一种输出相位优化的pwm调功系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种输出相位优化的PWM调功系统及方法。其特征在于包括控制系统、驱动电路、N个固态继电器、N个加热器构成；其中一个固体继电器与一个加热器构成一个控温点；在这N个控温点的温控系统中，第i路PWM信号控制第i路控温点。在一个控制周期T内，当PWM波输出占空比不为100%时亦即低电平时间t2>0时，使各控温点的PWM输出初相位错开，各控温点的PWM输出初相位彼此错开周期，即第i路初相位为，i=1,2,…,N，实现在整个控制周期内，电网的整体损失电流均匀化，从而大大降低多控温点温控系统工作时对电网的冲击，降低能耗。本发明可应用于管道热处理工艺，工业窑炉温度控制等场合。
【专利说明】一种输出相位优化的PWM调功系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输出相位优化的PWM调功方法，具体涉及一种通过PWM调功方式进行多路温度控制输出的控温系统，属于电气工程领域。
【背景技术】
[0002]温度控制系统是最常用的一种控制系统，在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有极其重要的地位，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制过程，其过程复杂多变，具有不确定性，因此要求系统有更为先进的控制技术。
[0003]传统的温度控制系统设计中，每一路控温点都用一路PWM信号控制，因此各加热器的启动时间完全相同，从而导致电网的瞬时损失电流很大，对电网产生冲击，产生较高的能耗。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种输出相位优化的PWM调功系统及方法，以减小电网污染，降低能耗。[0005]为克服现有多路输出的PWM调功方式缺陷，本发明通过输出相位优化的PWM调功方式进行多路温度控制，具体技术方案如下:
[0006]一种输出相位优化的PWM调功系统，其特征在于包括控制系统、驱动电路、N个固态继电器、N个加热器构成；第i个固态继电器与第i个加热器够成第i个控温点，i=l，2，…，N，N为大于2的整数，各控温点以并联形式接入控制系统；若要使第i路控温点工作，控制系统发出第i路PWM信号给第驱动电路，驱动电路根据所得PWM信号，触发第i个固体继电器动作，第i路固体继电器吸合，则启动第i个回路控温点工作，系统对目标进行加热；反之，第i个固态继电器断开，第i个控温点停止工作，第i个回路温控系统停止加热控温点的温控系统中，第i路PWM信号控制第i路控温点。
[0007]当所有N路PWM信号同时以100%的占空比输出时，等价于在一个周期T内固态继电器始终保持闭合状态，于是在一个周期T内整个回路的最大损失电流值Imax为各路分电流之和，Imax= (1+1+……+I)=NXI ;若任意选择其中的M路，M〈N，若M路PWM信号以小于
100%占空比输出高电平时，则在一个周期时间T的前#段时间内，整个多回路温控系统的
最大损失电流值为Imax=NXI,在后1-$段时间内，电网的损失电流值为O ;由此可见，控温点对电网的瞬时冲击较大。
[0008]根据所述的一种输出相位优化的PWM调功系统的PWM调功方法，其特征在于:在一个控制周期T内，当PWM波输出占空比不为100%即低电平时间t2>0时，使各控温点的PWM输出初相位错开，各控温点的PWM输出初相位彼此错开&周期，即第i路初相位为?=1，2，...，Ν，实现在整个控制周期T内，电网的整体损失电流均匀化，从而大大降
TV
低多控温点温控系统工作时对电网的冲击，降低能耗。
[0009]本发明具有有益效果。本发明的损失电流仅为传统方案的1/4，且在整个控制周期T内，输出电流均匀化，大大降低系统对电网瞬时的冲击。当系统不是以100%的占空比输出时，可以大幅度降低电网的损失电流，从而降低能耗，减少控温系统对对电网的冲击污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明系统结构图；
[0011]图2为本发明PWM输出信号占空比图；
[0012]图3为常规多回路控制时电网电流消耗图；
[0013]图4为输出相位优化的电网电流消耗图；
[0014]图5为4路控温点的输出相位优化的电网电流消耗图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案做更进一步的解释。
·[0016]为实现上述目的，本发明提出的一种输出相位优化PWM调功进行多路输出的系统，其结构如图1所示，控制系统、驱动电路、N个固态继电器、N个加热器构成；第i个固态继电器与第i个加热器够成第i个控温点，i=l,2,-,N, N>2,各控温点以并联形式接入控制系统；若要使第i路控温点工作，控制系统发出第i路PWM信号给驱动电路，驱动电路根据所得PWM信号，触发第i个固体继电器动作，第i路固体继电器吸合，则启动第i个回路控温点工作，系统对目标进行加热；反之，第i个固态继电器断开，第i个控温点停止工作，第i个回路温控系统停止加热；在N个回路温控系统中，第i路PWM信号控制第i路控温点。
[0017]如图2所示，在PWM信号输出的任一周期T内，高电平时间为tl，低电平时间为t2，输出占空比定义为11与周期T时间的比值。在现有的多回路温控系统中，每一路PWM信号控制一路控温点，这样在同一周期T中，各路控温点同时动作，即同时以相同的占空比输出。当所有的PWM信号同时以100%的占空比输出时，等价于在一个周期T内固态继电器始终保持闭合状态，于是在一个周期T内整个回路的最大损失电流值为各路分电流之和，SP:
[0018]Imax= (1+1+......+I)=NXI
[0019]任意选择其中的M路，M〈N，若M路PWM信号以小于100%占空比，SP & < T且t2 >O时，输出高电平时，如图3所示，则在一个周期时间T，前I时间，电网的最大损失电流值
为Imax=NXI,在后1-$时间，系统的损失电流值为O。由此可见，控温点对电网的瞬时冲击较大。
[0020]输出相位优化的PWM调功策略是指在一个控制周期T内，当PWM波输出百分比不为100%时，使其输出初相位错开。如图4所示，若有N路控温点，则使每一路控温点的输出初相位彼此错开&周期，亦即:第I路初相位为O，第2路初相位为y，第2路初相位为
以此类推，第N路的初相位为这样，在整个控制周期T内，系统的损失电流均
匀化，大大降低温控系统对电网的冲击。
[0021]本实施例以4路控温点，占空比为25%的PWM信号为例，如图5所示，具体如下:控制系统使PWM信号的输出相位错开，使得固体继电器的工作时间错开，即控制第一个控温
点，输出25%占空比信号，延迟I周期后，再向第2路输出25%占空比信号，再延迟#周期
后，向第三路控温点输出25%的占空比信号，再延迟$周期后，向第四路控温点输出25%的
占空比信号；亦即:4路控温点的初始相位分别错开$周期，于是在整个周期T内，电网的
最大损失电流Imax=I ;此时，若按传统的设计方案，在控制周期前$时间，电网的损失电流为
41，而后f为零；由此可见，本发明的损失电流仅为传统方案的1/4，且在整个控制周期T内，输出电流均匀化，大大降低系统对电网瞬时的冲击。
【权利要求】
1.一种输出相位优化的PWM调功系统，其特征在于包括控制系统、驱动电路、N个固态继电器、N个加热器构成；第i个固态继电器与第i个加热器够成第i个控温点，i=l, 2，…,N, N为大于2的整数，各控温点以并联形式接入控制系统；若要使第i路控温点工作，控制系统发出第i路PWM信号给第驱动电路，驱动电路根据所得PWM信号，触发第i个固体继电器动作，第i路固体继电器吸合，则启动第i个回路控温点工作，系统对目标进行加热；反之，第i个固态继电器断开，第i个控温点停止工作，第i个回路温控系统停止加热控温点的温控系统中，第i路PWM信号控制第i路控温点。
2.根据权利要求1所述的一种输出相位优化的PWM调功系统的PWM调功方法，其特征在于:在一个控制周期T内，当PWM波输出占空比不为100%即低电平时间t2>0时，使各控温点的PWM输出初相位错开，各控温点的PWM输出初相位彼此错开
【文档编号】G05D23/19GK103677003SQ201310695198
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】潘天红, 谢华, 盛占石 申请人:江苏大学