PTC有什么特別之處？

PTC是Positive Temperature Coefficient 的簡(jiǎn)寫，是一種常用的加熱元器件，由于熱阻小，換熱效率高，比傳統(tǒng)加熱絲使用壽命長(zhǎng)、更安全可靠等特點(diǎn)，在電器中應(yīng)用廣泛。比如空調(diào)，熱風(fēng)機(jī)，烘干機(jī)，直發(fā)器等多種電器都使用了PTC加熱元器件。

PTC主要由正溫度系數(shù)的電阻組成。這些電阻為熱敏電阻，當(dāng)溫度在某個(gè)特定的范圍內(nèi)上升時(shí)，它們的電阻會(huì)隨溫度的上升而呈急劇的非線性上升。由于這種特殊的物理特性，PTC加熱元器件在工作的過(guò)程中，電流會(huì)隨著阻值的變化而變化。而它的加熱功率會(huì)隨著加熱時(shí)間的變化而變化：剛開始通電時(shí)，初始功率會(huì)比較小，然后加熱功率逐漸增加到最大沖擊功率，隨后功率下降，最后達(dá)到穩(wěn)定功率；但是當(dāng)散熱條件發(fā)生改變時(shí)，PTC的功率和溫度會(huì)重新調(diào)整，以達(dá)到新的平衡。所以使用PTC加熱元器件的電器，在其運(yùn)行的過(guò)程中，輸入功率和電流不是穩(wěn)定的，隨著PTC加熱元器件阻值的變化，輸入功率和電流也會(huì)改變。因此，我們需要有規(guī)范來(lái)指引研發(fā)工程師和測(cè)量工程師去正確地測(cè)量輸入功率和電流。

PTC加熱元器件工作過(guò)程中的電流，電壓，功率波形示意圖

IEC60335-1規(guī)范中的相關(guān)細(xì)則

國(guó)際電工委員會(huì)編寫的IEC60335-1規(guī)范的第10章輸入功率和電流中，對(duì)于PTC加熱器具的輸入功率和電流的測(cè)量，給出了相關(guān)的測(cè)量要求和方法。最新版本的規(guī)范對(duì)于輸入功率和電流，不再是簡(jiǎn)單地用代表性期間的功率或者電流的積分平均值來(lái)定義。它定義了代表性期間的10%規(guī)則，這個(gè)規(guī)則要求我們把代表性期間的有功功率或者電流有效值按照從大到小降序排列，取10%位置的值。而且需要我們用最大值、算術(shù)平均值與10%規(guī)則得出的值對(duì)比，然后根據(jù)比較結(jié)果確定選用哪一個(gè)值來(lái)定義輸入功率或電流。具體分析流程圖如下：

輸入功率和電流判定流程圖

通過(guò)流程圖我們可以看到，輸入功率和電流究竟使用代表性期間的最大值、算術(shù)平均值還是10%規(guī)則確定的值，既需要看設(shè)備運(yùn)行狀況，還需要對(duì)這幾個(gè)數(shù)值進(jìn)行比較。所以，準(zhǔn)確測(cè)量出這幾個(gè)數(shù)值非常重要。

如何準(zhǔn)確測(cè)量出用于比較的幾個(gè)數(shù)值？

對(duì)于使用PTC加熱元器件的電器，輸入功率和電流在運(yùn)行期間會(huì)變化，所以，我們需要記錄代表性期間的輸入功率或者電流有效值，用以判斷用電器是否會(huì)有穩(wěn)定的狀態(tài)。總的來(lái)說(shuō)，只要我們把整個(gè)代表性期間的數(shù)據(jù)都記錄下來(lái)，就能根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出最大值、算術(shù)平均值和10%規(guī)則確定的值，然后根據(jù)流程圖確定使用哪個(gè)值作為輸入功率或電流。

下圖是PTC直發(fā)器用20ms的數(shù)據(jù)更新周期，采樣30分鐘得到的測(cè)量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)10%規(guī)則得到的功率曲線圖。通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)和曲線，我們可以得到最大值、算術(shù)平均值和10%規(guī)則定義的值。然后通過(guò)比較大小可以獲得輸入功率。

測(cè)量要求和解決方案

IEC60335-1中對(duì)測(cè)量設(shè)備有如下要求

1、采樣率

每個(gè)周期至少100個(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)信號(hào)頻率為50Hz時(shí)，采樣率不低于5KS/s,信號(hào)頻率為60Hz時(shí)，采樣率不低于6KS/s。

2、數(shù)據(jù)更新周期

占空比最小開關(guān)周期的10%＞數(shù)據(jù)更新周期≥1個(gè)交流周期。如果數(shù)據(jù)更新周期可以設(shè)定為與交流周期相等，可以獲得最多的測(cè)量數(shù)據(jù)，以便更好地分析用電器的輸入功率和電流的變化情況。

3、數(shù)據(jù)保存能力

由于IEC60335-2-23中要求PTC直發(fā)器的代表周期為30分鐘，所以要求測(cè)量設(shè)備可以長(zhǎng)時(shí)間保存測(cè)量數(shù)據(jù)。

為了更加準(zhǔn)確高效地測(cè)量PTC加熱器件的輸入功率和電流，橫河公司給出WT1800E加函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（外部時(shí)鐘源）的測(cè)量解決方案：

1、采樣率：

WT1800E的采樣率為2MS/s,保證了足夠的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)。

2、數(shù)據(jù)更新周期：

WT1800E擁有高速捕獲模式，使用外部時(shí)鐘源得到最快1ms的數(shù)據(jù)更新周期，使用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，生成頻率為50Hz或者60Hz的正弦波作為時(shí)鐘源，可以確保WT1800E在用電器頻率為50Hz或者60Hz的條件下，按照信號(hào)的交流周期獲取測(cè)量結(jié)果，以便得到最多的測(cè)量數(shù)據(jù)，更好地分析PTC器件的運(yùn)行狀況。

3、數(shù)據(jù)保存能力：

WT1800E可以把數(shù)據(jù)保存到U盤或者通過(guò)軟件來(lái)保存記錄的數(shù)據(jù)，可以長(zhǎng)時(shí)間保存測(cè)量數(shù)據(jù)。

4、WT1800E有50A量程的電流模塊，不需要額外購(gòu)買電流傳感器，而且最多可以配備6個(gè)測(cè)量模塊，支持6臺(tái)單相的設(shè)備同步測(cè)量，增加測(cè)量效率。

5、WT1800E有公開的通信協(xié)議，允許客戶自己編寫軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備，設(shè)置測(cè)量條件，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)判定輸入功率和生成測(cè)量報(bào)告等功能

測(cè)量方案示意圖

橫河擁有PTC加熱器件成熟的測(cè)量方案和很多成功的應(yīng)用案例。