燃气热水器抗风压控制系统的制作方法

本发明涉及流体加热器控制技术领域，特别是涉及一种燃气热水器抗风压控制系统。

背景技术：

随着燃气热水器走入千家万户，燃气热水器使用交流单相异步风机排风问题已凸现，从而造成产品在特殊环境容易出现烟道堵塞保护，例如特殊环境包括室内外温差较大的西北地区和寒冷大风的东部沿海地区以及部分安装在高楼风口环境的用户，不仅产生大量的废气回流现象，更可怕会造成火焰外溢，并且燃气热水器产生的噪音和漏电隐患也不易控制，甚至造成用户生命财产安全；同时，热水器的产品适应性和舒适性也不是很理想。相比之下，直流风机的抗风性能和噪音以及安全性都较好。

目前的燃气热水器大部分排气烟管装置结构较简单，而热水器使用的交流单相异步风机是固定转速，不管外部环境多么恶劣，始终保持恒定风速排风。在实际使用中不难发现，在室内外温差较大的西北地区和寒冷大风的东部沿海地区以及部分安装在高楼风口环境的用户，由于外部环境压力的高压多变，采用原有不可调节转速控制方式，燃气热水器排废气是不适用恶劣的使用环境的，从而造成其出现不稳定现象。

技术实现要素：

基于此，有必要针对如何提高抗风压性能的技术问题，提供一种燃气热水器抗风压控制系统。

一种燃气热水器抗风压控制系统，该燃气热水器抗风压控制系统包括主控制器、直流调速风机、风机控制电路、转速反馈电路及电流反馈电路；所述主控制器的控制端与所述风机控制电路的输入端连接，所述风机控制电路的输出端与所述直流调速风机的控制端连接；所述主控制器的输入端分别与所述转速反馈电路的输出端及所述电流反馈电路的输出端连接，所述转速反馈电路的输入端及所述电流反馈电路的输入端分别与所述直流调速风机的输出端连接；所述主控制器用于根据燃气热水器的负荷计算燃烧所需的空气量，输出调制解调信号至所述风机控制电路，控制所述直流调速风机以预设转速运转；所述主控制器还用于当燃气热水器的负荷发生变化时，调节调制解调信号的占空比，调节所述直流调速风机的转速以使燃气热水器的空气燃气配比为预设比值；所述主控制器还用于通过所述转速反馈电路检测所述直流调速风机的转速信号，得到所述直流调速风机的转速；以及，通过所述电流反馈电路检测所述直流调速风机的电流信号，得到所述直流调速风机的电流；所述主控制器还用于根据所述直流调速风机的转速和所述直流调速风机的电流计算所述直流调速风机的运行负荷；当所述运行负荷稳定时，若所述直流调速风机的转速升高，所述直流调速风机的电流减少，则增大调制解调信号的占空比，升高所述直流调速风机的转速，以使所述直流调速风机的输出风量恒定。

在其中一个实施例中，所述燃气热水器抗风压控制系统还包括燃气比例阀控制电路，所述主控制器用于通过所述燃气比例阀控制电路连接燃气热水器的燃气比例阀；

所述主控制器还用于在增大调制解调信号的占空比的同时通过所述燃气比例阀控制电路控制燃气比例阀的电流，以控制燃气热水器的空气燃气配比。

在其中一个实施例中，所述主控制器还用于根据燃气热水器的最大负荷及最小负荷，分别设定最大负荷与最小负荷时对应的燃气比例阀的电流，并根据燃气热水器的燃烧工况限定所述直流调速风机对应的转速以及电流值；

所述主控制器还用于当所述直流调速风机超出限定最大风机转速以及电流值且持续预设时间时，调节调制解调信号的占空比，以提高所述直流调速风机的电流。

在其中一个实施例中，所述主控制器还用于获取所述直流调速风机的额定负荷时的转速及电流值，并获取在预设异常状态时所述直流调速风机的异常转速及异常电流值；所述主控制器还用于当所述直流调速风机的转速及电流值超出限定的异常转速的预设范围及异常电流的预设差值时，补偿所述直流调速风机的电流。

在其中一个实施例中，所述补偿直流调速风机的电流根据异常状态下的风压值呈线性状态变化。

在其中一个实施例中，所述燃气热水器抗风压控制系统还包括报警电路，所述报警电路与所述主控制器连接，所述主控制器还用于向所述报警电路发出报警指令，以及向燃气热水器发出关闭指令，停止燃气热水器的工作。

在其中一个实施例中，所述燃气热水器抗风压控制系统还包括燃气热水器关闭控制电路，所述燃气热水器关闭控制电路与所述主控制器连接，所述燃气热水器关闭控制电路还用于连接燃气热水器，所述主控制器还用于在燃气热水器启动时向所述燃气热水器关闭控制电路发送停止指令以断开燃气热水器的阀门。

在其中一个实施例中，所述主控制器还用于当检测到所述直流调速风机的实时转速超过所述直流调速风机的最大转速限值且持续预设转动时间值时，所述燃气热水器关闭控制电路执行动作关闭燃气热水器。

在其中一个实施例中，所述燃气热水器抗风压控制系统还包括开关电源，所述直流调速风机通过所述开关电源连接外部电源。

在其中一个实施例中，所述燃气热水器抗风压控制系统还包括热负荷比较电路，所述热负荷比较电路与所述主控制器连接，用于判定所述直流调速风机的电流与燃气热水器负荷是否匹配。

上述燃气热水器抗风压控制系统，通过采用调制解调控制方式，使得燃气热水器在比较恶劣的环境下使用时，可以有效地避免大量的废气回流以及火焰外溢现象，噪音和漏电隐患也得到较好控制，从而使得燃气热水器的产品适应性和舒适性也得到进一步的提升，保证燃烧噪音、烟气、热效率达到最佳状态。

附图说明

图1为一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统的结构示意图；

图3为另一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统的结构示意图；

图4为另一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统的结构示意图；

图5为交流单相异步风机的特性曲线和燃气热水器工作点示意图；

图6为一个实施例中PWM调速风机特性曲线和燃气热水器工作点示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

值得一提的是，本发明涉及调制解调控制，即脉宽调制(PWM)，调制解调控制方式的基本原理是：对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

请参阅图1，其为一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统10的结构示意图，例如，一种燃气热水器抗风压控制系统10包括主控制器110、直流调速风机120、风机控制电路130、转速反馈电路140及电流反馈电路150。主控制器110的控制端与风机控制电路130的输入端连接，风机控制电路130的输出端与直流调速风机120的控制端连接。

主控制器110的输入端分别与转速反馈电路140的输出端及电流反馈电路150的输出端连接，转速反馈电路140的输入端及电流反馈电路150的输入端分别与直流调速风机120的输出端连接。

主控制器110用于根据燃气热水器的负荷计算燃烧所需的空气量，输出调制解调信号至风机控制电路130，控制直流调速风机120以预设转速运转。主控制器110还用于当燃气热水器的负荷发生变化时，调节调制解调信号的占空比，调节直流调速风机120的转速以使燃气热水器的空气燃气配比为预设比值。

主控制器110还用于通过转速反馈电路140检测直流调速风机120的转速信号，得到直流调速风机120的转速。以及，通过电流反馈电路150检测直流调速风机120的电流信号，得到直流调速风机120的电流。

主控制器110还用于根据直流调速风机120的转速和直流调速风机120的电流计算直流调速风机120的运行负荷。当运行负荷稳定时，若直流调速风机120的转速升高，直流调速风机120的电流减少，则增大调制解调信号的占空比，升高直流调速风机120的转速，以使直流调速风机120的输出风量恒定。

上述燃气热水器抗风压控制系统10，采用调制解调控制方式，使得燃气热水器在比较恶劣的环境下使用时，可以有效地避免大量的废气回流以及火焰外溢现象，噪音和漏电隐患也得到较好控制，从而使得燃气热水器的产品适应性和舒适性也得到进一步的提升，保证燃烧噪音、烟气、热效率达到最佳状态。

例如，主控制器110为单片机、微型处理器等。

例如，直流调速风机120通过输入直流电能，使直流电动机旋转以带动风机叶轮旋转，从而实现直流电能向机械能转换过程的风机。本实施例中，直流调速风机120用于向燃气热水器供应空气以及排出废气。例如，燃气热水器抗风压控制系统还包括开关电源，直流调速风机120通过开关电源连接外部电源。这样可以通过开关电源向直流调速风机120供电。

本实施例中，直流调速风机应用到燃气热水器上，使用直流风机抗风压PWM控制方法。例如，直流调速风机的接口的四根信号线分别是：励磁电压、地线、调速电压、风速反馈。这样，应用直流调速风机时，可以使得整个燃气热水器抗风压控制系统控制简单，而且性能稳定。

例如，风机控制电路130是用于在主控制器110的控制指令下控制直流调速风机120的工作的电路，例如，主要是控制直流调速风机120的电流和电压，以控制直流调速风机120的转速，进而控制直流调速风机120的进风量。例如，转速反馈电路140是用于采集直流调速风机120的转速，包括实时转速、平均转速、最小转速及最大转速等；例如，转速反馈电路140将采集到的转速信号传送至主控制器110。例如，电流反馈电路150用于采集直流调速风机120的电流，包括实时电流、平均电流、最小电流、额定电流及最大电流等；例如，电流反馈电路150将采集到的电流信号传送至主控制器110。

本实施例中，风机转速反馈电路与风机电流反馈电路，用来检测风机的实时转速与电流；主控制器芯片控制电路，存储有无外部风压时，风机电流与风机转速的对应关系、及风机转速与燃气比例阀电流值的对应关系，用于根据热负荷、电流检测、转速比较电路的比较结果来发出风机PWM调整命令，及根据风机转速检测电路的检测结果来发出燃气比例阀电流调整命令；风机转速，风机电流调节的执行终端，通过脉宽调制(PWM)来实现风机电流的变化；燃气比例阀控制电路，空风与燃气配比执行终端，根据主控制器芯片控制电路的命令改变燃气比例阀电流。

请参阅图2，其为另一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统的结构示意图，例如，燃气热水器抗风压控制系统还包括燃气比例阀控制电路160，主控制器110用于通过燃气比例阀控制电路160连接燃气热水器的燃气比例阀。燃气比例阀控制电路160用于接收主控制器110的控制信号控制燃气热水器的燃气比例阀的开启或者关断以及燃气热水器的燃气比例阀的开度，即根据控制信号控制燃气比例阀的开启程度。例如，主控制器110还用于在增大调制解调信号的占空比的同时通过燃气比例阀控制电路160控制燃气比例阀的电流，以控制燃气热水器的空气燃气配比，即控制燃气热水器的空气燃气比例，例如，控制燃气热水器的空气与燃气体积比例。

例如，燃气热水器抗风压控制系统还包括热负荷比较电路，热负荷比较电路与主控制器110连接，用于判定直流调速风机120的电流与燃气热水器负荷是否匹配。本实施例中，热负荷比较电路，用来比较判定当前的风机电流与燃气热水器负荷是否匹配。例如，风机转速反馈电路与风机电流反馈电路，用来检测风机的实时转速与电流。例如，主控制器芯片控制电路，存储有无外部风压时，风机电流与风机转速及风机转速与燃气比例阀电流值的对应关系，用于根据热负荷、电流检测、转速比较电路的比较结果来发出风机PWM调整命令，及根据风机转速检测单元的检测结果来发出燃气比例阀电流调整命令；风机转速，风机电流调节的执行终端，通过脉宽调制(PWM)来实现风机电流的变化；燃气比例阀控制电路，空风与燃气配比执行终端，根据主控制器芯片控制电路的命令改变燃气比例阀电流。

本实施例中，当燃气热水器的负荷发生变化时，调节调制解调信号的占空比，调节直流调速风机120的转速，以及通过燃气比例阀控制电路160控制燃气热水器的空气燃气配比，以使燃气热水器的空气燃气配比为预设比值。如此，当负荷发生变化时，例如燃气热水器的负荷发生变化时，主控制器及时调节PWM信号的占空比，调节风机转速，保证空气—燃气配比始终处在最佳状态。

为了解决风机因转速过高导致的风机寿命短的问题，例如，通过限定风机的最大转速最大值，最大程度地利用直流风机的抗外部风压特性，在比较恶劣的使用环境下，使燃气热水器燃烧的燃气与空气配比达到最佳，保证热水器稳定燃烧工作。

本实施例中，主控制器110还用于根据燃气热水器的最大负荷及最小负荷，分别设定最大负荷与最小负荷时对应的燃气比例阀的电流，并根据燃气热水器的燃烧工况限定直流调速风机120对应的转速以及电流值。主控制器110还用于当直流调速风机120超出限定最大风机转速以及电流值且持续预设时间时，调节调制解调信号的占空比，以提高直流调速风机120的电流。

本实施例中，分别设定最大负荷与最小负荷时对应燃气比例阀电流，然后根据热水器的燃烧工况限定风机对应的转速以及电流值；当出现异常堵塞以及风压过大时，超出限定最大风机转速以及电流值时，并持续预设时间，例如，持续2秒～3秒以上；又如，持续3秒时，控制器及时自动调节PWM信号的占空比，提高直流风机的电流，从而提高风机转速达到抗风压能力。这样，通过限定风机的最大转速最大值，最大程度地利用直流风机的抗外部风压特性，在比较恶劣的使用环境下，使燃气热水器燃烧的燃气与空气配比达到最佳，保证热水器稳定燃烧工作，并延长风机使用寿命。

例如，主控制器110还用于获取直流调速风机120的额定负荷时的转速及电流值，并获取在预设异常状态时直流调速风机120的异常转速及异常电流值；主控制器110还用于当直流调速风机120的转速及电流值超出限定的异常转速的预设范围及异常电流的预设差值时，补偿直流调速风机120的电流。本实施例中，利用限定额定负荷时风机转速及电流值，并限定异常堵塞以及风压过大时风机转速及电流值，当超出限定转速范围及电流值差值时，判定为风压堵塞，从而防止额定负荷工作时出现异常提高转速的现象。

本实施例中，补偿直流调速风机120的电流根据异常状态下的风压值呈线性状态变化。也就是说，当判定为风压堵塞时，通过程序控制给直流调速风机的电流值进行补偿，而所述补偿电流值随着风压大小呈线性状态变化。这样通过程序控制给直流调速风机的电流值进行补偿，而补偿电流值随着风压大小呈连续线性状态变化，风机反映时间更快，燃烧工况更好。

请参阅图3，其为另一个实施例中燃气热水器抗风压控制系统的结构示意图，例如，燃气热水器抗风压控制系统还包括报警电路170，报警电路170与主控制器110连接。也就是说，在主控制器芯片控制电路上还连接有报警电路。例如，报警电路170用于接收主控制器110的控制发出警报信号，例如，报警电路170设置扬声器，用于接收主控制器110的控制发出警报声；又如，例如，报警电路170设置LED跑马灯，用于接收主控制器110的控制发出闪烁跑马灯警报信号。例如，主控制器110还用于向报警电路170发出报警指令，以及向燃气热水器发出关闭指令，停止燃气热水器的工作。本实施例中，当主控制器判定为风压堵塞限定的风机转速及电流值时发出报警命令，同时关闭燃气比例阀，停止热水器工作。

为了最大限度保证用户使用安全性，例如，在风压全堵塞状态时，如果整机PWM调节到最大限定值并运行6s时，达到运行风机电流设定值，热水器开机时发出报警命令，燃气比例阀不准开阀。

进一步的，请参阅图4，例如，燃气热水器抗风压控制系统还包括燃气热水器关闭控制电路180，燃气热水器关闭控制电路180与主控制器110连接，燃气热水器关闭控制电路180还用于连接燃气热水器，主控制器110还用于在燃气热水器启动时向燃气热水器关闭控制电路180发送停止指令以断开燃气热水器的阀门。例如，主控制器110还用于当检测到直流调速风机120的实时转速超过直流调速风机120的最大转速限值且持续预设转动时间值时，燃气热水器关闭控制电路180执行动作关闭燃气热水器。

本实施例中，主控制器芯片控制电路中存储有风机的最大转速限值，当风机转速单元检测到的实时转速超过风机的最大转速限值且持续预设转动时间值时，例如，持续2秒～4秒，例如，持续3秒以上时，燃气热水关闭控制电路执行动作关闭热水器。这样，通过主控制器判定为风压全堵塞状态时，热水器开机时发出报警命令，燃气比例阀不准开阀，最大限度保证用户使用安全性。

需要说明的是，如果整机稳定运行在某一负荷时，由于风机自身的特性，电功率会增大，风机转速升高，并出现电流减小，达到风机设定的电流范围限定值时，主控制器即判断风机排风口发生异常，如烟管堵塞或外部风压较大，然后自动调节PWM信号，提高风机转速，通过程序控制给直流调速风机的电流进行补偿，使风机电流保持与烟管堵塞前一样，保证输出风量的恒定；当主控制器检测到转速超过系统设定的异常判定值时，系统自动停机。

值得一提的是，如图5所示，其为交流单相异步风机的特性曲线和燃气热水器工作点示意图，传统的交流单相异步风机在额定电压220V下转速是2800r/min-3000r/min之间，并且这个转速是恒定的。若主控制器中加入交流斩波调压电路，可实现硬件调速，有效调速范围一般在1200～2800r/min之间。但风机特性决定风量不能在得到提高，另外风机的输出由双向可控硅进行控制，频繁性的导通和关断会降低双向可控硅的使用寿命。

本发明中，如图6所示，直流调速风机作为燃气热水器的供风系统的关键部件，能够把空气量与燃气量最大限度充分混合，保证燃烧室的燃气充分燃烧，并将燃烧后产生的烟气排出户外。按根据上述示意图及实验测试可知，当热负荷与直流调速风机按照设计转速运转，提供所需的空气量，当在比较恶劣的使用环境时，排风量降低，热负荷发生变化时，主控制器及时调节PWM信号的占空比，调节风机转速，保证空气与燃气配比始终处在最佳状态。同时主控制器的AD口通过转速反馈电路及电流反馈电路检测当前直流调速风机的转速信号和电流信号；燃气比例阀达到设定热水器最大负荷工作时，风机功率也将继续增加，直流风机转速比正常燃烧状态下的热水器最大负荷对应值的转速还大，从而达到抗风压目的。

值得一提的是，本发明提供一种对可调速电机的转速、电流进行综合判定，使用PWM信号调节占空比的方法，并使控制器根据当前负荷自动计算燃烧所需的空气量的燃气热水器自适应抗风压的控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、采用PWM控制方式，热水器在比较恶劣的使用环境下，可以有效避免大量的废气回流以及火焰外溢现象，噪音和漏电隐患也得到较好控制，热水器的产品适应性和舒适性也得到进一步的提升；保证燃烧噪音、烟气、热效率达到最佳状态。

二、通过限定风机的最大转速最大值，最大程度地利用直流风机的抗外部风压特性，在比较恶劣的使用环境下，使燃气热水器燃烧的燃气与空气配比达到最佳，保证热水器稳定燃烧工作，并延长风机使用寿命。

三、通过主控制器110判定为风压全堵塞状态时，热水器开机时发出报警命令，燃气比例阀不准开阀，最大限度保证用户使用安全性。

四、通过程序控制给直流调速风机120的电流值进行补偿，而补偿电流值随着风压大小呈连续线性状态变化，风机反映时间更快，燃烧工况更好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。