[发明专利]一种限制电器最大电供应功率额度的电力控制开关及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于反馈自动控制电子技术领域，具体涉及一种利用电子技术的限制电器最大电供应功率额度的电力开关及其控制方法。

背景技术

现有多功率电器能够为用户提供更多更灵活的运行方式，因而此类电器很受用户欢迎。单组功率元件的电器只能输出一种功率，如果使得电器具有多功率，一般都通过改变耗电元件的结构来实现，例如双组电热管结构的电热水器能提供PA(其中一组电热管加热)、PB(其中另一组电热管加热)、PA+PB(两组电热管同时进行加热)三种功率组合。但是，通过改变耗电元件结构增加功率组合种类的方法，会导致耗电元件成本增加，同时也增加了耗电元件的安装复杂程度，进而影响电器整机的生产效率。

目前用来控制热水器等耗电电器内的耗电元件的技术，是把一个或多个耗电元件(如加热元件)的组合额定功率限制在最大或者小于最大电供应功率。例如，如果热水器的电源是220V，最大电流供应不超过10A，那么一个或多个加热元件的组合额定功率便会被限制在220V时功率是2200W或者更小瓦数，如果其他设备也消耗电流。

目前新发展的固态电子控制技术，经常用于非常快速地通过使用正弦波的0V交叉来开和关元件功率，来实现电源切换开或关。这项技术虽然通常只用于切换元件电源开关，但也可以用来减少电器的平均消耗功率。这种电源切换方式有时会在当耗电元件的最大功率并不被需要时进行使用。例如当电器的设定功率已经达到，电器只需保持此功率时，在此情况下，平均消耗功率将会被减至任何位于5％或10％直至100％的位置。进一步举例，当一台热水器已经把水加热至设定的温度时，将温度保持在设定温度点或者设定温度点附近的温度所使用的功率可能仅是最大消耗功率的10％。当这个情况时，固态电子就会通过正弦波的0V交叉来切换发热元件开关，速率是在50Hz频率时每秒100次，或在60Hz频率时每秒120次。对于一个50Hz频率的电源来说，要达到10％的功率消耗，那电源将会每秒被接通5个完整周期，断开剩余的45个周期。通过改变接通周期对断开周期的比率，“平均”功率可以位于任何从0至100％的位置。然而，应当注意的是虽然“平均”功率看起来减小了，可是这只是因为减少了时间的加权。全功率只是通过开或关切换，是接通对断开时间的比率给出了较小的时间加权平均功率。

随着软开关技术的发展，新型的电力电子拓扑结构的日趋复杂，软开关组合技术的应用使得电力电子变换器的工作模态不断增加，越来越多的软开关电力电子变换器中被发现。开发电力电子变换器，及早设计软开关变换器电路不仅有助于保证电路系统的安全性。同时也有助于改善电路的拓扑结构，提高电路性能。

发明内容

本发明的目的在于通过利用电子技术来控制和限制耗电元件所消耗的功率的总量，提供一种使得即使当总消耗功率大于电源供应功率限制也能够正常使用的限制电器最大电供应功率额度的电力控制开关，本发明的目的还在于提供一种限制电器最大电供应功率额度的电力控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种限制电器最大电供应功率额度的电力控制开关，电器的供电电源电流为I、电压为U，最大电源可用功率是P＝UI，电器整体运行时间为T，耗电元件数为N，N≥1，微控制器自行根据控制系统的反馈数据来计算和控制电源为耗电元件配送交流电，N个开关配置N个耗电元件；反馈系统的微控制器开关连通的时间依次为T1、T2、T3…TN，其中开关切换从T1至TN依次为1个周期，开关切换的周期数为K，TN为第N个开关的接通总时间；电器处于TN时间段时控制第N个开关连通，第N个开关控制第N个耗电元件工作；所述的第N个耗电元件的额定功率为PN，N个耗电元件的总功为WN＝P1·T1+P2·T2+P3·T3…PN·TN，WN≤P·T。

所述的TN的起始时刻设定为第N个耗电元件处于设定为电源交流电第R个周期且电压处于VR的上升沿或下降沿的时刻；TN的结束时刻设定为第N个耗电元件处于设定为电源交流电第Q个周期且电压处于VQ的上升沿或下降沿的时刻，其中R≤Q。

所述的TN的起始时刻和结束时刻均为交流电压的正弦波通过0V时刻。

所述的时间TN为第N个开关的接通总时间，TN＝TN1+TN2+…+TNx，其中x为第N个开关连通的次数，T≥TN；所述的电器同时运行的耗电元件的功率之和不大于最大电源可用功率P；所述的每个耗电元件上都连接有限压元件和反馈控制系统，每个限压元件为每个耗电元件设定根据由反馈所计算出来在开关连通时的阈值。