CN110793079A - 一种用于厨房风机上的智能控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于厨房风机上的智能控制器及其控制方法，所述控制器可根据油烟浓度传感器的数据通过SPWM算法或V/F算法实现对IGBT的分时开关控制，使控制器输出不同的频率和电压，进而调节风机的运行频率。可使用SPWM或V/F对风机进行控制，能实现风机的平滑启动，彻底消除了传统电机启动的冲击电流。可运用SPMW或V/F算法，通过改变开关频率来降低电机刺耳的噪音，使其更适应人的听觉系统。可实时检测风机的运行电流，进而能实时有效地监测实时功率以及节能占比。

Description

一种用于厨房风机上的智能控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及厨房风机研究领域，特别涉及一种用于厨房风机上的智能控制器及其控制方法。

背景技术

厨房的抽油烟机，安装在厨房炉灶上方，用于将炉灶燃烧的废物和烹饪过程中产生的对人体有害的油烟迅速抽走，净化厨房环境。目前的抽油烟机均采用人工控制，根据烹饪程序的不同，操作人员往往需要反复的开启和关闭，由于抽油烟机的风机在启动时会有很大的冲击电流，将对电网和其它设备造成很大影响。另外，当前风机速度大多只有一个档位，只能运行在市电频率50HZ，在油烟浓度较小时，存在电能的浪费。针对这种情况，也有研究人员将风机速度设置了多个档位，供使用者自己进行调整，这种方法虽然能够一定程度上减少电能的浪费，但是在酒店、餐饮行业等需要长期进行各种形式烹饪的场合，使用者需要不停的反复进行手动调节，使得抽油烟机使用过程繁琐。

另外，传统的风机大部分是放在室内，使用时的噪音比较大，严重影响室内人员的听觉，这种噪音的长期存在也会对人的神经系统造成一定的损伤。

为此，研究一种节能、静音的用于厨房风机控制的控制器，并优化其控制方法具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于厨房风机上的智能控制器及其控制方法，其能够根据油烟的浓度而适时调整风量的大小，具有节能的优点，且使用SPWM(或V/F)对风机进行控制，通过改变开关频率来降低电机的噪音，从而具有静音的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种用于厨房风机上的智能控制器，包括电源输入部分、控制部分和用户接口部分，所述电源输入部分为智能控制器各个部件提供电压，所述用户接口部分包括油烟浓度传感器；所述控制部分包括中央控制器以及SPWM或V/F控制输出的功率器件IGBT，中央控制器根据油烟浓度传感器的数据通过SPWM或V/F算法实现对IGBT的分时开关控制，使控制器输出不同的频率和电压，进而调节风机的运行频率。本发明可以自动根据油烟浓度的情况调节风机的运行速度，在油烟浓度较少的时候，控制器通过降低输出电压来降低风机的运行频率，以达到节能的目的，当油烟浓度较大时，加快风机的运行速度，以达到更好的抽排效果。

优选的，所述电源输入部分包括依次相连的整流部分、母线电容滤波部分和开关电源，整流部分与外部三相电源相连，整流部分对三相电进行整流，母线电容滤波部分进行滤波后得到平稳的直流母线电压，开关电源用于将滤波后的电压转换成智能控制器各个部件所需要的电压。

优选的，所述控制部分还包括电流检测部分，电流检测部分用于实时检测风机的运行电流，获取的电流信息发送到中央控制器，用于监测实时功率以及节能占比。

更进一步的，根据电流信息得到所述实时功率和节能占比的方法是：

实时功率P1计算公式为：

其中，U为风机的输入电压也即控制器的输出电压，I为风机的力矩输入电流也即控制器的力矩输出电流，而电流检测部分检测的电流是控制器的总输出电流，总输出电流包括励磁电流和力矩电流，可通过软件矢量算法把总输出电流分解为励磁电流和力矩电流，其中励磁电流用来产生电磁场，力矩电流主要用来做功；

节能占比公式为：(1-P1/P2)*100％，其中P1为风机实时功率，P2为风机的额定功率。

更进一步的，所述中央控制器根据油烟浓度传感器的数据通过V/F算法实现对IGBT的分时开关控制时，使控制器输出不同的频率和电压，方法如下：通过控制IGBT导通的时间来控制输出电压，同时使输出频率和输出电压呈现一定的线性关系，中央控制器通过改变控制IGBT的开关频率改善风机的声音。

更进一步的，在启动时，中央控制器通过对IGBT的分时开关控制使智能控制器的输出由待机状态慢慢地启动，实现风机的平滑启动。从而彻底消除启动时的冲击电流。

优选的，所述用户接口部分还包括通信接口、LCD智能显示屏，以及若干个I/O输入输出接口，所述I/O输入输出接口与外部传感器相连。

更进一步的，所述通信接口采用标准的RS485通信协议。能满足大部分的使用场合。

更进一步的，所述外部传感器包括但不限于：烟雾传感器，油烟传感器，温度传感器。

一种用于厨房风机上的智能控制器的控制方法，包括步骤：自动检测当前油烟的浓度，通过SPWM或V/F算法实现对IGBT的分时开关控制，使控制器输出不同的频率和电压，进而调节风机的运行频率。

优选的，所述运用SPWM或V/F算法，控制IGBT的开关频率以降低风机的声音。

优选的，所述在启动时，通过对IGBT的分时开关控制使智能控制器的输出由待机状态慢慢地启动，实现风机的平滑启动。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明智能控制器能自动检测油类浓度，并根据油烟浓度自动调节风机的运行速度，在油烟浓度较少的时候，控制器通过降低输出电压来降低风机的运行频率，以达到节能的目的；当油烟浓度较大时，加快风机的运行速度，以达到更好的抽排效果。

2、本发明智能控制器使用SPWM(或V/F)对风机进行控制，能实现风机的平滑启动，彻底消除了传统电机启动的冲击电流。

3、本发明智能控制器运用SPMW(或V/F)算法，通过改变开关频率来降低电机刺耳的噪音，使其更适应人的听觉系统。

4、本发明可实时检测风机的运行电流，进而能实时有效地监测实时功率以及节能占比。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例一种用于厨房风机上的智能控制器，包括电源输入部分、控制部分和用户接口部分，电源输入部分与外部三相电源相连，控制部分的输出端接厨房风机，下面结合附图对各个部分进行具体说明。

本实施例中，电源输入部分主要是给机器提供三相电，包括整流部分、母线电容滤波部分和开关电源等，外部三相电经过整流和电容滤波后得到比较平稳的直流母线电压，直流母线电压经开关电源后可转换出机器需要的各路电源。

本实施例中，控制部分包括MCU中央控制器及其相关外围，电流检测电路以及SPWM(或V/F)控制输出的功率器件IGBT等；MCU中央控制器主要可实现下述三种控制：

一、根据油烟浓度自动调节风机的运行速度

外部油烟浓度传感器接到本实施例MCU中央控制器的其中一个油烟检测输入口(假设为A1)，当外部油烟浓度比较大时，CPU检测口A1电压就会升高，此时CPU就会发出控制命令，让控制器的输出频率变大，让IGBT的开通时间加长，此时控制器的输出频率和输出电压都会变大，即风机的运行速度会加快，当风机运行速度加大到一定程度时，足够把油烟抽出室外，此时室内油烟浓度会降低，而同时CPU检测口A1的电压也会降低，此时CPU会发出控制命令，让控制器的输出频率减少，让IGBT开通的时间变短，此时控制器的输出频率和输出电压会变小，即风机的运行速度会降低，如此反复，控制器通过外部油烟浓度传感器可实现油烟浓度的自动调节。

通过V/F算法实现对六路IGBT的分时开关控制，使控制器输出不同的频率和电压，同时能让输出频率和输出电压呈现一定的线性关系。

二、实现风机的平滑启动

如前所述，MCU中央控制器通过对IGBT的分时开关控制，能让风机从0HZ平滑启动，即控制器输出频率由0HZ开始慢慢往上加频率(此时风机两端电压也是由0V慢慢往上加的)，使风机速度慢慢随频率增加而变大，这就是通常说的变频启动。以住的电机要么是直接上市电启动，要么就是星/三角形切换启动，都会产生较大的冲击电流，对风机或者其它设备造成伤害。

在启动时，MCU中央控制器通过SPWM算法对IGBT的分时开关控制，SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、使用较广泛的PWM法。冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

三、降低电机刺耳的噪音

MCU中央控制器可灵活通过改变控制IGBT的开关频率，可以改善电机的噪音，使电机噪音不再那么刺耳，更能适应人的听觉系统。

另外，本实施例中电流检测电路可以检测风机的运行电流，根据电流实现实时功率以及节能占比的监测，具体的：

实时功率是指此时风机实际运行所消耗的功率，与风机实际的输入电压与电流有关，具体计算公式为：

其中，U为风机的输入电压也即控制器的输出电压，I为风机的力矩输入电流也即控制器的力矩输出电流，而电流检测部分检测的电流是控制器的总输出电流，总输出电流包括励磁电流和力矩电流，可用通过软件矢量算法能精确地把总电流分解为励磁电流和力矩电流，其中励磁电流用来产生电磁场，力矩电流主要用来做功，这在电机控制领域属于公知常识。

节能占比的公式为：(1-P1/P2)*100％，其中P1为风机实时功率，P2为风机的额定功率，即风机铭牌上标名的功率。

一般情况下，在风管通路以及外部条件一致的情况下，风机运行的电流大小与风机的运行速度是成正比关系的，即风机运行速度越快，其电流也越大，相应消耗的电能也就越多，即只要风机运行下50HZ以下，此时风机都是节能的。

本实施例中，用户接口部分主要是显示一些信息以及从外部获得一些相关信息然后再反馈给MCU中央处理器，实现相关操作。包括通信接口和LCD智能显示屏，以及一些IO输入输出接口等。其中通信接口是标准的RS485通信协议，LCD屏幕可向用户显示实时功率以及实时的节能占比等相关信息。

I/O输入输出口可连接外部的一些传感器，比如烟雾传感器，油烟传感器，温度传感器等，这些传感器信息可通过这些I/O输入口反馈给MCU中央控制器。如外部接的是油烟浓度传感器，MCU中央控制器根据油烟传感器反馈的信息可随时降低或升高厨房风机的运行频率，当油烟浓度低时，降低风机运行频率，这样更加省电节能；当油烟浓度较大时，加快风机的运行速度，以达到更好的抽排效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，包括电源输入部分、控制部分和用户接口部分，所述电源输入部分为智能控制器各个部件提供电压，所述用户接口部分包括油烟浓度传感器；所述控制部分包括中央控制器以及SPWM或V/F控制输出的功率器件IGBT，中央控制器根据油烟浓度传感器的数据通过SPWM或V/F算法实现对IGBT的分时开关控制，使控制器输出不同的频率和电压，进而调节风机的运行频率。

2.根据权利要求1所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，所述电源输入部分包括依次相连的整流部分、母线电容滤波部分和开关电源，整流部分与外部三相电源相连，整流部分对三相电进行整流，母线电容滤波部分进行滤波后得到平稳的直流母线电压，开关电源用于将滤波后的电压转换成智能控制器各个部件所需要的电压。

3.根据权利要求1所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，所述控制部分还包括电流检测部分，电流检测部分用于实时检测风机的运行电流，获取的电流信息发送到中央控制器，用于监测实时功率以及节能占比。

4.根据权利要求3所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，根据电流信息得到实时功率P1的方法是：

其中，U为风机的输入电压也即控制器的输出电压，I为风机的力矩输入电流也即控制器的力矩输出电流，而电流检测部分检测的电流是控制器的总输出电流，总输出电流包括励磁电流和力矩电流，通过矢量算法把总输出电流分解为励磁电流和力矩电流，其中励磁电流用来产生电磁场，力矩电流用来做功；

根据电流信息得到节能占比P3的方法是：

P3＝(1-P1/P2)*100％；

其中，P1为风机实时功率，P2为风机的额定功率。

5.根据权利要求1所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，所述中央控制器根据油烟浓度传感器的数据通过V/F算法实现对IGBT的分时开关控制时，使控制器输出不同的频率和电压，方法如下：通过控制IGBT导通的时间来控制输出电压，同时使输出频率和输出电压呈现一定的线性关系，中央控制器通过改变控制IGBT的开关频率改善风机的声音。

6.根据权利要求1所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，在启动时，中央控制器通过对IGBT的分时开关控制使智能控制器的输出由待机状态慢慢地启动，实现风机的平滑启动。

7.根据权利要求1所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，所述用户接口部分还包括通信接口、LCD智能显示屏，以及若干个I/O输入输出接口，所述I/O输入输出接口与外部传感器相连。

8.根据权利要求7所述的用于厨房风机上的智能控制器，其特征在于，所述通信接口采用标准的RS485通信协议；所述外部传感器包括但不限于：烟雾传感器，油烟传感器，温度传感器。

9.一种用于权利要求1-8任一项所述的厨房风机上的智能控制器的控制方法，其特征在于，包括步骤：自动检测当前油烟的浓度，通过SPWM或V/F算法实现对IGBT的分时开关控制，使控制器输出不同的频率和电压，进而调节风机的运行频率。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述运用SPWM或V/F算法，控制IGBT的开关频率以降低风机的声音；

在启动时，通过对IGBT的分时开关控制使智能控制器的输出由待机状态慢慢地启动，实现风机的平滑启动。

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