CN110413020A

CN110413020A - 随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置

Info

Publication number: CN110413020A
Application number: CN201810389396.1A
Authority: CN
Inventors: 廖无限; 刘亚; 刘煜鸿; 王远洋; 王卫; 程汪扬
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-11-05

Abstract

本发明公开了随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，包括计算单元1、计算单元2、计数器0、计数器1、计数器2、非门、与门、单脉冲发生器和过零触发电路；计算单元2分别与计算单元1和计数器0连接；计数器1分别与计数器0、计数器2和非门连接；单脉冲发生器分别与计数器2和计算单元2连接。本发明提供的随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，在一个控制周期T内实现设置随机延时开通时间、开通时间和关断时间的功能，避免了现有周期过零触发控制器在同一供电线路多个同时使用会出现加热功率过于集中，总线路的线径相对增加，影响供电线路电能效率和利用率的问题。

Description

随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置

技术领域

本发明涉及电加热控制装置领域，更具体地说，是一种涉及随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置。

背景技术

交流电从一点到另一点，完成一次完整的周期变化，或者说是一个完整的正弦波形变化过程，叫一个周波，对于50Hz的交流电源，每秒就有50个周波；周期过零触发控制技术是在一个较长的固定周期内，通过触发电路控制导通周波个数和关断周波个数的比值，又称为占空比或时间比例，来控制负载功率的平均值；周期过零触发控制器因具有输出负载上是完整的正弦波，对电网谐波污染小的优势，在电加热控制系统中应用比较普遍；然而在同一供电线路下，同时使用这种技术的多个电加热控制系统，则会出现加热功率过于集中，势必会带来增加交流电源容量、提高总线路的线径等问题，进而会提高建设成本，同时影响供电线路的电能效率和利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，用以克服现有周期过零触发控制器所带来的缺陷。

为了实现上述发明的目的，本发明具体提供随机延时开通的周期过零触发控制器技术方案是：包括计算单元1、计算单元2、计数器0、计数器1、计数器2、非门、与门、单脉冲发生器和过零触发电路；所述的计算单元1，用于根据温控仪或上位机经PID运算后提供的控制偏差量ΔX，与其最大偏差量ΔXmax进行对比后，再转换成的百分数e，采用公式表示为e=（ΔX/ΔXmax）×100；所述的计算单元2,用于根据温控仪或上位机预设的控制周期T值和经由计算单元1得到的百分数e，获得一个控制周期T内的随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2，这里所指的时间均是表示周波的数量，开通时间t1是经过取整函数运算得到精确度为个位数的数值，采用公式表示为t1=int(e），随机延时开通时间t0是经过伪随机函数运算得到的数值，采用公式表示为t0=rand(T-t1)，关断时间t2为取差值运算得到的数值，采用公式表示为t2=T-t1-t0；所述的计数器0、计数器1和计数器2均设置有使能端EN、时钟端CP、预设值端PT、复位端R和输出端Q，计数器0、计数器1和计数器2的时钟端CP均接收来自周波过零同步脉冲信号T_syn，计数器0、计数器1和计数器2的复位端R均接收来自单脉冲发生器的输出信号；其中，计数器0的使能端EN用于接收来自温控仪或上位机提供的控制使能信号EN，计数器0的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供随机延时开通时间t0的值；计数器1的使能端EN用于接收来自计数器0的输出端Q的信号，计数器1的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供开通时间t1的值；计数器2的使能端EN用于接收来自计数器1的输出端Q的信号，计数器2的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供关断时间t2的值；非门的输入端用于接收来自计数器1的输出端Q的信号；与门的输入端分别用于接收来自交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn、计数器0的输出端Q的信号和非门的输出端信号；过零触发电路的输入端用于接收来自与门的输出端信号，过零触发电路的输出端则产生每个控制周期T内含有随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2的周期过零触发控制信号G_out；单脉冲发生器的输入端用于接收来自计数器2的输出端Q的信号，用以每个控制周期T内产生复位信号。

优选的，所述的交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn和周波过零同步脉冲信号T_syn是经交流同步转换电路外接交流电网相线L和中线N获得的。

优选的，随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，包括温控仪、随机延时开通的周期过零触发控制器、交流同步转换电路、主电路开关器件、加热元件和测温传感器；随机延时开通的周期过零触发控制器分别与交流同步转换电路、温控仪和主电路开关器件相连，加热元件分别与主电路开关器件和测温传感器相连，测温传感器还与温控仪相连；其中，温控给定信号SV和测温传感器输出信号通过温控仪获得控制周期T、使能控制信号EN和控制偏差量ΔX，在交流电网的相线L和中线N之间获取的交流信号，是通过交流同步转换电路获得交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn和周波过零同步脉冲信号T_syn；交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn、周波过零同步脉冲信号T_syn、控制周期T、使能控制信号EN和控制偏差量ΔX通过随机延时开通的周期过零触发控制器,获得每个控制周期T内含有随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2的周期过零触发控制信号G_out；周期过零触发控制信号G_out提供给主电路开关器件交流正负半周的过零触发控制信号；加热元件通过连通交流电源的主电路开关器件为其提供电能；测温传感器临近加热元件为温控仪提供现场反馈的温度数值。

优选的，是在上一个方案基础上的随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，把温控仪替换成上位机。

本发明的有益效果是，提供的随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，在一个控制周期T内设置了随机延时开通时间、开通时间和关断时间，相对现有的周期过零触发技术，在一个控制周期T内只有顺序相邻的开通时间和关断时间，避免了在同一供电线路下，同时使用这种技术的多个电加热控制系统，会出现加热功率过于集中，总线路的线径相对增加，影响供电线路电能效率和利用率的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例或技术方案描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的较典型实施例结构组成或电路的说明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统周期过零触发控制器典型的波形示意图。

图2是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器的波形示意图。

图3是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器的一种典型示意图。

图4是本发明交流同步转换电路典型示意图。

图5是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置一种典型示意图。

图6是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置另一种典型示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明技术组成、技术方案和实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如附图1和附图2所示，分别是传统周期过零触发控制器典型的波形示意图，本发明随机延时开通的周期过零触发控制器所得到的波形示意图；其中，信号1为控制周期T波形，信号2为电网的交流信号波形，信号3为周期过零触发控制器负载的波形，信号4为交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn波形，信号5为周波过零同步脉冲信号T_syn波形，信号6为通过本发明随机延时开通的周期过零触发控制器的负载波形；可以看出，周期过零触发技术在一个控制周期T内只有顺序相邻的开通时间和关断时间，若多个加热装置同时工作，负荷会相对集中，而本发明在一个控制周期T内设置了随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2，可以有效地避免负荷会相对集中问题。

如附图3所示，是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器的一种典型示意图，包括计算单元1、计算单元2、计数器0、计数器1、计数器2、非门、与门、单脉冲发生器和过零触发电路；所述的计算单元1，用于根据温控仪或上位机经PID运算后提供的控制偏差量ΔX，与其最大偏差量ΔXmax进行对比后，再转换成的百分数e，采用公式表示为e=（ΔX/ΔXmax）×100；所述的计算单元2,用于根据温控仪或上位机预设的控制周期T值和经由计算单元1得到的百分数e，获得一个控制周期T内的随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2，这里所指的时间均是表示周波的数量，开通时间t1是经过取整函数运算得到精确度为个位数的数值，采用公式表示为t1=int(e），随机延时开通时间t0是经过伪随机函数运算得到的数值，采用公式表示为t0=rand(T-t1)，关断时间t2为取差值运算得到的数值，采用公式表示为t2=T-t1-t0；所述的计数器0、计数器1和计数器2均设置有使能端EN、时钟端CP、预设值端PT、复位端R和输出端Q，计数器0、计数器1和计数器2的时钟端CP均接收来自周波过零同步脉冲信号T_syn，计数器0、计数器1和计数器2的复位端R均接收来自单脉冲发生器的输出信号；其中，计数器0的使能端EN用于接收来自温控仪或上位机提供的控制使能信号EN，计数器0的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供随机延时开通时间t0的值；计数器1的使能端EN用于接收来自计数器0的输出端Q的信号，计数器1的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供开通时间t1的值；计数器2的使能端EN用于接收来自计数器1的输出端Q的信号，计数器2的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供关断时间t2的值；非门的输入端用于接收来自计数器1的输出端Q的信号；与门的输入端分别用于接收来自交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn、计数器0的输出端Q的信号和非门的输出端信号；过零触发电路的输入端用于接收来自与门的输出端信号，过零触发电路的输出端则产生每个控制周期T内含有随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2的周期过零触发控制信号G_out；单脉冲发生器的输入端用于接收来自计数器2的输出端Q的信号，用以每个控制周期T内产生复位信号。

如附图4所示，是本发明交流同步转换电路典型示意图，所述的交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn和周波过零同步脉冲信号T_syn是经交流同步转换电路外接交流电网相线L和中线N获得的。

如附图5所示，是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置一种典型示意图，包括温控仪、随机延时开通的周期过零触发控制器、交流同步转换电路、主电路开关器件、加热元件和测温传感器；随机延时开通的周期过零触发控制器分别与交流同步转换电路、温控仪和主电路开关器件相连，加热元件分别与主电路开关器件和测温传感器相连，测温传感器还与温控仪相连；其中，温控给定信号SV和测温传感器输出信号通过温控仪获得控制周期T、使能控制信号EN和控制偏差量ΔX，在交流电网的相线L和中线N之间获取的交流信号，是通过交流同步转换电路获得交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn和周波过零同步脉冲信号T_syn；交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn、周波过零同步脉冲信号T_syn、控制周期T、使能控制信号EN和控制偏差量ΔX通过随机延时开通的周期过零触发控制器,获得每个控制周期T内含有随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2的周期过零触发控制信号G_out；周期过零触发控制信号G_out提供给主电路开关器件交流正负半周的过零触发控制信号；加热元件通过连通交流电源的主电路开关器件为其提供电能；测温传感器临近加热元件为温控仪，用以提供现场反馈的温度数值。

如附图6所示，是本发明随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置另一种典型示意图，是在附图5的基础上，把温控仪替换成上位机。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。倘若对本发明实施方式进行各种变形和修改，但尚在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.随机延时开通的周期过零触发控制器，是基于过零触发电加热控制系统的，其特征是：

包括计算单元1、计算单元2、计数器0、计数器1、计数器2、非门、与门、单脉冲发生器和过零触发电路；所述的计算单元1，用于根据温控仪或上位机经PID运算后提供的控制偏差量ΔX，与其最大偏差量ΔXmax进行对比后，再转换成的百分数e，采用公式表示为e=（ΔX/ΔXmax）×100；所述的计算单元2,用于根据温控仪或上位机预设的控制周期T值和经由计算单元1得到的百分数e，获得一个控制周期T内的随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2，这里所指的时间均是表示周波的数量，开通时间t1是经过取整函数运算得到精确度为个位数的数值，采用公式表示为t1=int(e），随机延时开通时间t0是经过伪随机函数运算得到的数值，采用公式表示为t0=rand(T-t1)，关断时间t2为取差值运算得到的数值，采用公式表示为t2=T-t1-t0；所述的计数器0、计数器1和计数器2均设置有使能端EN、时钟端CP、预设值端PT、复位端R和输出端Q，计数器0、计数器1和计数器2的时钟端CP均接收来自周波过零同步脉冲信号T_syn，计数器0、计数器1和计数器2的复位端R均接收来自单脉冲发生器的输出信号；其中，计数器0的使能端EN用于接收来自温控仪或上位机提供的控制使能信号EN，计数器0的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供随机延时开通时间t0的值；计数器1的使能端EN用于接收来自计数器0的输出端Q的信号，计数器1的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供开通时间t1的值；计数器2的使能端EN用于接收来自计数器1的输出端Q的信号，计数器2的预设值端PT用于接收来自计算单元2提供关断时间t2的值；非门的输入端用于接收来自计数器1的输出端Q的信号；与门的输入端分别用于接收来自交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn、计数器0的输出端Q的信号和非门的输出端信号；过零触发电路的输入端用于接收来自与门的输出端信号，过零触发电路的输出端则产生每个控制周期T内含有随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2的周期过零触发控制信号G_out；单脉冲发生器的输入端用于接收来自计数器2的输出端Q的信号，用以每个控制周期T内产生复位信号。

2.根据权利要求1所述的随机延时开通的周期过零触发控制器，其特征是：所述的交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn和周波过零同步脉冲信号T_syn是经交流同步转换电路外接交流电网相线L和中线N获得的。

3.随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，其特征是：包括温控仪、随机延时开通的周期过零触发控制器、交流同步转换电路、主电路开关器件、加热元件和测温传感器；随机延时开通的周期过零触发控制器分别与交流同步转换电路、温控仪和主电路开关器件相连，加热元件分别与主电路开关器件和测温传感器相连，测温传感器还与温控仪相连；其中，控制周期信号T和使能控制信号EN是通过温控仪人为设定的；控制偏差量ΔX是由人为设定的给定信号SV和测温传感器输出信号，通过温控仪运算得到的；在交流电网的相线L和中线N之间获取的交流信号，是通过交流同步转换电路获得交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn和周波过零同步脉冲信号T_syn；交流半周波过零同步脉冲信号AC_syn、周波过零同步脉冲信号T_syn、控制周期T、使能控制信号EN和控制偏差量ΔX通过随机延时开通的周期过零触发控制器，获得每个控制周期T内含有随机延时开通时间t0、开通时间t1和关断时间t2的周期过零触发控制信号G_out；周期过零触发控制信号G_out提供给主电路开关器件交流正负半周的过零触发控制信号；加热元件通过连通交流电源的主电路开关器件为其提供电能；测温传感器临近加热元件为温控仪提供现场反馈的温度数值。

4.根据权利要求3所述的随机延时开通的周期过零触发控制器及其加热装置，其特征是：把温控仪替换成上位机。