5、P4.5端口为高电平蜂鸣器蜂鸣,处理模块301 的P2.5、P2.7端口每1秒间隔进行高电平与低电平切换输出，对应故障灯LED6、 LED8闪灭，处理模块301断开继电器K1、K2、K3、K4；若ADC1端的电压为0.7V，处理模块301判定加热管R2两端电压为380V，则处理模块301输出 AD0、AD1端口低电平断开继电器K1、K2，AD2、AD3端口输出高电平闭合继电器K3、K4，此时加热管R3有供电，处理模块301判断ADC2的电压，如果ADC2端的电压为2V，处理模块301判定加热管R3两端电压为220V，加热管R3连接的相线W和零线N颠倒，处理模块301输出P4.5端口为高电平蜂鸣器蜂鸣,处理模块301的P2.6、P2.7端口每1秒间隔进行高电平与低电平切换输出，对应故障灯LED7、LED8闪灭，处理模块301断开继电器K1、K2、K3、 K4；

若加热管R1两端电压是220V，通过控制器301AD1、AD2端口输出低电平断开继电器K2、K3，AD0、AD3端口输出高电平闭合继电器K1、K4，判断加热管R2两端的电压是否是220V，若ADC1端的电压为0.7V，处理模块301 判定加热管R2两端电压为380V，加热管R1连接的相线U和零线N颠倒，处理模块301输出P4.5端口为高电平蜂鸣器蜂鸣,处理模块301的P2.4、P2.7端口每1秒间隔进行高电平与低电平切换输出，对应故障灯LED5、LED8闪亮，处理模块301断开继电器K1、K2、K3、K4；

若加热管R1两端电压是220V，加热管R2两端电压是220V，则判断加热管R3两端电压是否是220V，若继电器工作正常，接线正确，则加热管R3两端电压是220V。

如图5所示，电加热装置的控制过程如下：

当温度检测模块201将当前温度以电信号发送给处理模块301的ADC4端口，处理模块301经AD转换后得出当前温度值，并将当前温度值与设定温度值进行比对，如果当前温度大于等于设定温度时，则处理模块301的AD0、AD1、 AD2端口输出低电平、AD3端口输出高电平，关闭继电器继电器K1、K2、K3，开启继电器K4，进入待机模式。

若当前温度小于设定温度，且温差大于3度，则进入三相供电大功率加热模式，简称为三相供电模式。

处理模块301的AD0、AD1、AD2端口输出高电平，AD3端口输出低电平，此时继电器K4断开，继电器K1、K2、K3得电闭合，相线U、V、W供电至加热管R1、R2、R3的U1、V1、W1端，三线380V供电模式下加热管R1、 R2、R3开始加热。

当当前温度小于设定温度，且温差小于等于3度，则进入单相供电小功率加热模式，简称为单相供电模式。

处理模块301根据T1、T2、T3内部计时器的状态，输出AD0、AD1、AD2 任一端口为高电平、剩余两端口输出低电平，AD3端口输出高电平，对应的继电器K1、K2或K3中的一个闭合，继电器K4闭合。此时单相220V供电模式加热管R1、R2、R3其中一个加热管开始加热。当温度上升至与设定温度相等时，则处理模块301的AD0、AD1、AD2端口输出低电平、AD3端口输出高电平，暂停对应的T1、T2、T3内部计时器的计时，进入待机状态。

单相供电小功率加热模式时，循环依次闭合继电器K1、K2、K3中任一继电器的具体步骤如下：

处理模块301判断T1、T2、T3内部计时器的数据，当T1、T2、T3内部计时器的数据都为0时，处理模块301闭合继电器K1、K4，断开继电器K2、K3，此时加热管R1工作，加热管R2、R3关闭，并将加热管R1加热时长计入T1内部计时器中。当T1时长达到5分钟时，处理模块301断开继电器K1，加热管R1停止加热，闭合继电器K2后，加热管R2开始加热，同时内部计时器重置清零T1时长，并将加热管R2加热时长计入T2内部计时器中。当T2时长达到5 分钟时，处理模块301断开继电器K2，加热管R2停止加热，闭合继电器K3 后，加热管R3开始加热，同时内部计时器重置清零T2时长，并将加热管R3 加热时长计入T3内部计时器中。当T3时长达到5分钟时，处理模块301断开继电器K3，加热管R3停止加热，闭合继电器K1后R1加热管开始加热，同时内部计时器重置清零T3时长，并将R1加热时长计入T1内部计时器中。继电器 K1，K2，K3根据内部计时器T1、T2、T3的状态，如上循环交替动作。

当T1内部计时器数据不为零为0时，处理模块301闭合继电器K1、K4，断开继电器K2、K3，此时加热管R1工作，加热管R2、R3关闭，并将加热管 R1加热时长计入T1内部计时器中，开始循环交替动作。

当T2内部计时器数据不为零为0时，处理模块301闭合继电器K2、K4，断开继电器K1、K3，此时加热管R2工作，加热管R1、R3关闭，并将加热管 R1加热时长计入T2内部计时器中，开始循环交替动作。

当T3内部计时器数据不为零为0时，处理模块301闭合继电器K3、K4，断开继电器K1、K2，此时加热管R3工作，加热管R1、R2关闭，并将加热管 R1加热时长计入T3内部计时器中，开始循环交替动作。

加热当前温度达到设定温度后，处理模块301的AD0、AD1、AD2、AD3 端口输出低电平，关闭继电器继电器K1、K2、K3、K4，将内部计时器T1、T2、 T3中动作的计时暂停进入待机状态，当温度再次低于设定温度后，处理模块301 根据T1、T2、T3内部计时器的数据，闭合继电器K1、K2、K3中对应的先前被断开的继电器，内部计时器启动被先前被暂停的计时进入加热动作状态。

在工作状态的故障检测的步骤如下：

在待机模式时，继电器K1、K2、K3断开或有触点不吸合时，对应的加热管R1、R2、R3两端无供电时，加热检测模块401、402、403发送给处理模块 301对应的ADC0、ADC1、ADC3端口为3V电压。

若继电器K1吸合或触点粘连，加热管R1两端电压为220V时，加热检测模块401发送给处理模块301的ADC0端口2V电信号，加热管R1两端电压为 380V时，加热检测模块401发送给处理模块301的ADC0端口0.7V电信号。

若继电器K2吸合或触点粘连，加热管R2两端电压为220V时，加热检测模块402发送给处理模块301的ADC1端口2V电信号，加热管R2两端电压为 380V时，加热检测模块401发送给处理模块301的ADC1端口0.7V电信号。

若继电器K3吸合或触点粘连，加热管R3两端电压为220V时，加热检测模块403发送给处理模块301的ADC2端口2V电信号，加热管R3两端电压为 380V时，加热检测模块401发送给处理模块301的ADC2端口0.7V电信号。

在待机状态下，处理模块301的AD0、AD1、AD2端口输出低电平、AD3 端口输出高电平，此时处理模块301的ADC0、ADC1、ADC2端口应为3V电压。处理模块301将检测电压与正常电压值和故障电压值比较，若继电器K1、 K2、K3中有开关触点粘连，则对应的处理模块301的ADC0、ADC1、ADC2 端口变为2V，处理模块301检测到异常，输出相对应的P2.4、P2.5、P2.6中一个端口为高电平，对应故障继电器的故障灯LED5、LED6、LED7的其中一个亮起，处理模块301输出P4.5端口为高电平，蜂鸣器蜂鸣报警，处理模块301的 AD3端口输出为低电平，断开继电器K4切断供电回路。

在三相供电模式时，处理模块301的AD0、AD1、AD2端口输出高电平、 AD3端口输出低电平。继电器K1、K2、K3闭合接入三相380V供电，加热管 R1、R2、R3采用星型接线方式，加热管R1、R2、R3两端电压分别是220V，此时处理模块301对应的ADC0、ADC1、ADC2端口应为2V。处理模块301 将检测电压与正常电压值和故障电压值比较，若加热管R1、R2、R3其中任一加热管内部断路，则断路的加热管的两端电压会升至380V，对应的处理模块301 的ADC0、ADC1、ADC2其中一个端口变为0.7V，处理模块301监测到异常，输出相对应的P2.1、P2.2、P2.3中一个端口为高电平，对应故障加热管的故障灯 LED2、LED3、LED4的其中一个亮起，处理模块301输出P4.5端口为高电平，蜂鸣器蜂鸣报警，处理模块301的AD0、AD1、AD2端口输出为低电平，继电器K1、K2、K3切断供电回路。若继电器K1、K2、K3其中任一继电器通电不吸合时，则对应的处理模块301的ADC0、ADC1、ADC3其中一个端口变为3V，处理模块301监测到异常，输出相对应的P2.4、P2.5、P2.6中一个端口为高电平，对应故障加热管的故障灯LED5、LED6、LED7的其中一个亮起，处理模块301 输出P4.5端口为高电平，蜂鸣器蜂鸣报警，处理模块301的AD0、AD1、AD2 端口输出为低电平，继电器K1、K2、K3切断供电回路。

同时处理模块301的AD3端口输出低电平，继电器K4应为断开状态，因此处理模块301同时将检测电流与正常电流值和故障电流值比较，若继电器K4 被控开关触点粘连，加热管R1、R2、R3的U2、V2、W2端并联点与零线N导通。在三相380V供电按星型接法接入加热管R1、R2、R3的U1、V1、W1端后，加热电流会经过U、V、W相线，但因U、V、W相线供电电压及加热管R1、R2、R3的阻值的偏差，会有少量电流流经电流检测回路501的电流互感线圈CT穿过的导线，电流互感线圈CT产生感应电流，感应电流经电流检测回路 501调理后输出至处理模块301的ADC3端口，处理模块301根据ADC3端输入的电压经A/D转换、将转换的数字量换算成电流值。此时处理模块301测得有电流时判定继电器K4故障，输出相P2.8端口为高电平，对应故障继电器K4 的故障灯LED8亮起，处理模块301输出P4.5端口为高电平，蜂鸣器蜂鸣报警，处理模块301强制切换至单相供电加热模式。

在单相供电模式下，继电器K1、K2、K3中任一继电器闭合，继电器K4 闭合构成单相220V供电回路。电流检测模块501将电流互感线圈CT的感应电流以直流电压的形式发送至处理模块301的ADC3端口，处理模块301将其处理为相应的电流值，此时电流应为大电流。若处理模块301的AD0、AD1、AD2 任一端口输出高电平、剩余两端口输出低电平，AD3端口输出高电平，ADC3 端口输入电压值为0V，则处理模块301判定对应的继电器K1、K2、K3的其中一只的供电电路或继电器线圈故障，处理模块301输出相对应的P2.4、P2.5、 P2.6中对应的一个端口为高电平，对应故障继电器的故障灯LED5、LED6、LED7 的其中一个亮起，处理模块301输出P4.5端口为高电平，蜂鸣器蜂鸣报警，处理模块301的AD3端口输出为低电平，断开继电器K4切断供电回路。

在单相供电或三相供电模式下，温度检测模块201将温度传感器RT1的阻值以电信号的形式发送至处理模块301的ADC4端口，处理模块301将电信号进过A/D转换，将转换的数字量换算成温度值。加热过程中处理模块301的 ADC4端口测量的温度应该逐步上升。如果加热过程中加热器件工作正常，处理模块301的ADC4端口测量的温度值没有上升，则证明热敏电阻RT故障。

加热管正常加热开始后，加热检测模块401、402、403和电流检测模块501 检测正常，处理模块301将温度检测模块201测量的当前温度保存至数据寄存器Z1中，同时处理模块301启动内部计时器T1开始计时，当T1达到2分钟后，处理模块301将温度检测模块201测量的现在温度与Z1保存数据进行比对，如果现在温度不大于Z1保存数据则证明热敏电阻RT故障，处理模块301输出P20 端口为高电平，对应故障温度的故障灯LED1亮起，处理模块301输出P4.5端口为高电平，蜂鸣器蜂鸣报警，处理模块301的AD0、AD1、AD2、AD3端口强制输出为低电平，断开所有继电器，切断供电回路。

本发明电加热装置可作为电加热配件应用在多种设备中，并适用于加热气体或液体等多种介质，例如，本发明应用在加热器中，可以通过加热油或空气进行取暖；应用在烤箱中，可以加热空气，实现食物的炙烤；应用于饮水机时，实现饮用水的加热等。

三相380V供电按星型接法接入加热管R1、R2、R3三只加热管时，三相火线形成回路，加热管R1、R2、R3的公共端接零线后，零线上基本没有电流通过。本案中也可以直接将加热管R1、R2、R3的公共端接零线。作为优选方案添加了一只控制继电器。

加热检测模块的输入端可以电连接至加热管接线两端或与加热管接线两端相连的继电器的NO端、以及加热管接线端与继电器的NO端间导线的任一一点，作为优选方案加热检测模块的输入端电连接至加热管接线端两端。

本控制器的报警输出方式不仅限于LED灯报警提示，也可以采用屏显输出报警标识或文字等其它报警提示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电加热装置，其特征在于，包括：

电加热回路，包括三个加热管，所述三个加热管一端呈星形连接至公共端，另一端分别通过第一继电器、第二继电器和第三继电器与交流电源的U、V、W三相接入端电连接，所述公共端通过第四继电器与N端电连接；

电流检测模块，包括一个耦接在所述公共端与N端之间的线路上的电流检测元件；

三组用于对所述加热管的及其连接的继电器进行故障检测的加热检测模块，所述加热检测模块根据所述加热管及其连接继电器在不同工作模式下以及不同故障情况下输出不同电压等级的检测电压信号；

用于检测所述电加热回路的加热温度的温度检测模块；

处理模块，控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的通断，接收所述电流检测模块的发送检测电流信号、所述加热检测模块发送的检测电压信号和所述温度检测模块发送的温度信号，发出故障报警信号。

2.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于：所述电流检测模块还包括第一整流桥，所述电流检测元件的输出端与第一整流桥的输入端电连接，所述第一整流桥的输出端通过调压滤波电路与所述处理模块的电流检测端电连接，所述调压滤波电路包括第一电阻、第一可调电阻、第二电阻和第一滤波电容，所述第一电阻与第一可调电阻串联形成第一支路，所述第二电阻与所述第一支路并联，所述第一滤波电容与所述第二电阻并联。

3.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于：所述加热检测模块包括：

加热电压输入/检测电路，用于获得或感应所述加热管的加热电压，得到与所述加热电压的绝对值对应的直流电压，包括第二整流桥和光电耦合器，所述加热检测模块的第二整流桥的一个输入端与所述交流电源的U、V、W其中一相的接入端电连接，另一端与所述三个加热管的公共端电连接，所述第二整流桥的输出端通过第二降压滤波电路与所述光电耦合器的输入端电连接，所述光电耦合器的输出端与所述电压输出电路电连接；

电压输出电路，将所述直流电压进行电压进行变化，输出一个随所述直流电压值而变化的检测电压，所述检测电压通过检测电压输出端输出，包括电连接在所述光电耦合器的光敏三极管的集电极和发射集之间的第二滤波电容，所述光敏三极管的集电极并联有第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第三电阻的一端电连接至检测电压输出端，所述第四电阻的一端电连接有5V直流电源，所述第五电阻的一端接地。

4.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于：还包括报警输出模块，所述报警输出模块包括在任一故障出现时启动的蜂鸣器电路，和用于显示故障部件的显示灯电路。

5.一种电加热装置的故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据所述电加热回路的当前工作模式，启动与所述工作模式对应的继电器；

将所述加热检测模块的检测电压值与当前工作模式下的正常电压值进行比较，以及与当前工作模式下不同故障情况下输出的故障电压值进行比较；

将所述电流检测模块的检测电流与当前工作模式所对应的正常电流值进行比较，以及与当前工作模式下不同故障情况下输出的故障电流值进行比较；

根据所述检测电压值和检测电流值的比较结果，确定当前工作模式下，所述电加热回路是正常运行或故障，并在所述电加热回路故障时确定其故障部件。

6.如权利要求5所述的电加热装置的故障检测方法，其特征在于：当前工作模式由工作模式输入或当前检测温度与设定温度的差值确定。

7.如权利要求6所述的电加热装置的故障检测方法，其特征在于：所述工作模式包括待机模式、三相供电模式和单相供电模式，若当前检测温度大于等于设定温度，当前工作模式设置为待机模式；若当前检测温度小于设定温度，且二者的差值小于差值阈值，则将当前工作模式设置为单相供电模式；若当前检测温度大于设定温度，且二者的差值大于差值阈值，则将当前工作模式设置为三相供电模式。

8.如权利要求5所述的电加热装置的故障检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：在处于三相供电模式和单相供电模式时，将所述温度检测模块的当前加热温度与加热开始前保存的温度进行比较，若当前温度小于或等于加热开始前保存的温度，判断为所述温度检测模块故障。

9.如权利要求5所述的电加热装置的故障检测方法，其特征在于：在所述电加热回路故障时，发出报警信号，启动蜂鸣器电路，并点亮表示其故障部件的显示灯。

10.一种电加热装置的控制装置，其特征在于，包括：

工作模式输入模块，根据手动或自动输入、工作模式的切换开关位置或根据当前温度与设置温度的差值判断并输出所述电加热回路的当前工作模式；

继电器控制模块，根据所述电加热回路的当前工作模式和加热温度，控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器的通断；

故障判断模块，通过所述电流检测模块检测的电流值、所述加热检测模块检测的电压值和所述温度检测模块检测的温度值，判断所述电加热回路是否故障以及故障部件，发出故障报警信号。