一種輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波功率控制系統(tǒng)，特別是涉及一種輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]日常生活中人們常常使用微波爐加熱、烹調(diào)和解凍食品，同時微波還有食具消毒殺菌、物品防蛀防霉、食物干燥脫水等諸多功能，用途十分寬廣。傳統(tǒng)家用微波爐的微波輸出調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是在磁控管的微波輸出功率一定的情況下，通過改變磁控管接通和斷開電源時間的比例，來改變一段時間內(nèi)的平均功率。例如，要得到額定功率一半的微波輸出功率，就可以控制電源通斷時間比為1:1。適當(dāng)?shù)目刂拼趴毓芄ぷ鲿r間和停止時間的比例，就可得到其他數(shù)值的平均功率輸出。
[0003]專利(200920253620.0)公開了一種輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的小型微波干燥實(shí)驗(yàn)控制裝置，通過倍壓電路改變磁控管陰極高壓，來改變其微波功率輸出；專利(200520032775.3)公開了一種功率連續(xù)可調(diào)微波爐，采用并聯(lián)電容器的方法來調(diào)整微波爐中磁控管高壓電源電路的總電容量，對輸出微波功率進(jìn)行調(diào)節(jié)；專利(97220907.7)公開了一種連續(xù)功率可調(diào)式微波爐，通過三極管限流調(diào)壓來控制微波的輸出功率；專利(98123503.4)公開了一種數(shù)字控制功率連續(xù)可調(diào)微波爐，用一塊智能調(diào)壓電路板控制腔電壓變壓器的初級輸入電壓，從而使微波爐功率連續(xù)可調(diào)。目前功率可調(diào)微波系統(tǒng)普遍存在3個問題:燈絲和諧振腔極板共用一個變壓器供電，在減少陽極變壓器輸出電壓的同時，燈絲電壓也會隨之減少，容易使燈絲溫度過低引起的“中毒”現(xiàn)象；通過晶閘管等改變輸入電壓的方法，一方面由于變壓器的漏磁電感造成電流相位滯后容易發(fā)生失控，另一方面由于波形不完整會引入大量高頻分量造成微波爐工作時抖動；不具備反饋控制的供電系統(tǒng)，在電網(wǎng)發(fā)生波動時會導(dǎo)致微波爐輸出功率的不穩(wěn)定。
[0004]鑒于以上原因，本發(fā)明提出了一種輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)，通過獨(dú)立的燈絲供電保證磁控管燈絲能正常發(fā)射電子，通過非線性校正保證控制信號與輸出功率的線性關(guān)系，通過反饋來消除電網(wǎng)波動對輸出功率的影響，通過自耦變壓器調(diào)壓保證輸入電壓波形不發(fā)生畸變，避免高頻分量引發(fā)的變壓器抖動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠達(dá)到線性輸出要求，方便線性調(diào)節(jié)，電路簡單，效果好，穩(wěn)定性佳。便于整個干燥過程中的自動控制，大大提高了干燥過程中的品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對上述改進(jìn)方法的不足和出現(xiàn)的一系列問題，提出了一種新的輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)由磁控管燈絲供電電路、電壓-功率非線性校正以及帶反饋控制的磁控管諧振腔供電電路3部分構(gòu)成。
[0007]上述磁控管燈絲供電電路，由獨(dú)立的燈絲變壓器在輸出端連接高壓電容為燈絲供電，將磁控管中的燈絲和諧振腔極板分開供電，可防止在輸出低功率時降低磁控管諧振腔極板電壓引起的燈絲電壓過低，避免燈絲溫度過低引起的“中毒”現(xiàn)象。獨(dú)立的燈絲變壓器將市用的220V交流電降壓到3.3V，為燈絲單獨(dú)供電，使燈絲有持續(xù)的加熱電壓，保持燈絲的熱度，便于激發(fā)電子，產(chǎn)生電磁場。
[0008]上述電壓-功率非線性校正，通過構(gòu)建V。= f(P)函數(shù)，根據(jù)加熱過程中所需的微波功率密度對輸入的控制信號V。進(jìn)行非線性校正，并將此信號送入反饋控制電路。
[0009]上述帶反饋控制的磁控管諧振腔供電電路，由電壓變送器、兩個比較器、兩個電磁繼電器、伺服電動機(jī)組成，為具有反饋調(diào)節(jié)功能且波形不發(fā)生畸變的可調(diào)供電系統(tǒng)。首先系統(tǒng)通過電壓變送器將自耦變壓器輸出0-300V的交流電線性轉(zhuǎn)換成0-5V直流的弱電反饋信號，將該反饋信號和經(jīng)過非線性校正后0-5V的控制信號同時送入雙比較器控制電路，通過高速電壓比較器LM319的比較運(yùn)算控制電路中電磁繼電器的動作，雙比較器控制的兩個電磁繼電器動作實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)輸入的正負(fù)極調(diào)換，控制伺服電動機(jī)的正反運(yùn)轉(zhuǎn)。伺服電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動自耦變壓器的電刷滑動，改變了自耦線圈的輸入和輸出的匝數(shù)比，改變了自耦變壓器的輸出電壓，這個變化的輸出電壓經(jīng)過升壓變壓器的升壓后再經(jīng)過二極管和電容的整流電路輸出能夠使諧振腔激發(fā)電子的工作電壓，進(jìn)而產(chǎn)生具有不同強(qiáng)度的電磁場，實(shí)現(xiàn)輸出功率的連續(xù)線性可調(diào)。
【附圖說明】
[0010]圖1輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)總圖
[0011]圖2輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)反饋控制部分的詳圖
[0012]圖2中:1.自耦變壓器的輸出交流電壓信號；2.設(shè)定的V?？刂菩盘?；3.電壓變送器；4.比較器I ;5.比較器2 ;6.電磁繼電器I ;7.電磁繼電器2 ;8.伺服電動機(jī)
[0013]圖3輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)的工作流程圖
[0014]圖4輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)電壓-功率非線性修正曲線圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖更進(jìn)一步說明:
[0016]在系統(tǒng)正式開始之前，首先需要需通過實(shí)驗(yàn)將一定量已知熱容的可微波加熱材料(如水)放進(jìn)輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)中，通過測量加熱過程中水實(shí)際變化的溫升，利用熱能定理、能量守恒定理和微波爐固有的功率損耗率算出固定時間段內(nèi)微波爐的功率，繪制出控制電壓V。與微波爐輸出功率P之間的關(guān)系圖(附圖4即為V-P曲線圖)，最后通過多項式擬合得到校正函數(shù)V。= f (P)。
[0017]按照系統(tǒng)工作流程圖3，在系統(tǒng)執(zhí)行前期根據(jù)加熱過程中所需的微波功率密度對輸入的控制信號V。進(jìn)行非線性校正，輸出控制信號VJ2)，將此信號送入比較器1(4)的輸入端和比較器2 (5)的“ + ”輸入端，作為比較器中的設(shè)定參考信號。
[0018]系統(tǒng)執(zhí)行中期，電壓變送器(3)先將自耦變壓器的輸出電壓⑴線性轉(zhuǎn)換成弱電信號，反饋到比較器1(4)的“ + ”輸入端和比較器2 (5)的輸入端，作為比較器的實(shí)際反饋信號。然后比較器1(4)和比較器2(5)對設(shè)定的參考信號和實(shí)際反饋信號進(jìn)行比較操作輸出低高頻控制信號，控制電磁繼電器1(6)和電磁繼電器2(7)的得電和失電動作?？刂齐娏鲝乃欧妱訖C(jī)(8) “ + ”輸入輸出，實(shí)現(xiàn)了伺服電動機(jī)⑶的正轉(zhuǎn)。如果設(shè)定參考信號和實(shí)際反饋信號大小相反，電磁繼電器I (6)和電磁繼電器2 (7)會有相反的得電和失電動作，這時電流將會從伺服電動機(jī)⑶的輸入“ + ”輸出，從而實(shí)現(xiàn)了伺服電動機(jī)(8)的反轉(zhuǎn)。伺服電動機(jī)(8)又帶動自耦變壓器的電刷滑動，改變了自耦線圈的輸入輸出的匝數(shù)比，進(jìn)而自耦變壓器輸出變動電壓。這一時期的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確的輸出電壓，假如電網(wǎng)輸入電壓波動，導(dǎo)致自耦變壓器輸入電壓改變，輸出電壓也會隨之改變。而此時的電壓變送器⑶將自耦變壓器的輸出電壓反饋到比較器1(4)的“ + ”輸入端和比較器2 (5)的輸入端，和設(shè)定參考信號比較，驅(qū)動伺服電動機(jī)(8)正反轉(zhuǎn)，帶動電刷滑動，最終改變自耦變壓器的輸出電壓，消除了電網(wǎng)波動影響。而且經(jīng)自耦變壓器輸入到升壓變壓器的交流電是完整的正弦波，沒有引入高頻分量。
[0019]到系統(tǒng)執(zhí)行后期，自耦變壓器輸出的電壓經(jīng)過升壓變壓器升壓，升壓后經(jīng)過二極管和電容的整流電路輸入到磁控管的諧振腔的極板。而燈絲在系統(tǒng)開始執(zhí)行時就通過獨(dú)立的燈絲變壓器把市用220V的交流電轉(zhuǎn)換成燈絲加熱用的3.3V。最后持續(xù)加熱的燈絲隨著諧振腔的電壓變化，不斷的激發(fā)出電子，產(chǎn)生了不同能量的電磁波。
【主權(quán)項】
1.一種輸出功率連續(xù)線性可調(diào)的微波干燥系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由磁控管燈絲供電電路、電壓-功率非線性校正以及帶反饋控制的磁控管諧振腔供電電路3部分構(gòu)成；該系統(tǒng)通過獨(dú)立的燈絲變壓器為磁控管的燈絲提供3.3V的工作電壓；根據(jù)所需的功率密度通過V。= f(P)非線性校正輸出控制電壓V。，并將控制電壓V。作為參考信號輸入反饋控制電路；自耦變壓器的輸出電壓經(jīng)電壓變送器反饋與參考信號比較，控制伺服電動機(jī)動作，帶動電刷滑動，改變自耦變壓器輸出電壓，再經(jīng)過升壓變壓器為磁控管的諧振腔供電，從而實(shí)現(xiàn)了輸出功率的連續(xù)線性可調(diào)。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁控管燈絲供電電路，其特征在于磁控管的燈絲與諧振腔極板分開供電，利用獨(dú)立的燈絲變壓器將市用220V交流電轉(zhuǎn)換成3.3V，為燈絲提供持續(xù)加熱用的工作電壓。
3.按照權(quán)利要求1所述的電壓-功率非線性校正，其特征在于在前端計算機(jī)軟件中，根據(jù)加熱所需的微波功率密度，通過構(gòu)建V。= f (P)函數(shù)校正，獲得控制電壓V。作為參考信號。
4.按照權(quán)利要求1所述的帶反饋控制的磁控管諧振腔供電電路，其特征在于其為由電壓變送器、兩個比較器、兩個電磁繼電器、伺服電動機(jī)組成的具有反饋調(diào)節(jié)功能的供電系統(tǒng)；該系統(tǒng)將自耦變壓器的輸出電壓經(jīng)電壓變送器轉(zhuǎn)換成反饋信號，將該反饋信號和控制電壓信號同時送入雙比較器電路，從而控制兩個繼電器各自動作，實(shí)現(xiàn)伺服電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，帶動電刷達(dá)到改變輸出電壓的目的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微波功率控制系統(tǒng)，通過反饋控制電路調(diào)節(jié)磁控管諧振腔極板的電壓，從而實(shí)現(xiàn)了微波輸出功率的連續(xù)線性可調(diào)。該系統(tǒng)主要包括獨(dú)立磁控管燈絲供電、電壓-功率非線性校正以及反饋控制的磁控管諧振腔供電電路等3部分構(gòu)成。系統(tǒng)根據(jù)所需功率密度通過電壓-功率非線性曲線校正輸出控制電壓Vc，作為反饋控制的參考信號。參考信號與反饋信號比較，控制伺服電動機(jī)動作，帶動電刷滑動，改變自耦變壓器輸出電壓，再經(jīng)過升壓變壓器為磁控管的諧振腔供電，從而控制磁控管的輸出不同功率的微波。該系統(tǒng)可在微波干燥中為被干燥物品提供連續(xù)可變的能量輸入，大大提高干燥設(shè)備的適用性。
【IPC分類】F26B3-347, H05B6-68
【公開號】CN104764301
【申請?zhí)枴緾N201510196551
【發(fā)明人】汪迪松, 浦宏杰, 陸勇, 王輝, 李劍
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月23日