一种电磁采暖加热装置及防干烧的控制方法
阅读说明：本技术 一种电磁采暖加热装置及防干烧的控制方法 (Electromagnetic heating device and dry-burning prevention control method ) 是由 张余名 朱运珊 张观发生 董克杰 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种电磁采暖加热装置及防干烧的控制方法,电磁采暖加热装置包括有整流电路、滤波电路、IGBT逆变电路、LC谐振电路以及微控制器；该LC谐振电路包括有加热管和缠绕在加热管外的电磁感应线圈。通过微控制器的控制端口直接驱动逆变电路的控制端,以此来达到整个电磁采暖加热装置的快速防干烧控制,在考虑采暖实际使用情况下,不仅可以确保使用者在采暖过程中采暖温度的稳定性,还可以有效地提高干烧保护的准确性以及及时性,降低电磁加热装置发生干烧损坏烧毁的概率,从而延长电磁采暖加热装置的使用寿命,同时也提高了电磁采暖加热装置的可靠性和安全性,提升了用户体验及使用信心。(The invention discloses an electromagnetic heating device and an anti-dry heating control method, wherein the electromagnetic heating device comprises a rectifying circuit, a filter circuit, an IGBT inverter circuit, an LC resonance circuit and a microcontroller; the LC resonance circuit comprises a heating pipe and an electromagnetic induction coil wound outside the heating pipe. Control port direct drive inverter circuit's through microcontroller control end to this reaches whole electromagnetic heating device prevents dry combustion method control fast, under considering heating in-service use condition, not only can ensure the stability of user at heating in-process heating temperature, can also improve the accuracy and the promptness of dry combustion method protection effectively, reduce the probability that electromagnetic heating device takes place the dry combustion method and damages the burning out, thereby prolong electromagnetic heating device's life, electromagnetic heating device's reliability and security have also been improved simultaneously, user experience and use confidence have been promoted.)
技术领域
本发明涉及电磁采暖加热装置领域技术，尤其是指一种电磁采暖加热装置及防干烧的控制方法。
背景技术
目前，电磁加热采暖相对于传统的电阻加热具有节能环保、水电分离、安全可靠等优点，被广泛应用于电磁采暖电器中。然而，在电磁加热的采暖电器使用过程中，由于水泵长时间工作或者水管路中有空气产生以及水流机械开关保护失效等原因，经常会发生水路无水而导致的干烧现象。现阶段对于干烧有以下几种解决方式：第一，当采暖炉运行检测到极限温度大于某一固定值时，关断电磁加热装置；其二，在水路中安装水流量传感器进行检测到无水流时，关断电磁加热装置，由于产品本身结构的特殊和限制，温度采样传感器(如热敏电阻、双金属片)往往不能与加热炉体直接接触，导致干烧保护严重滞后，水流量传感器内部是由挡片或者挡把等方式串接在水中，利用通过水流的的力量带动霍尔元件来产生导通信号，由于水流开关机械活动结构置于水中，不仅容易产生堵塞、开关噪音，并且影响开关本身的使用寿命以及容易产生误报。大大增加了采暖炉电器干烧损坏的概率，而且无法真正起到防干烧的保护目的。
同时也带来了电磁加热采暖系统防干烧控制的安全隐患等问题，难以得到有效保证。因此，有必要发明出一种电磁加热采暖防干烧的系统控制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种电磁采暖加热装置及防干烧的控制方法，其可以减少设备由于水路系统或者人员的操作错误导致的无水干烧问题，同时本电磁采暖加热装置采用了恒电流输出的方式，保证电磁采暖加热的输出稳定性，不受电压波动而影响功率，具备自动检测系统加热的状态；使得用户使用电磁加热采暖时得到有效安全保证。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种电磁采暖加热装置，包括有整流电路、滤波电路、IGBT逆变电路、LC谐振电路以及微控制器；该滤波电路连接整流电路；该IGBT逆变电路连接滤波电路；该LC谐振电路包括有加热管和缠绕在加热管外的电磁感应线圈，电磁感应线圈的输入端和输出端均与IGBT逆变电路连接，该微控制器连接IGBT逆变电路的输入端、IGBT逆变电路的控制端和电磁感应线圈的输出端。
优选的，所述电磁感应线圈的输入端串联连接有电容C1和电容C2。
优选的，所述微控制器为单片机。
优选的，所述整流电路连接三相交流电。
一种电磁采暖加热装置的防干烧的控制方法，包括有以下步骤：
(1)启动电磁采暖加热装置后，该电磁采暖加热装置采用恒电流稳定输出的方式，保证电磁采暖的稳定性不受电压波动的影响，微控制器对直流母线输入电流进行采样，同时驱动信号频率从45kHz～15kHz降序扫频，直到直流母线上的电流达到对应的稳定值后，记录当前稳定值的驱动信号频率f；
(2)电磁采暖加热装置持续在稳定状态下运行时，不受管路里的水温升高而使得电磁感应线圈电感量L变化，微控制器对IGBT逆变电路里的驱动信号频率f变化也非常小，系统会每2ms进行一次驱动频率的对比；
(3)若在2ms监测对比时间内发生无水干烧情况，由于加热管无水干烧会导致电磁感应线圈上的电感量L迅速变化，此时为保证电磁采暖加热装置恒流稳定输出，同时驱动信号频率也会从15kHz～45kHz升序扫频的过程，若当前的驱动信号频率f当前＞f之前+Δf，判断为干烧，启动干烧程序并停止加热以及提示无水干烧故障；f之前定义为之前稳定驱动频率；Δf定义为预设的某固定阈值，即f当前＝(f之前+Δf)。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
通过微控制器的控制端口直接驱动逆变电路的控制端，以此来达到整个电磁采暖加热装置的快速防干烧控制，在考虑采暖实际使用情况下，不仅可以确保使用者在采暖过程中采暖温度的稳定性，还可以有效地提高干烧保护的准确性以及及时性，降低电磁加热装置发生干烧损坏烧毁的概率，从而延长电磁采暖加热装置的使用寿命，同时也提高了电磁采暖加热装置的可靠性和安全性，提升了用户体验及使用信心。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明之较佳实施例的流程图。
附图标识说明：
10、整流电路 20、滤波电路
30、IGBT逆变电路 40、LC谐振电路
41、加热管 42、电磁感应线圈
50、微控制器
具体实施方式
请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例一种电磁采暖加热装置的具体结构，包括有整流电路10、滤波电路20、IGBT逆变电路30、LC谐振电路40以及微控制器50。
该滤波电路20连接整流电路10；该IGBT逆变电路30连接滤波电路20；该LC谐振电路40包括有加热管41和缠绕在加热管41外的电磁感应线圈42，电磁感应线圈42的输入端和输出端均与IGBT逆变电路30连接，该微控制器50连接IGBT逆变电路30的输入端、IGBT逆变电路30的控制端和电磁感应线圈42的输出端。在本实施例中，所述整流电路10连接三相交流电，所述电磁感应线圈42的输入端串联连接有电容C1和电容C2，所述微控制器50为单片机，通过微控制器50的控制端口直接驱动IGBT逆变电路30的控制端，以此来达到整个电磁采暖加热装置的快速防干烧控制。
工作时，三相交流电经过整流电路10后，三相交流电会整流成直流电压，直流电压经过滤波电路20滤波处理成稳定平滑的直流电压，由IGBT逆变电路30转换成高频的交流电信号加载到LC谐振电路40中的电磁感应线圈42上，当电磁感应线圈42上流过高频交流电流时会产生交变的电磁场，根据电磁感应加热原理，在电磁感应线圈42内放置(水路)加热管41后，电磁能直接作用到加热管41上。此时加热管41会产生涡流，由于涡流的热效应，流过加热管41上的水会交换热量，从而实现了电能转换成热能。
当用户使用电磁采暖设备采暖时，由于采暖使用循环泵循环管路里的水来达到采暖热交换的目的。在正常采暖时，作为负载的加热管41不会因为水路里的水温度变化而使得电磁感应线圈42发生电感量变化。根据电磁加热原理，频率计算公式可知道，由于电容C1和C2的电容固定不变，有水的加热管41与电磁感应线圈42形成的耦合电感量也不会变化，正常加热时，微控制器50驱动IGBT逆变电路30里的驱动信号频率f变化也非常小。
然而由于采暖周期时间长，水管路循环系统长时间循环会出现水流开关堵塞或者机械故障、水路积气、水泵损坏等导致无水干烧发生，此时耦合电磁感应线圈的电感量L会在短时间内发生较大变化，导致驱动信号频率f也会在短时间内产生一个较大的变化。那么，通过每2ms(毫秒)的监测驱动信号频率的变化情况，可以快速的判断出采暖水循环管路干烧的情况，进而通过微控制器50的软件来关闭电磁加热，快速达到干烧保护目的。为此本发明电磁加热采暖装置在保证稳定采暖的前提下有效的防止无水导致的干烧。
本发明还公开了一种电磁采暖加热装置的防干烧的控制方法，如图2所示，包括有以下步骤：
(1)启动前述电磁采暖加热装置后，该电磁采暖加热装置采用恒电流稳定输出的方式，保证电磁采暖的稳定性不受电压波动的影响，微控制器对直流母线输入电流进行采样，同时驱动信号频率从45kHz～15kHz降序扫频，直到直流母线上的电流达到对应的稳定值后(一般也就是几秒钟内)，记录当前稳定值的驱动信号频率f。举例说明：比如380V/10kW电磁采暖加热装置，根据三相电功率计算公式P＝√3*U*I*COSΦ；输入电流约为15.2A。当加热装置启动后，微控制器对母线电流采样的同时也会从45kHz～15kHz降序扫频。直到输出电流达到15.2A时，电磁采暖加热装置达到了稳定状态。若此时微控制器给到IGBT逆变电路30的驱动信号频率为16kHz，那么微控制器50就会记录下这个稳定状态下16kHz驱动信号频率。
(2)电磁采暖加热装置持续在稳定状态下运行时，不受管路里的水温升高而使得电磁感应线圈42电感量L变化，微控制器50对IGBT逆变电路30里的驱动信号频率f变化也非常小(一般也就是零点几kHz)，系统会每2ms进行一次驱动频率的对比。
(3)若在2ms监测对比时间内发生无水干烧情况，由于加热管无水干烧会导致电磁感应线圈上的电感量L迅速变化，此时为保证电磁采暖加热装置恒流稳定输出，同时驱动信号频率也会从15kHz～45kHz升序扫频的过程，若当前的驱动信号频率f当前＞f之前+Δf，判断为干烧，启动干烧程序并停止加热以及提示无水干烧故障；f之前定义为之前稳定驱动频率；Δf定义为预设的某固定阈值(一般取2～3kHz)，即f当前＝(f之前+Δf)。
本发明的设计重点是：通过微控制器的控制端口直接驱动逆变电路的控制端，以此来达到整个电磁采暖加热装置的快速防干烧控制，在考虑采暖实际使用情况下，不仅可以确保使用者在采暖过程中采暖温度的稳定性，还可以有效地提高干烧保护的准确性以及及时性，降低电磁加热装置发生干烧损坏烧毁的概率，从而延长电磁采暖加热装置的使用寿命，同时也提高了电磁采暖加热装置的可靠性和安全性，提升了用户体验及使用信心。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
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