CN113639499A - 加热器控制系统、化霜控制方法、制冷系统及冰箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热器控制系统、化霜控制方法、制冷系统及冰箱，当结霜厚度达到第一预设值时开始化霜；当结霜厚度达到第二预设值时，结束化霜；在化霜时，采用五点取样法检测光透过蒸发器的前后时间差或强度衰减值来判断对应的蒸发器的结霜厚度，根据蒸发器结霜厚度通过PID算法实时调节加热器的输入电压。本申请在化霜时，根据蒸发器结霜厚度实时调节加热器的输入电压，通过检测结霜厚度准确得知结霜状况，同时变压化霜解决恒压化霜所带来的化霜不净、影响间室温度等弊端。

Description

加热器控制系统、化霜控制方法、制冷系统及冰箱
技术领域
本发明涉及化霜技术领域，特别涉及一种加热器控制系统、化霜控制方法、制冷系统及冰箱。
背景技术
目前风冷冰箱冷冻蒸发器均采用钢管加热器或石英管加热器进行化霜，但是无论采用钢管加热器或石英管加热器均采用定电压进行化霜与冰箱输入电压保持一致。而目前化霜控制一般采用恒定时间和恒定电压加热化霜的方式，这样的化霜方式使得当冷冻蒸发器结霜量过大时，容易出现化霜化不净现象，从而影响冰箱的制冷性能，而当冷冻蒸发器结霜量过小时，又容易出现热量传入间室使间室温升过高影响间室温度的问题。
发明内容
本发明提供了一种加热器控制系统、化霜控制方法、制冷系统及冰箱，解决了现有技术中加热器采用恒压化霜时带来的化霜不净、影响间室温度等缺陷。
本发明采用的技术方案是：一种化霜控制方法，在化霜时，根据蒸发器结霜厚度实时调节加热器的输入电压。
进一步地，当结霜厚度达到第一预设值时，开始化霜；当结霜厚度达到第二预设值时，结束化霜。
进一步地，通过检测光透过蒸发器的前后时间差来判断对应的蒸发器的结霜厚度。
进一步地，通过检测光透过蒸发器后强度衰减值来判断对应的蒸发器的结霜厚度。
进一步地，采用五点取样法检测蒸发器的结霜厚度。
进一步地，根据蒸发器的结霜厚度通过PID算法确定所述加热器的输入电压。
一种化霜加热器控制系统，包括：检测蒸发器结霜厚度的检测装置；与所述检测装置信号连接的前馈信息处理器；与所述检测装置信号连接的PID控制器，接收所述前馈控制信息，并根据所述前馈控制信息对反馈控制回路中的化霜加热器的输入电压进行调整。
进一步地，所述检测装置包括分别设于所述蒸发器相对两侧的光源信号发生器和光源信号接收器。
进一步地，所述前馈信息处理器为转换放大电路；反馈控制回路包括与所述PID控制器信号连接的比例放大器，所述比例放大器还与控制化霜加热器输入电压的控制模块信号连接。
一种制冷系统，包括化霜加热器和所述的化霜加热器控制系统。
一种冰箱，其包括所述的化霜加热器控制系统。
本申请在化霜时，根据蒸发器结霜厚度实时调节加热器的输入电压，通过检测结霜厚度准确得知结霜状况，同时变压化霜解决恒压化霜所带来的化霜不净、影响间室温度等弊端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明中化霜加热器控制系统的结构框图；
图2为本发明中第一个实施例中的化霜控制流程图；
图3为本发明中第二个实施例中的化霜控制流程图；
图4为本发明中主视方向检测装置安装结构示意图；
图5为本发明中侧视方向检测装置安装结构示意图；
图6为本发明中加热器输入电压控制流程示意图。
1、蒸发器；2、检测装置；21、光源信号发生器；22、光源信号接收器。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
本申请首先公开了一种化霜加热器控制系统，如图1所示，加热器控制系统包括检测装置、前馈信息处理器、PID控制器和反馈控制回路，检测装置能够检测蒸发器的结霜厚度，检测装置通过与前馈信息处理器信号连接以将检测信号进行转换处理，前馈信息处理器与PID控制器信号连接以对信号进行比例、微分、积分计算调节控制对象的控制参数；PID控制器通过反馈控制回路控制加热器的输入电压。
进一步地，检测装置包括光源信号发生器和光源信号接收器，光源信号发生器和光源信号接收器分别设置在蒸发器的两侧（进风侧和出风侧），光源信号发生器发射光源信号，光源信号接收器接收光源信号发生器所发出的光信号。
进一步地，前馈信息处理器为转换放大电路；反馈控制回路包括与PID控制器信号连接的比例放大器，比例放大器还与控制化霜加热器输入电压的控制模块信号连接。
如图2所示，在第一个实施例中，由于光在穿过蒸发器的时候会穿过空气和霜层，本实施例可利用光在空气中（3X108m/s）与霜层（2.2X108m/s）的传播速度不同的原理，通过采集光源信号发生器与光源信号采集器的时间差（△t）可以计算出霜层厚度。同时可以利用光源信号发生器与光源信号采集器的时间差（△t）作为化霜的切入与切出信号，当△t≥t1（根据实验预先设定的第一预设值），冰箱进入化霜控制程序；当△t≤t2（根据实验预先设定的第二预设值，且t1＞t2），冰箱退出化霜控制程序。
如图3所示，在第二个实施例中，可利用光穿过霜层的强度会有所衰减的原理，通过采集光源信号发生器与光源信号采集器所反映光的强度衰减大小（Φ）可以反应出霜层厚度的大小。同时可以利用光源信号发生器与光源信号采集器所反映光的强度衰减大小（Φ）作为化霜的切入与切出信号，当Φ≥Φ1（根据实验预先设定的第一预设值），冰箱进入化霜控制程序；当Φ≤Φ2（根据实验预先设定的第二预设值，且Φ1＞Φ2），冰箱退出化霜控制程序。
优选地，如图4所示，本申请中采用五点取样法进行取值，对蒸发器的五个点位同时设置一套检测装置采集结霜厚度，并计算最终五个点位的平均值作为调节参数，这样能够最大程度上保障所反应的结霜层的厚度的准确性，从而使得PID控制器能够对化霜加热器的输入电压做出更为精确的控制。
如图5所示，当系统进入到化霜程序的时候，化霜加热器按照预设电压（可以为最大运行功率）开启运行，此时检测装置将蒸发器上的结霜厚度情况实时反馈，转换放大电路将信号接收器所反馈的信号先放大之后反馈至PID控制器中，PID控制器根据反馈情况输出控制信号，控制信号经比例放大器后输入到控制模块控制加热器的输入电压。
其中，PID对偏差的校正方程为：
Figure 135327DEST_PATH_IMAGE001
；Kp：比例系数；Ti：积分时间常数；TD：微分时间常数；Ua：校正后的偏差；△U：偏差（V），△U=U1-Uf。
故PID的传递函数为：
Figure 600943DEST_PATH_IMAGE002
；而比例放大器传递函数为：
Figure 922203DEST_PATH_IMAGE003
。
化霜电压控制器利用变压器工作原理对电压进行控制，与传递信号成正比，故其传递函数为：
Figure 473270DEST_PATH_IMAGE004
。
检测装置工作原理是利用采集光源信号发生器与光源信号采集器的时间差（光源强度衰减大小）与霜层厚度成正比原理，故其传递函数为：
Figure 753159DEST_PATH_IMAGE005
。
转换放大电路是将检测装置输出的电流值进行放大并转换成电压信号送进PID控制器与指令信号进行计算比较，故其传递函数为：
Figure 338861DEST_PATH_IMAGE006
。
综上，最终求得的电压比例调节传递函数为：
Figure 565443DEST_PATH_IMAGE007
。
其中：K1为电流放大系数；K2为电流电压综合转化系数；且Kp、Ki、KD、K1、K2、K3、K4、K5等所有系数可根据实际需求进行调节，可以保证控制系统的稳定性、准确性、快速性。
本申请中只有在控制化霜的切入与切出的时候才会具体计算结霜层的厚度大小；在调节化霜加热器的电压大小的时候，则无需计算结霜层的厚度大小，仅仅通过前后两次检测装置所检测到的结霜层的厚度的相对变化作为调节的输入信号，利用改变传递函数系数，可达到霜层厚度小化霜电压小，霜层厚度化霜电压大目的，可以做到需要多少能量，提供多少能量，精确的控制化霜加热器的电压大小，使得在保证霜层化净的情况下节约能耗，避免因化霜电压过大导致加热器周围温升过大烤坏内胆、增加能耗；同时也避免化霜电压过低导致化霜时间过长，导致间室温升过大影响用户体验。
本申请还提出了一种制冷系统，该制冷系统包括本申请中所提出的化霜加热器控制系统。
同时，本申请还具体提出了一种冰箱，冰箱使用本申请所提出的制冷系统。
以上的具体实施例仅用以举例说明本发明的构思，本领域的普通技术人员在本发明的构思下可以做出多种变形和变化，这些变形和变化均包括在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种化霜控制方法，其特征在于，在化霜时，根据蒸发器结霜厚度实时调节加热器的输入电压。
2.根据权利要求1所述的化霜控制方法，其特征在于，当结霜厚度达到第一预设值时，开始化霜；当结霜厚度达到第二预设值时，结束化霜。
3.根据权利要求1所述的化霜控制方法，其特征在于，通过检测光透过蒸发器的前后时间差来判断对应的蒸发器的结霜厚度。
4.根据权利要求1所述的化霜控制方法，其特征在于，通过检测光透过蒸发器后强度衰减值来判断对应的蒸发器的结霜厚度。
5.根据权利要求1所述的化霜控制方法，其特征在于，采用五点取样法检测蒸发器的结霜厚度。
6.根据权利要求1所述的化霜控制方法，其特征在于，根据蒸发器的结霜厚度通过PID算法确定所述加热器的输入电压。
7.一种化霜加热器控制系统，其特征在于，包括：检测蒸发器结霜厚度的检测装置；与所述检测装置信号连接的前馈信息处理器；与所述检测装置信号连接的PID控制器，接收所述前馈控制信息，并根据所述前馈控制信息对反馈控制回路中的化霜加热器的输入电压进行调整。
8.根据权利要求7所述的化霜加热器控制系统，其特征在于，所述检测装置包括分别设于所述蒸发器相对两侧的光源信号发生器和光源信号接收器。
9.根据权利要求8所述的化霜加热器控制系统，其特征在于，所述前馈信息处理器为转换放大电路；反馈控制回路包括与所述PID控制器信号连接的比例放大器，所述比例放大器还与控制化霜加热器输入电压的控制模块信号连接。
10.一种制冷系统，包括化霜加热器，其特征在于，还包括：如权利要求7至9中任意一项所述的化霜加热器控制系统。
11.一种冰箱，其特征在于，包括如权利要求7至9中任意一项所述的化霜加热器控制系统。
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