叠层控制装置和叠层控制方法与流程

本发明涉及一种大功率加热器的功率控制装置，尤其是一种叠层控制装置。

背景技术：

大功率加热器在使用时，根据使用需求，其功率需要进行调节。

目前大功率加热器的功率调节方式之一采用非叠层控制装置；小功率的加热负荷对电网影响不大，大功率负荷会对电网造成谐波污染或冲击。

传统的叠层控制方案由于仍采用了导通角控制方式，导致在控制过程中波形被破坏，故会产生一定的谐波；图1为现行的在叠层控制下的采用导通角控制的波形图，其中阴影部分为导通部分，空白部分为不导通部分，可以查看到波形出现了不同程度的破坏；从而产生不同程度的谐波，对电网产生污染，最直接表象就是功率因数低于0.9，不符合用电标准。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提出一种叠层控制装置，相较于非叠层控制装置，具有低电流冲击的优点，该装置电路简洁可靠，成本低；另一个目的在于提出一种叠层控制方法，具有低谐波，节能降耗的优点。

本发明实施例提出一种叠层控制装置，包括控制器、变压器、多组晶闸管；

所述变压器包括初级和次级，变压器的次级设有多个不同电压等级的抽头和一个参考端；

各组晶闸管一端分别与变压器次级各不同电压等级的抽头对应连接，各组晶闸管的另一端相接，并用于连接负载一端；

变压器次级的参考端用于连接负载另一端；

每组晶闸管中包括一个用于相应抽头电压正半周导通的晶闸管和另一个用于相应抽头电压负半周导通的晶闸管，该两个晶闸管组内并联；

各晶闸管均受控于控制器。

进一步地，

较低电压等级的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制连续导通；

高于较低电压等级的其余电压等级抽头对应的其余各组晶闸管，按照负载功率需求，采用周波过零控制部分全周期导通，或者关闭。

更进一步地，

所述较低电压等级的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制连续导通，包括：

周波过零控制是指导通时刻设置在相应的抽头电压过零时刻，连续导通的含义是该组晶闸管总的输出电压波形连续；用于相应抽头电压正半周导通的晶闸管的导通时刻为每个周期的开始时刻，用于相应抽头电压负半周导通的晶闸管的导通时刻为每个周期的后半周开始时刻，在一个周期内该组内两个晶闸管交替各导通半个周期，输出一个完整周期的电压波形；且该组晶闸管的输出电压波形按周期连续。

更进一步地，

所述高于较低电压等级的其余电压等级抽头对应的晶闸管，采用周波过零控制部分全周期导通，包括：

周波过零控制是指导通时刻设置在相应的抽头电压过零时刻，部分全周期导通是指该组晶闸管的输出电压波形在导通时段是全周期波形，但不是连续导通，而是每m个周期导通n个周期；n<m，m≥2，n≥1。

进一步地，各组晶闸管均采用单向导通晶闸管，各组晶闸管组内反向并联。

本发明实施例还提出一种叠层控制方法，适用于上述的叠层控制装置，包括：

较低电压等级的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制连续导通；

高于较低电压等级的其余电压等级抽头对应的其余各组晶闸管，按照负载功率需求，采用周波过零控制部分全周期导通，或者关闭。

进一步地，

所述较低电压等级的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制连续导通，包括：

周波过零控制是指导通时刻设置在相应的抽头电压过零时刻，连续导通的含义是该组晶闸管总的输出电压波形连续；用于相应抽头电压正半周导通的晶闸管的导通时刻为每个周期的开始时刻，用于相应抽头电压负半周导通的晶闸管的导通时刻为每个周期的后半周开始时刻，在一个周期内该组内两个晶闸管交替各导通半个周期，输出一个完整周期的电压波形；且该组晶闸管的输出电压波形按周期连续。

进一步地，

所述高于较低电压等级的其余电压等级抽头对应的晶闸管，采用周波过零控制部分全周期导通，包括：

周波过零控制是指导通时刻设置在相应的抽头电压过零时刻，部分全周期导通是指该组晶闸管的输出电压波形在导通时段是全周期波形，但不是连续导通，而是每m个周期导通n个周期；n<m，m≥2，n≥1。

本发明的优点在于：

1）叠层控制装置的电路简洁可靠，成本优势明显。

2）可降低传统叠成控制所采用导通角控制下的所产生的谐波量，提高电网功率因素。

3）相较于非叠层控制装置，具有低电流冲击的优点。

附图说明

图1为现有叠层控制方案的波形图。

图2为本发明的电原理图。

图3为本发明的叠层控制方案的波形图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例提出一种叠层控制装置，如图2所示，包括：控制器、变压器100、多组晶闸管200；本实施例中电加热器300作为负载；该叠层控制装置需要控制电加热器300的实际功率，满足不同加热需求；控制器在图2中未画出，特此说明；

所述变压器100包括初级和次级，变压器100的次级设有多个不同电压等级的抽头和一个参考端；图2的电路中，该变压器100的次级具有四个不同电压等级的抽头，各抽头的电压u4>u3>u2>u1；变压器100的初级输入电压为ub；

各组晶闸管一端分别与变压器次级各不同电压等级的抽头对应连接，例如图2中，第一组晶闸管一端接变压器次级电压u1的抽头，第二组晶闸管一端接变压器次级电压u2的抽头，第三组晶闸管一端接变压器次级电压u3的抽头，第四组晶闸管一端接变压器次级电压u4的抽头；各组晶闸管的另一端相接，并用于连接电加热器300的一端；

变压器100次级的参考端用于连接电加热器300的另一端；

每组晶闸管中包括一个用于抽头电压正半周导通的晶闸管和另一个用于抽头电压负半周导通的晶闸管，该两个晶闸管组内并联；例如第一组晶闸管包括并联连接的晶闸管vt11和vt12，晶闸管vt11用于相应抽头电压正半周导通，晶闸管vt12用于相应抽头电压负半周导通；

各晶闸管可以是单向导通晶闸管；若采用单向导通晶闸管，各组晶闸管组内反向并联；

上述电路结构使得对于电加热器的功率控制可采用叠层控制方法；

各晶闸管的控制端分别连接控制器；该控制器接受外部的提供的控制信号，该控制信号一般根据加热器要达到的目标温度和过程实际温度比较后得出，控制器根据控制信号调节需加载到电加热器300上的电压uh，也就是各组晶闸管与电加热器相接的另一端上的各电压叠加后的电压；具体通过以下方式实现：

变压器次级电压为u1的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制连续导通；周波过零控制是指导通时刻设置在变压器输入电压ub过零时刻（也就是相应的抽头电压过零时刻），避免了导通角所引起的一组晶闸管输出电压波形被破坏，可以极大地减少谐波；这里连续导通的含义是该组晶闸管总的输出电压波形连续，而非组内单个晶闸管连续导通；如图3所示，晶闸管vt11的导通时刻为每个周期的开始时刻，晶闸管vt12的导通时刻为每个周期的后半周开始时刻，在一个周期内该组内晶闸管vt11、vt12交替各导通半个周期，输出一个完整周期的电压波形；且该组晶闸管的输出电压波形按周期连续；

变压器次级电压为u2的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制部分全周期导通；周波过零控制是指导通时刻设置在变压器输入电压ub过零时刻（也就是相应的抽头电压过零时刻），部分全周期导通是指该组晶闸管的输出电压波形在导通时段是全周期波形，但不是连续导通，而是每m个周期导通n个周期；n<m，m≥2，n≥1；例如每3个周期导通1个周期，每5个周期导通2个周期等；例如，第1、4、7.......周期该组晶闸管导通，其余周期该组晶闸管关断；例如，晶闸管vt21的导通时刻为相应周期的开始时刻，晶闸管vt22的导通时刻为相应周期的后半周开始时刻，在一个周期内该组内晶闸管vt21、vt22交替各导通半个周期，输出一个完整周期的电压波形；但该组晶闸管的输出电压波形按周期不连续；

第一组晶闸管vt11、vt12和第二组晶闸管vt21、vt22的输出电压叠加后即为实际加载于电加热器300上的实际电压uh。

当电加热器300需要更高的工作电压时，还可以将变压器次级电压为u3、u4的抽头对应的二组晶闸管，按照上述类似的方式进行控制，输出电压并叠加。

在其它的实施例中，还可以将变压器次级电压为u2的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制连续导通；按需要，变压器次级电压为u3的抽头对应的一组晶闸管采用周波过零控制部分全周期导通；按需要，变压器次级电压为u4的抽头对应的一组晶闸管也采用周波过零控制部分全周期导通；输出电压并叠加。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。