一种单相与三相电源自适应的电加热设备的制作方法

本实用新型涉及电加热设备技术领域，尤其涉及一种单相与三相电源自适应的电加热设备。

背景技术：

现有的电加热设备不能同时适用于三相380v与单相220v供电环境下使用，生产厂商生产时只能分别生产适用于三相380v与单相220v供电环境的两种机型，导致产生更多的成品及电热管等配件的库存。销售商也需要备货两种机型的存货而占用更多的资金。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够同时适用于三相380v与单相220v供电环境的单相与三相电源自适应的电加热设备。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种单相与三相电源自适应的电加热设备，包括：

三个电加热支路，每个电加热支路上至少电连接有一个电加热管以及控制所述电加热支路通断的继电器，所述三个电加热支路的一端并联，另一端连接至电源接入端子；

用于选择供电类型的切换开关；

用于与任意一条电加热支路形成单相电加热回路的单相电源控制继电器；

所述电加热设备还包括：

用于检测电加热电流的电流检测元件；

用于检测所述电加热管加热状态的温度传感器；

控制器，包括mcu，所述切换开关、电流检测元件和温度传感器均电连接至所述mcu的输入端口，所述电加热支路继电器和单相电源控制继电器电连接至所述mcu的输出端口；

电源模块，用于将220v的交流电通过降压、整流和电压调理为所述控制器、温度传感器和电流检测元件提供5v的直流电源。

作为优选的技术方案，所述三个电加热支路的电源接入端子分别与交流电的三相连接。

作为优选的技术方案，所述电加热支路的电源接入端子并联且与三相交流电的任意一相电连接。

作为优选的技术方案，所述电流检测元件耦接在所述单相电加热回路上。

作为优选的技术方案，所述三个电加热支路上分别耦接有一个电流检测元件。

作为优选的技术方案，所述电流检测元件是电流互感器或电流传感器。

作为优选的技术方案，所述控制模块还电连接有时钟电路。

作为优选的技术方案，所述电源模块包括电源开关，变压器、整流桥和电压调理电路，单相220v交流电通过所述电源开关与变压器的一次侧电连接，变压器将220v交流电降压至12v，所述变压器的二次侧与整流桥的输入端电连接，整流桥将12v的交流电转换为12v的直流电，整流桥的输出端与电压调理电路的输入端电连接，电压调理电路将12v的直流电转换为5v的直流电输出，为控制器、温度传感器和电流检测元件提供电源。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型既可以使用三相380v供电也可以在单相220v供电环境下正常工作：mcu通过切换开关的状态，控制继电器k1、k2、k3、k4的通断，根据电流检测元件对电加热支路的电流进行检测，从而使设备自动适应三相380v或单相220v供电环境，实现了三相380v与单相220v的供电环境的匹配；通过温度传感器对电加热管的加热温度进行检测，通过时钟电路对加热时间进行计时，实现了对电加热支路的加热控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例一的电路原理图；

图2是本实用新型实施例二的电路原理图；

图3是本实用新型实施例三的电路原理图；

图4是本实用新型实施例四的电路原理图。

具体实施方式

实施例一：

一种单相与三相电源自适应的电加热设备，包括：

三个电加热支路，每个电加热支路上至少电连接有一个电加热管以及控制电加热支路通断的继电器，三个电加热支路的一端并联，另一端连接至电源接入端子；当采用380v三相供电时，三个电加热支路的电源接入端子分别与交流电的三相连接；采用220v单相供电时，电加热支路的电源接入端子并联且与三相交流电的任意一相电连接。

用于选择供电类型的切换开关。

用于与任意一条电加热支路形成单相电加热回路的单相电源控制继电器；

所述电加热设备还包括：

用于检测电加热电流的电流检测元件。电流检测元件可以耦接在单相电加热回路上，用于检测单相220v供电时的电加热电流；可以在三个电加热支路上均耦接有一个电流检测元件，分别检测三个电加热管的电加热电流。

优选的，电流检测元件是电流互感器或电流传感器。

电加热设备还包括：

用于检测电加热管加热状态的温度传感器；

控制器，包括mcu，切换开关、电流检测元件和温度传感器均电连接至mcu的输入端口，电加热支路继电器和单相电源控制继电器电连接至mcu的输出端口；控制模块还电连接有时钟电路。

电源模块，用于将220v的交流电通过降压、整流和电压调理为控制器、温度传感器和电流检测元件提供5v的直流电源。

电源模块包括电源开关，变压器、整流桥和电压调理电路，单相220v交流电通过电源开关与变压器的一次侧电连接，变压器将220v交流电降压至12v，变压器的二次侧与整流桥的输入端电连接，整流桥将12v的交流电转换为12v的直流电，整流桥的输出端与电压调理电路的输入端电连接，电压调理电路将12v的直流电转换为5v的直流电输出，为控制器、温度传感器和电流检测元件提供电源。

如图1所示，本实施例中采用三相380v的电源供电，即l1、l2和l3三个端子与交流380v的三相连接，三个电加热支路分别由电加热管r1、r2、r3构成，三个电加热支路的通断由继电器k1、k2、k3控制，单相电源控制继电器为继电器k4，电流检测元件是电流互感器ct及其电流检测模块，温度传感器由热敏电阻rt和温度检测模块构成，控制器mcu选用stc15fk32s2单片机，其中，stc15fk32s2单片机的ad1-ad4端口分别与k1、k2、k3、k4继电器的线圈电连接，adc7端口与温度传感器连接，adc4端口与电流检测元件连接，p3.1和p3.2端口与切换开关连接，p4.1、p4.2、p4.3端口与时钟电路连接。

电源开关是sw1；切换开关是sw2，切换开关sw2是单刀三掷开关，具有三个位置，分别代表三相380v电源输入、off、单相220v电源输入。

电源模块中，变压器的型号为pt48系列，输出电压是ac12v，整流桥将ac12v电源转换为dc12v，电压调理电路采用电源芯片lm7805，将dc12v电源转换为dc5v。

本实施例的电源自适应过程和电加热控制过程如下：

手动选择拨动开关sw2至相匹配的位置，拨动开关sw2出厂设置默认为off设置状态，如不人为设定时为off设置，由mcu自主判定电源类型。

从配电箱接接线至设备后闭合电源开关sw1启动电加热设备，mcu根据拨动开关sw2的设置判定电源类型，拨动开关sw2为380v设置时，mcu闭合继电器k1、k2、k3，断开继电器k4，此时三相380v供电工作，电流互感器ct无电流通过；温度检测模块将温度传感器rt的阻值以电信号的形式发送至mcu，mcu将电信号转换为数字保存至数据寄存器w1。同时mcu的t0开始计时，当t0计时达到1分钟后，mcu将温度传感器测量的现在温度与w1保存数据进行比对，如果现在温度大于w1保存数据则证明温度上升，电热管有加热，判定当前拨动开关sw2设置正确，正常工作；若现在温度小于或等于w1保存数据则，控制器的mcu自动切换至单相220v供电模式，mcu闭合继电器k1、k2、k3其中的任一继电器，闭合继电器k4；

拨动开关sw2为220v设置时，mcu闭合继电器k1、k2、k3其中的任一继电器，闭合继电器k4，此时单相220v供电模式工作，电流互感器ct有大电流通过；

拨动开关sw2为off设置时，mcu闭合继电器k1、k2、k3，断开继电器k4，此时如果是三相380v供电则会正常加热，反之，单相220v供电则形成不了回路导致不加热。电流检测模块将电流互感器测量的数据发送至mcu，如果电流互感器ct测量的电流为0a，则判定k4继电器在断开状态，反之继电器k4在闭合状态。温度检测模块将温度传感器rt的阻值以电信号的形式发送至mcu，mcu将电信号转换为数字保存至w1数据寄存器。同时mcu的t0开始计时，当t0计时达到1分钟后，mcu将温度传感器测量的现在温度与w1保存数据进行比对，如果现在温度大于w1保存数据则证明温度上升，电热管有加热，mcu判定当前为三相380v供电并记忆当前设备为三相380v供电模式；若现在温度小于或等于w1保存数据则，控制器的mcu闭合继电器k1、k2、k3其中的任一继电器，闭合继电器k4，此时单相220v供电形成回路，电流互感器ct有大电流通过，电流检测模块将电流互感器ct测量的数据发送至mcu，则判定继电器k4在闭合状态且电热管正在加热，mcu判定为单相220v供电并记忆当前为单相220v供电模式，此时电源自适应匹配完成。

当mcu判定为三相380v供电时，mcu保持闭合继电器k1、k2、k3，断开继电器k4的，电流检测模块将电流互感器测量的数据发送至mcu，电流互感器ct测量的电流为0a，则判定k4继电器在断开状态，设备正常工作。此时加热管r1、r2、r3持续加热直至达到设定温度后，断开继电器k1、k2、k3进入待机状态，当温度再次低于设定温度后，重新闭合继电器k1、k2、k3，加热管r1、r2、r3进行加热。

若mcu判定为单相220v供电时，当前温度低于设定温度时，mcu闭合继电器k1、k4，断开继电器k2、k3，此时加热管r1工作，加热管r2、r3关闭，并将加热管r1加热时长计入t1内部计时器中。当t1时长达到5分钟时，mcu断开继电器k1，加热管r1停止加热，闭合继电器k2后，加热管r2开始加热，同时内部计时器重置清零t1时长，并将加热管r2加热时长计入t2内部计时器中。当t2时长达到5分钟时，mcu断开继电器k2，加热管r2停止加热，闭合继电器k3后，加热管r3开始加热，同时内部计时器重置清零t2时长，并将加热管r3加热时长计入t3内部计时器中。当t3时长达到5分钟时，mcu断开继电器k3，加热管r3工停止加热，闭合继电器k1后r1加热管开始加热，同时内部计时器重置清零t3时长，并将r1加热时长计入t1内部计时器中。继电器k1，k2，k3根据内部计时器t1、t2、t3的状态，如上循环交替动作。闭合继电器k4时电流互感器ct有大电流通过，电流检测模块将电流互感器ct测量的数据发送至mcu，则判定继电器k4在闭合状态正常动作。加热当前温度达到设定温度后，mcu断开当前工作的继电器，并将内部计时器t1、t2、t3中动作的计时暂停进入待机状态，当温度再次低于设定温度后，mcu闭合继电器k1、k2、k3中对应的先前被断开的继电器，内部计时器启动被先前被暂停的计时进入加热动作状态。

本实施例中，电流互感器ct的线圈穿过继电器k4的no端至并联后的u1、v1、w1端之间的导线上，并与控制器连接。电流检测模块将电流互感器ct测量的数据发送至mcu，在加热动作状态下，当三相380v供电时继电器k4处于断开状态，电流互感器ct穿过的导线上无电流通过，测量的电流为0a。单相220v接入供电时，在加热动作状态下，k4继电器处于闭合状态，同时k1、k2、k3继电器中任一继电器闭合，此时电流互感器ct穿过的导线上有电流通过。以r1、r2、r3加热管各为3kw为例，k4继电器闭合且同时k1、k2、k3继电器中任一继电器闭合后，电流检测模块测量的电流应为13.6a。若电流检测模块测量的电流为27.2a或40.9a时，mcu判定为异常动作，并由mcu断开k1、k2、k3、k4继电器。

实施例二：

实施例一中，采用三相380v供电的模式，电加热管r1、r2、r3分别与交流380v电源的三相连接，如图2所示，本实施例中，采用单相220v供电的模式，将电加热管r1、r2、r3三个电加热支路的电源接入端子并联接入220v的相电压。

本实施例的电源自适应匹配过程和加热控制方法与实施例一相同。

实施例三：

实施例一和实施例二中，采用一只电流互感器来完成单相与三相电源自适应的电加热设备具体工作模式。如图3所示，本实施例中，采用三相380v的供电模式，通过三只电流互感器来完成电源自适应，具体如下：

三只电流互感ct1、ct2、ct3，电流互感器ct1的线圈穿过继电器k1的no端至电热管r1的u端之间的导线，与mcu的adc5连接，电流互感器ct2的线圈穿过继电器k2的no端至电热管r2的v端之间的导线，与mcu的adc6连接，电流互感器ct3的线圈穿过继电器k3的no端至电热管r3的w端之间的导线，与mcu的adc4连接。三相380v电源从配电箱接接线至设备后启动电加热设备，控制器的mcu闭合继电器k1、k2、k3，继电器断开k4，此时三只电流互感器ct1、ct2、ct3的测量线圈穿过的导线的电流，电流检测模块1、电流检测模块2、电流检测模块3将电流互感器ct1、ct2、ct3测量的数据发送至mcu，如果电流互感器ct1、ct2、ct3都有电流经过则mcu判定当前为三相380v供电并记忆当前设备为三相380v供电模式，反之rt1、rt2、rt3电流互感器都没有电流通过，则控制器的mcu闭合继电器k4，闭合继电器k1，断开继电器k2、k3，若此时电流互感器ct1有电流经过、电流互感器ct2、ct3无电流经过，则mcu判定当前单相220v供电并记忆当前为单相220v供电模式，此时电源自适应匹配完成。

本实施例的电源自适应过程和电加热控制过程如下：

手动选择拨动开关sw2至相匹配的位置，拨动开关sw2出厂设置默认为off设定状态，如不人为设定时为off设定，由mcu自主判定电源类型。

从配电箱接接线至设备后闭合电源开关sw1启动电加热设备，mcu根据拨动开关sw2的设置判定电源类型，拨动开关sw2为380v设定时，mcu闭合继电器k1、k2、k3，断开继电器k4，此时三相380v供电工作，电流互感器ct1、ct2、ct3有电流通过；mcu判定当前拨动开关sw2设定正确，正常工作；若电流互感器ct1、ct2、ct3无电流通过，控制器的mcu自动切换至单相220v设定，mcu闭合继电器k1、k2、k3其中的任一继电器，闭合继电器k4；

拨动开关sw2为220v设定时，mcu闭合k1、k4继电器，断开k2、k3继电器，此时单相220v供电供电工作，电流互感器ct1有大电流通过，电流互感器ct2、ct3无电流通过；

拨动开关sw2为off设定时，mcu闭合继电器k1、k2、k3，断开继电器k4，此时如果是三相380v供电则会正常加热，反之，单相220v供电则形成不了回路导致不加热。电流检测模块1、电流检测模块2、电流检测模块3将电流互感器ct1、ct2、ct3测量的数据发送至mcu，如果电流互感器ct1、ct2、ct3测量到电流，则判定当前为三相380v供电并记忆当前设备为三相380v供电模式；若电流互感器ct1、ct2、ct3没有测量到电流则，控制器的mcu闭合k1、k4继电器，断开k2、k3继电器，此时单相220v供电形成回路，电流互感器ct1有大电流通过，电流互感器ct2、ct3无电流通过，mcu判定为单相220v供电并记忆当前为单相220v供电模式，此时电源自适应匹配完成。

当mcu判定为三相380v供电时，mcu保持闭合继电器k1、k2、k3，断开继电器k4的，电流检测模块1、电流检测模块2、电流检测模块3将电流互感器ct1、ct2、ct3测量的数据发送至mcu，电流互感器ct1、ct2、ct3测量到电流，设备正常工作。此时加热管r1、r2、r3持续加热直至达到设定温度后，断开继电器k1、k2、k3进入待机状态，当温度再次低于设定温度后，重新闭合继电器k1、k2、k3，加热管r1、r2、r3进行加热。

若mcu判定为单相220v供电时，当前温度低于设定温度时，mcu闭合继电器k1、k4，断开继电器k2、k3，此时加热管r1工作，电流互感器ct1测量到电流，加热管r2、r3关闭，电流互感器ct2、ct3无电流通过，热管r1加热时长计入t1内部计时器中。当t1时长达到5分钟时，mcu断开继电器k1，加热管r1停止加热，闭合继电器k2后，加热管r2开始加热，电流互感器ct2测量到电流，加热管r1、r3关闭，电流互感器ct1、ct3无电流通过，同时内部计时器重置清零t1时长，并将加热管r2加热时长计入t2内部计时器中。当t2时长达到5分钟时，mcu断开继电器k2，加热管r2停止加热，闭合继电器k3后，加热管r3开始加热，电流互感器ct3测量到电流，加热管r1、r2关闭，电流互感器ct1、ct2无电流通过，同时内部计时器重置清零t2时长，并将加热管r3加热时长计入t3内部计时器中。当t3时长达到5分钟时，mcu断开继电器k3，加热管r3工停止加热，闭合继电器k1后r1加热管开始加热，同时内部计时器重置清零t3时长，并将r1加热时长计入t1内部计时器中。继电器k1、k2、k3根据内部计时器t1、t2、t3的状态，如上循环交替动作。mcu闭合继电器k4，闭合继电器k1、k2、k3其中任一继电器，电流检测模块1、电流检测模块2、电流检测模块3将电流互感器ct1、ct2、ct3测量的数据发送至mcu，对应的电流互感器ct1、ct2、ct3的其中一只有大电流通过，其他两只无电流通过，则mcu判定动作状态正常。加热当前温度达到设定温度后，mcu断开当前工作的继电器，并将内部计时器t1、t2、t3中动作的计时暂停进入待机状态，当温度再次低于设定温度后，mcu闭合继电器k1、k2、k3中对应的先前被断开的继电器，内部计时器启动被先前被暂停的计时进入加热动作状态。

电流检测模块1将电流互感器ct1测量的数据发送至mcu，电流检测模块2将电流互感器ct2测量的数据发送至mcu，电流检测模块3将电流互感器ct3测量的数据发送至mcu。以r1、r2、r3加热管各为3kw为例，在加热动作状态下，当三相380v供电时电流互感器ct1、ct2、ct3穿过的导线上有电流通过，此时r1、r2、r3加热管的电流都应相等，约为13.6a，若电流互感器ct1、ct2、ct3测量的电流值偏差较大时，mcu判定为异常动作，断开k1、k2、k3、k4继电器。单相220v接入供电时，在加热动作状态下k4继电器处于闭合状态，同时k1、k2、k3继电器中任一继电器闭合，此时继电器k1、k2、k3相对应的电流互感器ct1、ct2、ct3穿过的导线上有电流通过。以r1、r2、r3加热管各为3kw为例，mcu闭合继电器k1、k4，断开继电器k2、k3，此时r1加热管的电流约为13.6a，r2、r3加热管无电流，若电流互感器ct1没有测量到电流或电流互感器ct2、ct3测量到电流，mcu判定为异常动作，并由mcu断开k1、k2、k3、k4继电器。

实施例四：

如图4所示，本实施例采用单相220v供电的模式，将电加热管r1、r2、r3三个电加热支路的电源接入端子并联接入220v的相电压，通过三只电流互感器rt1、rt2、rt3来完成电源自适应。

本实施例的电源自适应过程和电加热控制过程同实施例三。

本实用新型中，实施例一和实施例二使用更少的元器件，优选使用。

本实用新型可作为电加热设备或配件应用在多种设备中，并适用于加热气体或液体等多种介质，例如，本实用新型应用在加热器中，可以通过加热油或空气进行取暖；应用在烤箱中，可以加热空气，实现食物的炙烤；应用于饮水机时，实现饮用水的加热等。

本实用新型能够替代现有技术中通过三相380v电源供电以及单相220v供电的各种电加热设备或配件。

本实用新型是针对电加热设备的电气元件及其电气连接关系的技术改进，本实用新型实施例中所涉及的电源自适应过程和电加热控制过程等功能是在实现上述电气元件及其电气连接关系的技术改进的基础上产生的技术效果，是为了更好的说明不同实施例之间的区别，以及不同实施例能够产生最优效果的最佳操作方式和方法，并不是本实用新型所要求保护的内容。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。