高頻加熱電力設(shè)備及其電力控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電加熱設(shè)備，尤其是涉及一種進(jìn)行高頻加熱的設(shè)備以及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻加熱是電磁波加熱的一種形式，其原理是，當(dāng)被加熱物體(電介質(zhì))處于高頻電場中時(shí)，電介質(zhì)內(nèi)部具有正負(fù)極性的偶極子就會(huì)順電場方向排列。在電場每秒數(shù)百萬次極性變化的作用下，偶極子產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)，摩擦發(fā)熱。從而，在電磁波的作用下，使加熱物體自身發(fā)熱。
[0003]與傳統(tǒng)的加熱技術(shù)相比，高頻加熱具有加熱均勻、速度快、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此高頻加熱技術(shù)具有極大的吸引力和應(yīng)用前景。目前，高頻加熱設(shè)備以及工藝大量應(yīng)用于日常生活以及生產(chǎn)實(shí)踐中，例如日常生活中的微波爐，工業(yè)應(yīng)用中的高頻焊接、高頻淬火、金屬表面熱處理等。
[0004]高頻加熱設(shè)備中一般使用磁控管作為大功率直接振蕩器件，將由磁控管發(fā)生的電磁波通過輻射器向加熱室內(nèi)發(fā)射高頻電磁波，對(duì)室內(nèi)的被加熱物進(jìn)行加熱。傳統(tǒng)的高頻加熱設(shè)備在設(shè)定好加熱功率加熱時(shí)間后，在整個(gè)的加熱過程中，不會(huì)大幅度的調(diào)整其輸出功率。要想改變其加熱功率，一般需要停機(jī)后再重新設(shè)置。
[0005]但是在某些應(yīng)用場合，卻需要在加熱程中降低對(duì)于加熱物的加熱功率，比如微波爐用于煲湯類的操作，先需要大火將水燒開，然后再維持小火保溫。由于功率切換時(shí)的大幅變動(dòng)，可以導(dǎo)致高頻加熱設(shè)備的變頻電源的軟開關(guān)損害，現(xiàn)有的高頻加熱設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)對(duì)于加熱過程中被加熱物體的加熱功率的大幅變動(dòng)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，201110268246.3的發(fā)明專利提出了一種高頻加熱設(shè)備電源功率切換方法，器通過預(yù)設(shè)的調(diào)整功率指令，以設(shè)定的步幅值逐次增大或減小微波爐電源功率，直至達(dá)到指令的目標(biāo)功率，從而使被加熱體的接收功率達(dá)到預(yù)期值。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的該方法通過逐步變化的方式實(shí)現(xiàn)，使被加熱體的接收功率達(dá)到預(yù)期值所需的花費(fèi)時(shí)間較長，可能無法滿足實(shí)時(shí)調(diào)整的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種高頻加熱電力設(shè)備及其電力控制方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)使被加熱物體的接收功率達(dá)到預(yù)期值，并且不會(huì)因此產(chǎn)生輸出功率大幅變動(dòng)導(dǎo)致的損害。
[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種高頻加熱電力設(shè)備，包括:振蕩器，其輸出預(yù)定頻帶內(nèi)的振蕩頻率的信號(hào)；半導(dǎo)體功率放大器，對(duì)所述振蕩器的輸出進(jìn)行功率放大；輻射器，基于所述半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率而輻射加熱用電磁波；反射波監(jiān)控器，檢測所述加熱用電磁波的反射波；控制器，所述控制器在接收到降低加熱幅度的命令時(shí)，將振蕩器的振蕩頻率變更為反射功率比大于當(dāng)前振蕩頻率的反射功率比的振蕩頻率。
[0009]優(yōu)選的，還包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)振蕩部在不同的振蕩頻率的反射功率比；所述控制器在接收到降低加熱幅度的命令時(shí)，根據(jù)存儲(chǔ)部內(nèi)存儲(chǔ)的反射功率比，從其中選擇反射功率比大于當(dāng)前振蕩功率的反射頻率的振蕩頻率，并且將振蕩器的振蕩頻率變更為該振蕩頻率。
[0010]優(yōu)選的，在加熱前，所述控制器在容許頻率內(nèi)控制所述振蕩器以特定步長進(jìn)行變頻掃描，通過反射波監(jiān)控器檢測的反射波計(jì)算出各個(gè)振蕩頻率的反射功率比，將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0011]優(yōu)選的，所述容許頻率在2.40GHz至2.50GHz的范圍。
[0012]優(yōu)選的，所述掃描時(shí)，所述半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率小于其工作功率。
[0013]優(yōu)選的，所述控制器根據(jù)如下步驟計(jì)算變更后的振蕩頻率:(1)所述控制器接收到降低加熱幅度后的所需半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率W1 ;2)根據(jù)該輸出功率W和當(dāng)前振蕩頻率的反射功率比f計(jì)算出降低加熱幅度以后的有用功率W2 = W1X (1 一 f) ;3)根據(jù)該有用功率W2以及當(dāng)前半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率W計(jì)算出降低加熱幅度的期待反射功率比ft = i 一 w2/ff ;4)所述控制器根據(jù)該期待反射功率比ft確定變更后振蕩器的振蕩頻率。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟4)中，所述控制器在所述存儲(chǔ)器中選擇特定振蕩頻率作為變更后的振蕩頻率，所述特定振蕩頻率的反射功率比最接近期待反射功率比ft。
[0015]可選的，所述步驟4)中，如果所述期待反射功率比ft與所述存儲(chǔ)器中最大的反射功率比fmax的差值大于特定閾值時(shí)，所述控制器控制將所述半導(dǎo)體功率放大器降低為W3后，將所述振蕩器的振蕩頻率設(shè)置為fmax對(duì)應(yīng)的振蕩頻率；所述W3 = W2/(l-famx)。
[0016]優(yōu)選的，還包括隔離器，所述隔離器用于屏蔽反射到半導(dǎo)體功率放大器的微波。
[0017]作為本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種高頻加熱電力設(shè)備的電力控制方法，包括如下步驟:1)在加熱前，所述控制器在容許頻率內(nèi)控制所述振蕩器以特定步長進(jìn)行變頻掃描，通過反射波監(jiān)控器檢測的反射波計(jì)算出各個(gè)振蕩頻率的反射功率比，將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；2)以當(dāng)前振蕩頻率和當(dāng)前功率加熱特定時(shí)間；3)所述控制器接收到降低加熱幅度后的所需半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率W1 ; 4 )根據(jù)該輸出功率W和當(dāng)前振蕩頻率的反射功率比f計(jì)算出降低加熱幅度以后的有用功率W2 = W1X (1 - f);5)根據(jù)該有用功率W2以及當(dāng)前半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率W計(jì)算出降低加熱幅度的期待反射功率比ft = 1 - w2/W ;6)所述控制器根據(jù)該期待反射功率比ft確定變更后振蕩器的振蕩頻率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明高頻加熱電力設(shè)備的控制流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將使用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的僅僅是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些實(shí)施例獲取其他的技術(shù)方案，也屬于本發(fā)明的公開范圍。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例的高頻加熱電力設(shè)備，包括振蕩器，半導(dǎo)體功率放大器，輻射器，反射波監(jiān)控器、存儲(chǔ)器以及控制器。其中，振蕩器為變頻振蕩器，其振蕩頻率能夠在預(yù)定的范圍內(nèi)進(jìn)行變換。優(yōu)選的，可以將振蕩器的振蕩頻率設(shè)置為能夠在2.40GHz至2.50GHz的范圍內(nèi)變化。
[0021]半導(dǎo)體功率放大器用于功率的放大，其可以包括前級(jí)前置放大器、中級(jí)前置放大器和后級(jí)前置放大器。從振蕩器輸入到半導(dǎo)體功率放大部的功率是mW級(jí)別的微小功率，在半導(dǎo)體功率放大部中進(jìn)行功率放大后，從而能夠向輻射器提供kW的功率。
[0022]可以使用天線作為輻射器，其基于半導(dǎo)體功率放大器的輸出功率而輻射向加熱室內(nèi)輻射加熱用電磁波，被加熱物收到電磁波輻射后，從而被加熱。
[0023]由于輻射器的輸出阻抗和加熱室的阻抗的存在，輻射到加熱室的電磁波不是完全被加熱物吸收。其中有一部分電磁波會(huì)反射形成反射波，從而導(dǎo)致被加熱物吸收有用功率并不等于半導(dǎo)體放大器的輸出功率。該部分反射波的強(qiáng)度與振蕩器的振蕩頻率相關(guān)，反射波監(jiān)控器用于檢測不同振蕩頻率下反射波的強(qiáng)度，從而根據(jù)該強(qiáng)度能夠計(jì)算出反射功率與半導(dǎo)體放大