专利名称：正温度系数ctp电阻的调温装置及方法
技术领域：
本发明涉及的是以加热元件进行调温的普通技术领域，尤其是涉及含有CTP电阻的加热元件，所谓CTP电阻指的是正温度系数电阻。
本发明还涉及含有CTP电阻式加热元件的加热装置以及采用一种调温方法对所述装置进行调温。
在已有技术中所公开的加热装置都包括一些片状且置于换热器上的CTP电阻式加热元件，换热器具有金属散热肋片。通常，这些装置都装有驱动风扇的电机。对于标定功率为1500瓦的CTP电阻加热装置来说，所述CTP电阻及其周围元件，例如塑料支架或空气输出栅等的温度升高是很明显的。这类材料的工艺限制以及易受影响的各种表面标准范围都规定了在加热装置运行时不能超过的温度极限。因此，所通过的并与CTP电阻进行热交换的空气流量应当保持在足够的水平上，以便防止CTP电阻及加热装置其它元件的温度增加过高。由这种装置提供的热能又不能降到某一临界值以下。因此，这类装置的主要缺点是进行一个调温步骤以后，总要耗散约800瓦的剩余功率。于是，待加热场所的过热和加热元件中所用CTP电阻的损坏通常都是该装置所带来的额外负影响。
公知的CTP电阻式加热元件的主要特点是当所述加热元件通电时，接通的电流可以根据电源电压达到一个很大值。在可达5秒钟的时间间隔以后，供给加热元件的电流减少到其标定值。反复中断加热元件的供电(电源)会对电网产生干扰，而这些干扰要服从规定并且受到精确标准的限制。
另外，装有加热元件重复断电器的装置很贵，相应的电子元件也很贵。
大家都知道通过调制电机电源信号相(位)角来调整电机速率的方法。用一个三端双向可控硅开关元件把有效电源电压减少到差不多为150V的最小供电电压。然而所得到的最小速率对于保证精确的调温来说仍然太大。
电源电压的微弱增加都会使CTP电阻及这些电阻周围的元件发热过多。大家也知道直流电机可以用很低的电压供电。同样也出现了与加热装置各种不同元件发热过高有关的问题。另外，这类电机比已知类型的电机价格更贵，噪声更大，已知类型的电机指的是相移滑环异步电机。
本发明的目的在于提供一种含有CTP电阻的加热装置，这种装置成本低，并可进行精确有效的调温，它可以把剩余功率降到约300W的低功率范围。
本发明的另一个目的是制造一种简单便宜的加热装置，该装置借助一种调温方法保证加热元件的最佳工作状态，同时还遵从安全准则。
本发明的又一个目的在于提供一种装有相移滑环异步电机的加热装置，该装置可以通过减少空气流量把所提供的热能控制到比现有装置更低的功率范围内。
本发明还有一个目的是采用了一种可对驱动电扇的电机电源信号进行斩波的方法，它可以使耗散的热能和电机的电源信号最佳地同步起来。
本发明的这些目的均借助一种加热装置的调温方法达到的，该装置包括加热设备、一个温度探测器、驱动风扇的电机，在该方法中-用温度探测器不停地测量环境温度TA;
-把温度探测器得到的信号转换成电压VA，-通过在电压VA与对应于设定温度TC的设定电压VC之间进行的比较而将环境温度TA与设定温度TC不停地进行比较，这就形象地比较出了由使用者所确定的要获得的温度，-把TA和TC之间的温差转换成电压W，-通过电机相应的供电(电源)电压U控制对应于电压W的风扇旋转速率，其特征在于-在所述电压W的最低值Wm以内，对电机电源电压U进行斩波。
实现本发明上述目的所借助的加热装置包括至少一个加热元件、至少一个环境温度TA的探测器、环境温度TA和指定温度TC的比较设备(器)、将比较结果转换成电压W的转换设备，该电压W也要转换成驱动风扇的电机电源电压U、电机的供电装置，其特征在于将CTP电阻式加热元件与电机供电电压U的斩波器相配合。
本发明的其它特征和优点将通过阅读下面结合附图的描述更详细地表现出来，这些附图是作为非限定性的叙述实例而给出的，在这些图中-
图1为本发明调温方法的工作示意图;
-图2为本发明中驱动风扇的电机电源电压调节方法示意图。
本发明加热装置包括可由一个或多个CTP电阻式加热元件组成的加热器。这些加热元件最好置于肋片式热交换器上。最好按常规的安装方法把各加热元件彼此组合，例如所依据的这种传统安装方法是用于由EICHEN-AUER公司出售的6283-33型加热元件的那种方法，而且三个加热元件可提供的标定功率为2000瓦。
根据本发明装置的另一个变换实施例，该装置可以包括一些标称功率为1500瓦的加热元件。按照本发明，也可用其它一些热变型电阻式加热元件。热变型电阻应当看成是其电阻值随温度而变化从而改变热耗散的电加热元件。
在下面将要进行的描述中，所参考的加热装置有三个加热元件，它们的标称功率为2000瓦，但显然本发明的装置并不局限于这种特定的设计。
本发明装置还包括一个最好是相移滑环式异步电机、一台风扇、一个温度探测器和加热元件的供电设备。把温度探测器装在加热装置上，以便读出处于风扇所吸入气流中的环境温度。最好将风扇装在轴承上。这一特征使风扇的时间恒量增加。因此，当反复中断电机供电信号时，特别是当进行所述供电信号的斩波步骤时，风扇的声音为最小。加热元件的供电器直接连到市电电源。该供电器是借助一种用于加热元件的电子线路构成的，在调温过程中，断开加热元件。
如果本发明装置只有一个加热元件，该加热元件最好由多个电分路(连接)构成，这些电分路对应于多个可能的加热功率。由此，在调温过程中加热元件的一部分与供电电源分开或切断。
本发明装置还装有电机电源信号斩波器。该斩波器是由已知的电子线路所作成的，该电子线路可以根据预定速度由电子线路的特定结构所确定的速率切断电机供电。
本发明装置还有可以调节电机供电电源相位角的设备。
根据本发明装置的另一个较佳变换实施例，斩波器提供图2所示的信号，在所述信号周期内有高、低矩形脉冲。
斩波信号的频率为0.5至0.7赫兹之间，最好为0.53赫兹。这对应于等于1.9秒的所述斩波信号周期P3的较佳值。
高矩形脉冲和低矩形脉冲分别对应于对电机供电和断电。如图2所示的斩波信号具有可接脉宽P2和振幅进行调制的高脉冲H2。该振幅为120至160伏之间，最好为150伏。高脉冲H2也对应于使电机旋转的最小供电电压UQ。最好脉宽P2在0.5至1.55秒之间变化并根据环境温度TA和设定温度TC之间的差而有一组至少8个可得到的不同脉宽。脉宽P2的调节灵敏度完全由电子线路确定。
高矩形脉冲H2有一个对应更高电压U的矩形脉冲H1，该电压为160至230伏之间，最好为180伏，而脉宽P1为0.05至0.15秒之间，最好为0.1秒。
在脉宽P1的时间内，斩波器就可以给电机输送足以使其重新开动的电压U。
周期3和斩波信号脉宽P1、P2可根据风扇型号和所用电机型号进行调节。由此就可在耗散热能及电机供电信号之间实现最佳同步。
根据一种比较受欢迎的实施方案，图1所示的调温方法包括下述一些步骤。
调温方法主要在于用温度传感器不停地测量环境温度TA。最好传感器读出的温度就是由电机驱动的风扇所吸入的空气温度。
首先将环境温度TA转换成电压VA，然后通过使电压VA和对应于设定温度TC的设定电压VC进行比较而将该环境温度TA与设定温度TC进行比较，由使用者确定比较出来要得到的温度。
再将温度TA和温度TC之间的差值转换成电压W。
本发明的调温方法还包括一个步骤是用电机供电电压U控制对应于电压W的风扇旋转速率。电压W和供电电压U之间的对应例如是简单的比例关系，或形成复杂的数学函数关系。
电压W有一个最小值Wm，该值确定了两个电压范围，因而也就确定了两个调节过程，一个是高于Wm的电压W的调节过程，另一个是低于Wm的电压W的调节过程。
电压W的最小值Wm对应的电压范围是150至160伏，对应的耗散功率为1100至1250W，最好为1150W(瓦)。
因此，大于Wm的电压范围对应于电机供电电压U进行相位角调节的情况，这至少要借助一个三端双向可控硅开关元件，所述开关元件装在电子调节线路中。
因此，把电机供电电压U的斩波器与供电电压U的相位角调节器相配合，以便当电压W大于所述电压W的最小值Wm时可以进行相位角调节。
在小于Wm的电压范围内，电机供电电压U达到了电机运转的最小有效值。
供电电压U的调制那时是由该电压斩波器完成的。
在以上所述的两种情况下，风扇的速度变化是有关调温的主要参数。因此，流经CTP电阻式加热元件的空气流量的变化确定了散热功率。在两个分别低于和高于电压Wm的调节范围内，可得到的各种不同的风扇旋转速率均由已知的电子线路确定，该电子线路对应于一系列在每个调节范围内的至少八个加热功率值。
另外，在低于Wm的电压范围内，把供电电压U的斩波器与至少一部分加热器的电源切断器相配合。因此可实现加热器散发热能的减少，这一方面表现为比较精确的调温，另一方面也表现为CTP电阻及加热装置中各种元件所限定的发热温度。切断至少一个加热元件的供电就影响700至850W以内，最好为800W的限定耗散功率RL。也可以把至少一个加热元件的至少一部分的供电切断来代替切断至少一个加热元件的供电。
环境温TA高于或等于设定温度TC时调温结束并且在调温步骤以后剩余耗散功率为300至400瓦。
在设定温度TC和环境温度TA之间出现温差以后即TC大于TA时调温过程自动进行。为了进行调温，最小温度偏移最好应该为0.5至1.5℃。
根据一种较佳的工作方案，用下述方法进行调温。
当使用者处在冷房间中时，也就是说环境温度TA明显低于设定温度TC时，才调节设定温度。这样，标定功率为2000瓦左右的加热装置就开始满载工作。随着环境温度TA的增高，驱动风扇的电机有效供电电压降到约150伏。这种调节过程对应于图2的过程A。
第二个调温过程对应于电机供电信号U的斩波。由一个电子线路根据TA和TC之间足够低的温差控制斩波。该温差对应于调温方法中所确定的电压Wm。在该第二个调温步骤中，通过调制斩波信号来控制耗散热功率。在该调制过程中，还至少切断一个加热元件的供电，这可以把加热装置的功率在温度TA值达到设定温度TC值时减少到约300至400瓦。
本发明调温装置及方法的优点在于可以把工作剩余功率限定在一个低功率范围，例如约300W(瓦)。减少了需加热场所的过热，延长了构成加热元件的CTP电阻的寿命。同样，减少了电流的消耗。
本发明的另一个优点在于使用了已知的廉价设备做成与精确安全调温方法相结合的加热装置。
本发明的辅助优点在于，用本发明装置及方法所达到的性能决不会改变使用电机驱动风扇声音小的优点，该电机还与所述电机的电源信号斩波器相配合。
本发明还有一个补充优点在于，调温方法适于本发明的加热装置，在该装置中，根据所考虑各个实施变化方案，加热元件的数量以及标称功率都是不同的。
权利要求
1.加热装置的调温方法，此装置内含有加热器、一个温度探测器、一个驱动风扇的电机，在该方法中包括-用温度探测器不停地测量环境温度(TA)；-把由温度探测器测得的信号转换成电压(VA)；-通过在电压(VA)及对应于设定温度(TC)的设定电压(VC)之间进行比较而将环境温度(TA)与设定温度(TC)不停地作比较；使得由使用者所确定要得到的温度更具体化了。-把(TA)和(TC)之间的温差转换成电压(W)；-借助于电机相应的供电(电源)电压(U)控制对应于电压(W)的风扇旋转速率；该方法的特征主要在于-在所述电压(W)的最小值(Wm)以内对电机电源电压(U)进行斩波。
2.根据权利要求1所述的调温方法，其特征主要在于-通过以相位角调节电机电源电压(U)使得由风扇产生的经过CTP电阻式加热器的空气流量改变。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的调温方法，其特征在于-在改变了风扇所产生的空气流量以后，根据受相位角控制的电机电源电压(U)来对该电机供电电压(U)进行斩波。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的调温方法，其特征在于-对电机供电电压(U)进行耗散功率为1100至1250W(瓦)的斩波。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的调温方法，其特征在于-切断至少一部分加热器的供电，直至在设计人员所确定的限制耗散功率(RL)以内。
6.根据权利要求5所述的调温方法，其特征在于-在对电机电源信号(U)进行斩波的过程中，切断至少一部分加热器的电源(供电)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的调温方法，其特征在于-使用若干单个分立的加热元件;-切断至少一个加热元件中至少一部分的供电。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的调温方法，其特征在于-在700至850(瓦)之间的限定耗散功率(RL)以内至少部分地切断至少一个加热元件的供电。
9.加热装置包括至少一个加热元件;至少一个环境温度(TA)探测器;环境温度(TA)和设定温度(TC)的比较器;将比较结果转换成电压(W)的转换器，该电压(W)也要转换成驱动风扇的电机供电电压(U);电机供电器，该装置的特征在于把CTP电阻式加热元件与电机供电电压(U)的斩波器相配合。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于把电机供电电压(U)斩波器与一个供电电压(U)相位角调节器相组合，以便当电压(W)大于所述电压(W)的最小值(Wm)时进行相位角调节。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于把加热元件装在肋片式换热器上。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于斩波器信号的频率为0.5至0.7赫兹。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于驱动风扇的电机是相移滑环异步电机。
全文摘要
正温度系数电阻加热器的调温装置及方法。本发明涉及一种加热装置的调温方法，该加热装置含有加热器、温度探测器、驱动风扇的电机，其中要不停地测量环境温度，把所得到的信号转变成电压，不停地将环境温度与设定温度进行比较，将温差转变成电压，借助电机供电(电源)电压(U)控制风扇的旋转速度，其特征在于对电机的供电电压(U)进行斩波。本发明还涉及加热装置的应用。
文档编号G05D23/24GK1102891SQ9410773
公开日1995年5月24日 申请日期1994年5月26日 优先权日1993年5月27日
发明者格罗斯·热拉尔, 库比左雷·塞尔日 申请人:Seb公司