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冰柜用玻璃门电加热控制系统研究


技 术创 新 ;6 7  
“ “  i j  i   薹   研 制 了一款基于微 控制器 的玻璃 门电加热控 制系统 ,该 系统在 商用 冰柜领域得 到  
精准度 ,采用单 片机控制技 术代替模 拟技术 ,增 强 了控制 灵活性 ,采用 外层安全 电压  镀膜加 热发放代替 传统 的高压热 丝加 热 ,增 强 了使 用安全 性。本文介 绍 了电加热玻璃 


门控 制 系 统 的 组 成 ,采 样 和 加 热◇河南 电路的工 作 原 院材料 理 ,并 从工程系 试 验角度分 析 了凝 露 邓 裕度值 和  工学 公永建 想 

。   塞   广 泛应用 。该 系统 电路采 用 多点传感器代 替单 点传 感器 ,增 加 了智 能性 ,提 高 了加热 

冰柜用玻璃门电加热控制系统
商 用 冷柜 为 了 产 品销 售 的需 要 ,常常 采 用玻 璃 门 。由于 内外温 差 的 影响 ,玻 璃 门在 高 

距 离裕度 值对 系统节能效果 的影 响。从现场应用 情况看 ,该 控制 系统具 有节能显著 、  
成 本 低 、市 场 竞 争 力 强 的 特 点 。  

温高湿的工作环境中 ,会出现凝露现象。凝露现 象影响了产品的展示效果,进而降低了人 
们 的购 买欲 望 ,商 家 为 了解 决该 问题 ,常 常 需 要 专 门派 人 用软 布擦 除 产 生 的凝露 。 国家标  

;   准也作了相关的规定 ,为了使产 品符合国家标准,大部分玻璃门冷藏柜在设计中采取了对  j   应 的防凝露措施 。鉴于玻璃门对于商业冷柜的特殊作用 ,解决玻璃表面的凝露问题 ,是制 
冷 展 示柜 的 关键 技 术… 。  

所谓电加热 ,就是可 以利用电流产生热量的原理 ,对温度较低 的玻璃 门外侧通 电,以  ≥   达到消除凝露现象 目的的方法。传统的电加热方法已经应用较为广泛 。比较常用的为定时 
加热 法 ,就 是 每 隔 若 干个 时 间 单位 ,电加 热 丝 进 行工 作 ,以提 升玻 璃 门 的温 度 ,防止 凝露  

现象的产生 。这种方法的缺点是耗电,并且加热不均匀,因而加热效果不好。   嚣   鉴于上述问题 ,本文 以节能 为核心追求 目标 ,提 出根据外界环境进行智能加热 ,并采  用多点传感器代替单点传感器 ,增加了智能性 ,提高了加热精准度 ,采用单片机控制技术  代替模拟技术 ,增强了控制灵活性 ,采用高透型外层金属镀膜和安全电压加热发放代替传  统 的高压热丝加热 ,增 强了使用安全性。从现场应用情况看,该控制系统 具有节能显著 、  
成本 低 、市 场 竞争 力 强 的特 点 
1系统 组 成 与工 作原 理 
1 . 1系统 组 成 

玻 璃 门 电加 热控 制 系 统 如 图 l 所 示 ,主 要 由玻 璃 门 、加 热金 属 膜 、控 制 板 MC U、温 度 

传感器T C、距离传感器L C 组成 ,低压 电源单元给上述设备供 电。  
^~  



 

●   ●   I 辩 

j   【  

图1 玻 璃 门电加 热 系统 组 成框 图 

图2 玻 璃 门 电加 热 系统 主 电路 

图2 展示了电加热系统的主电路部分 ,其 中。T - M为电源单元主变压器,其原边接入高 
频 开 关 系统 ;D1 一 D 4 组 成 桥式 整 流 电 路 。T . L l 与T . L 2 为 共模 滤 波 电感 ,其 主要 作 用 为平 滑 

加热 电流 ,使加热平 稳进行 。T 1 ,T 2 为电子开关 ,本文选 型为小型单管I G B T 管 ,T l 与  T 2 组成电流调节器 ,在控制板MC U( 未示出 )的驱动下 ,输 出加热电流。D 5 ,D 8 分别 为 
T l ,T 2 的 体 二 极 管 ,在 其 开 通和 关 闭 时 相应 导 通 ,起 续 流 作 用 ,又 称 为续 流 二 极 管 。z 为  加热 金 属 膜 ,z 的 XS 1 端 为正 极 ,X S 2 端为负极。T . S 为 电 流缓 冲 器 ,主要 作 用 是 防 止 瞬 间  电流 过 大 ,损坏 加 热金 属膜 。  
1 . 2采样 和 加热 驱动 电路  

如 图3 所 示 , 采 样 电 路 由微 控 制 器  MC U、距 离 传 感器 和温 度 传 感 器 组 成 。   加 热驱 动 电路 由微 控 制 器 MC U 和 驱 动 光 

耦组成。微控制器选用单片机P l C 1 6 F 1 8 鹦,   距离传感器 采用M1 2 激 光传感器 ,T C 采 
用P T C 一 5 K,驱 动 光 耦 采 用 H C P L 3 1 2 0 ,  

¨0U 

Z D1 和Z D 2 反 向串联 ,其主要作用为防止 

图 3玻璃门电加热系统采样和加热驱动电路 

_  

驱 动 电路 意 外 过 压 和 欠 压 。Z D1 和Z D 2 均 为 稳 压 管 。R s 为 前 级 信 号 电 阻 ,选 择 合 适 的 R s  

6 8   {   I I :  

2 0 1 6 年 ? 第4 期  
加 热 ,节能 效 果是 显著 的 。  
2 . 2距 离裕 度值 对 系统 节能性 的 影响 

值 ,使 驱 动 光 耦 的输 入 二 极管 在 安 全 区 间运 行 。R g 为 门 极驱 动  电阻 ,选 择 合适 的R s 值 ,使 I G B T 管T s t 快 速开 通 和关 断 。   当 电加 热 条件 满 足后 ,微 控 制器 通 过 1 / O   1 2 1 发 出驱 动 信号 ,   为 了提 高 可 靠性 ,采 用低 电平 驱 动控 制 。光耦 H C P L 3 1 2 0 输 入 电 
流达到1 0   mA 后 ,其 O u t 端连接V C,T 1 的GE 电压 达 到 阈 值 后 ,  

保 持 其他 参 数 不 变 ,通过 调 整 距 离裕 度 值 ML R ,考 察 距 离  裕度 值ML R 对 系统 节能 性 的 影响 。试验结 果 如 图5 所示 。其 中 ,   图 5( a )为单 次 加 热 耗 能 值 ,图5( b)为 周 加热 耗 能 值 。从 图  中可 以看 出 ,在 其 他 参 数 不 变 的 情 况 下 ,距 离 裕 度 值 ML R 越  大 ,单 次 的加热 耗 能 减小 ,但 是 周加 热 耗能值 却 有 一个 V 型 的变 

T l 导通 。 同理T 2 管 也 导通 。与 T l 管 不 同的 是 ,T 2 管 采 用P WM方  式 驱 动 ,进 行 加热 电流 调 节 。 加热 完成 后 ,控制 器 发 出高 电平 

截止信号 ,光耦O u t 端连接V E E,提高关断可靠性 。  
1 . 3系统 工 作原 理 

化 。也就是说 ,随着ML R 增大 ,周加热耗能值有一个节能运行 
区 间 ,我们 称之 为 可实 施 范围P L R。因此 ,在可 实施 范 围 内进行  

( 1 ) 基 本 假 定 。假 定 电路 中 元器 件 均有 理 想特 性 ,并 且 系  统 处 于 无 异 常 温 度和 振 动 冲 击 的环 境 里 。系 统 部 件在 工 作 状 态  下 无 随机 性 和系统 性 损坏 。   ( 2 )系统 初 态 。 系统 已经 处 于稳 定 状 态 , 电加热 系统 未 启  动 。在 t 0 时 刻 ,T 1 管 与T 2 管 均 关 闭 。控 制 器 MC U 实 时 监 测温 度 
传 感 器发 回的 温 度 数 据 ,通过 算 法 分 析 ,转 化 为温 差 8,并 与 

给定凝露裕度值MT Rt z t 较 ;通过距 离传感器 ,分析 出顾客距离  L,并 与给 定距 离裕 度值 ML R I : L 较。  
( 3) 加 热启 动 。当MT R 和ML R 均 在可 实施 范 围 内时 ,控制 

图4MT R与耗 能E 的关系  

图5   ML R与耗 能 E 的关 系  

3 结 论 

器 MC U 发 出驱 动信 号 ,打 开 加热 系统 电 源开 关 。 同 时根 据 温 差  8和顾 客距 离L,调 节加 热 电流 。   ( 4) 加 热停 止 与复 位 。当MT R 或 ML R 任何 一 值偏 离可 实 施  范 围 时 ,电加热 系统停 止 工作 ,控 制 系统 回复 到 系统 初 态 。  
2 试 验 结果 与分 析  试验 设 备 :采用 青岛 海尔 公 司生产  ̄ t ( J Q D 1 . ( ) L 2 型 双 门展 示柜 

针对冷柜玻 璃门的凝露特征和顾客 习惯 ,设计了玻璃 门电 
加 热 控制 系统 。该 系统 基 于 微 控 制 器 对 冷柜 环 境 的检 测 自适 应  调 节 电加 热 ,在 有 效 防止 凝 露 发 生 的前 提 下 ,最 大 程 度 节 约 电  能 。试验 证 明 ,随 着 凝露 裕度 值 和 距 离 裕度 值 的 增 加 ,周 耗能  值 均 出现 类 似 的u 型或V 型 变化 。这 表明 ,在 一定 节能 目标 下 ,   设 定 合 理 凝露 裕度 值 和 距 离裕 度 值 是 必 要 的 ,只有 在 充 分 满 足 

进 行 了试 验 ,供 电系统 为2 2 0   V A C,低压 电源单 元 为3 6   v。电加 

二者时 ,进行 电加热工作 ,才能最大程度体 现节能效果 。该控 
制 系统 已 经批 量 用于 某 品 牌 冷 柜产 品 ,显 示 较 高 的适 用 性 和 可  靠性 。  

热丝为宽3 0 ( ) m m,高1 9 0 ( ) mm的高透型玻璃 门金属镀膜 ,厚度 
为( ) . 3   m E,温 度传 感 器 采 用V I ' C 一 5 K,正 常 工作 温 度 为 一 5 s℃ ~   1 6 5℃ ,距 离 传 感 器 采 用 M1 2 激 光 型 传 感 器 ,镀 膜 端 部 绝 缘 处  理 。 环境 温 度 3 0℃ ,相 对 湿 度 6 5 % , 箱 内工 作 温 度 0   o C ~一8  

【 参考文献 】  
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功 率计 算… . 电器 , 2 ( ) 1 2 ( S 1 ) : 1 5 1 — 1 6 0  
【 2 】 张 少华 , 唐朝 阳. 玻 璃 门冷藏 柜辅 助 除露 方 法及 实验 分析 U J  


℃, 按照国家标准门体玻璃表面无凝露。  
2 . 1凝 露裕 度 值 对 系统节 能性 的影 响 

保持 其 他 参 数 不变 ,通 过 调整 凝 露 裕 度 值MT R,考 察 凝露   裕 度值 MT R 对 系统 节能 性 的影 响 。试验 结 果 如 图3 所 示 。其 中 ,   图4( a )为 单 次 加热 耗 能 值 ,图 4( b)为周 加 热 耗 能 值 。 从 图 

日用 电 器 . 2 0 1 2 ( 1 0 ) : 3 9 -4 1  

【 3 】 彦启 森 , 申江 , 石文星. 制 冷技 术及 其 应 用 【 M】 . 北京: 中 国建 
筑 工 业 出版 社 . 2 0 0 6  

中可 以看 出 ,在 其他参数 不变的情 况下 ,凝露 裕度值MT R 越  大,单次的加热耗能增加 ,但是周加热耗能值却有一个U 型 的变  化 。也就 是说 ,随 着MT R 增 大 ,周加 热 耗 能 值 有 一个 节 能 运行  
区间 ,我 们称 之 为可 实施 范 围P T R 。 因此 ,在可 实施 范 围 内进 行 

I 4 】 刘 东. 小型 制冷 设备 原 理与 设计 l M1 . 北 京: 科 学 出版社 , 1 9 8 9  

( 上接6 2 页 )法 的非 一致 网格 算 法及 其 弹性 波 场模 拟 . 地 球 物理 

差分 解 法. 地 球物 理 学报 , 2 0 0 0 , 4 3 : 4 1   1 — 4 1 9  
【 9 J   Ya n g   D  H, P e n g   J   M, L u   M  e t   a 1 .Op t i ma l   n e a r l y — a n a l y t i c  
d i s c r e t e  a p pr ox i ma t i o n  t o   t h e  s c a l a r   wa v e  e q u a t i on.Bu l l   S e i s m  S oc  

学报 , 2 0 1 ( ) , 5 3 ( 8 ) : 1 9 8 5 — 1 9 9 2  
【 5 】 Ye e  K  S . Nu me r i c a l  s o l u t i o n   o f   i n i t i a l  b o u n d a w v a l u e  
p r o b l e ms  i nv o l v i n g  M a x we l l ’ S  e q u a t i on s  i n  i s o t r op i c  me d i a .I EEE.  
Tr a n s . An t e n u a s  Pr o p a g . ,1 9 6 6 .1 4 :3 0 2 -3 ( ) 7  

A me r , 2 0 0 6 , 9 6 ( 3 ) : 1 1 1 4 -1 1 3 ( 1  

【 1 0 】Ya n g   D  H,S o n g   G   J ,Ch e n   S   e t   a 1 .An   i mp r o v e d   n e a l r y  
a n a l yt i c a l  d i s c r e t e  m e t ho d : a n  e ic f i e n t  t o ol  t o  s i mu l a t e  t h e  s e i s mi c  

【 6 】Vi r i e u x   J .S H— wa v e   p r o p a g a t i o n   i n   h e t e r o g e n e o u s   me d i a ;   Ve l o c i t y —s t r e s s   i f n i t e —d i f e r e n c e   me t h o d .Ge o p h y s i c s ,1 9 8 4 ,4 9 ( 1 1 ) :  
1 9 3 3-1 9 42  

r e s p o n s e   o f   2 - D  p o r o u s   s t uc r t u r e s . J . Ge o p h y s . e n g . , 2 0 0 7 , 4 ( 1 ) : 4 0 —  
5 2  

【 7 j  L e v a n d e r  A R  F o u r t h — o r d e r  f i n i t e — d i f e r e n c e  P— S V  s e i s mo g r a ms. Ge o p h y s i c s , 1 9 8 8 , 5 3 ( 1 1 ) : 1 4 2 5 — 1 4 3 6  

I 1 1 】 李政春 地震 偏 移成 像技 术研 究现 状 与发 展趋 势. 石 油地 
球 物理勘 探 , 2 0 1 4 , 4 9 ( 1 ) : 1 —2 1  

I 8 】 董 良国 , 马在 田, 曹景 忠 . 一阶 弹 性 波 方 程 交错 网格 高阶 


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