Устройство для регулирования температуры

Устройство для регулирования температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в бытовых, сельскохозяйственных, лабораторных и других электронагревательных приборах средней мощности. Целью изобретения является повышение КПД. Устройство содержит датчик и задатчик температуры, компаратор, элемент И, усилитель мощности, симистор, двухполярный источник питания, формирователь синхроимпульсов, задатчик, нагрузочный элемент, ключевой элемент. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 D 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4487481/24-24 (22) 27.09.88 (46) 23.09.90. Бюл. й- 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский техно-. логический институт электротермического оборудования (72) И.А. Бабанов, С.С. Бурухин, Л.В. Волкова, В.П. Курочкин, В.А. Максецкий и В.И. Сафонов (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1247849, кл. G 05 D 23/19, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1076882, кл. G 05 D 23/19, 1982.

Изобретение относится кавтоматике, в частности к технике автоматического регулирования температуры, и может быть использовано в бытовых, сельскохозяйственных, лабораторных и других электронагревательных приборах средней мощности, в которых датчиком является термопара.

Целью изобретения является повышение КПД.

На чертеже представлена схема устройства для регулирования температуры.

Устройство содержит симистор 1, через который к сети переменного тока (шины 2 и 3) подсоединен нагрузочный элемент 4, датчик 5 температуры, например, термоэлектрический, эадатчик 6 температуры, выполненный в виде стабилитрона 7 с регулировочным резистором 8 в цепи катода иделителя напряжения из первого 9 и второго 10

„„SU„, 1594 ОЗ А1

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и может бьггь использовано в бытовых, сельскохозяйственных, лабораторных и других электронагревательных приборах средней мощности. Целью изобретения является повышение КПД. Устройство содержит датчик и задатчик температуры, компаратор, элемент И, усилитель мощности, симистор, двухполярный источник питания, формирователь синхроимпульсов, задатчик, нагрузочныи элемент, ключевой элемент.

1 ил. резисторов, включенных между катодом стабилитрона и движком регулировочного резистора, компаратор 11, состоящий из интегральной микросхемы компаратора 12 с выходным каскадом в виде ф3 транзисторного ключа с открьггым кол- 1;ф лектором, резистора 13 для нагрузки ф транзисторного ключа интегрального д компаратора и резистора 14 для созда- <ар ния положительной обратной связи, элемент И 15, состоящий из резистора 16, диода 17 и транзистора 18; усилитель мощности 19, состоящий из эмиттерного повторителя 20, транзисторного ключа на элементах 21 и 22 с ограничивающим резистором 23 в цепи коллектора, д, каскада с общей базой на элементах 24 и 25, обеспечивающего связь между эмиттерным повторителем и транзисторным ключом, а также иэ диодно-резистивных цепей смещения на элементах

1594503

26-29 для более надежного запирания транзисторного ключа и каскада с общей базой при логическом "0" на входе эмиттерного повторителя, формирователь 30 синхроимпульсов, состоящий из транзисторов 31 и 32 для положительного и отрицательного напряжений со: ответственно, с первым 33 и вторым 34 резисторами в базовых цепях резис-1п

У

,торами 35 и 36 в коллекторных цепях и источника тока из резистора 37 и транзистора 38, база которого подключена к коллектору ключа для отрицательного напряжения, а коллектор — к коллектору ключа для положительного напряжения, а также из цепи смещения . на элементах 39 и 40 для более надежного залирания источника тока, двухполярный источник 41 питания, состоя- 20 щий из двух разнополярных однополупериодных выпрямителей, к объединенным входам которых питающее напряжение подается через конденсатор 42, причем калдый выпрямитель состоит из диода 25

: 43 (44), конденсатора 45 (46} и стабилитрона 47 (48), ключевой элемент

49, выполненный в виде транзистора

: 50 и цепи управления из резистора 51 и стабилитрона 52, общая точка соеди- 30 нения которых подключена. к базе транзистора, а свободные выводы цепи управления подключены соответственнс к положительному и отрицательному выхоpRN двухполярнОГО истОчника питания при этом эмиттер транзистора соединен с нулевым входом формирователя синхрОимпульсов а кОлл -KTop — с выходом указанного формирователя. Вход двухполярного источника 41 питания (свободный вывод конденсатора 42) и вход

Формирователя 30 сипхраимпульсов (свободный вывод резистора 33), как и свободный вывод нагрузочного элемента 4, подключены к шине 2 сети переменного тока. Общая шина 3 подсоединена к катоду симистора 1, к нулевым входам усилителя 19 . (катод диода 27), элемента И 15 (коллектор транзистора

Ж

18), компаратора 11 (вывод отрицатель0 ного питания и эмиттер выходного тран зисторного ключа интегрального компара тора 12), задатчика 6 (анод стабилитрона 7), ключевого элемента 49 (эмиттер транзистора 50), ФоРмирователя 30 55 синхроимпульсов) (эмиттеры транзисторов 31 и 32) и двухполярного источника 41 питания (анод стабилитрона

47 и катод стабилитрона 48). Положительный выход источника 41 питания (катод диода 43) подключен к соответствующим входам питания формирователя

30 синхроимпульсов (вывод резистора

35), ключевого элемента 49 (вывод резистора 51), задатчика 6 (вывод резистора R 88)), компаратора 11 (вывод для положительного питания интегрального компаратора 12 и вывод резистора 13), элемента И 15 (вывод резистора 16) и усилителя 19 (коллектор транзистора 20). Отрицательный вывод источника 41 питания (анод диода 44) подключен к соответствующим входам питания формирователя 30 синхроимпульсов (вывод резистора 36), ключевого элемента 49 (вывод стабилитрона 52) и усилителя 19 (вывод резистора 22).

Неинвертирующий вход компаратора 11 соединен с потенциальным выходом задатчика 6 (точка соединения резисторов 9 и 10), инвертирующий вход компаратора 11 подключен к положительному выходу датчика 5, отрицательный выход которого соединен с нулевым выходом задатчика 6 (катод стабилитрона 7) . Выход компаратора 11 соединен с первым входом (катод диода 17) элемента И 15, выход которого подключен к входу усилителя 19 (база транзистора 20), выход которого (вывод резистора 23} соединен с управляющим входом симистора 1. Второй вход элемента И 15 (база транзистора 18) подключен к выходу ключевого элемента 49 (коллектор транзистора 50), вход которого (коллектор транзйстора 50) соединен с выходом формирователя 30 синхроимпульсов (коллектор транзистора 31) .

Устройство работает следующим Образом.

В исходном состоянии движок регулировочного резистора 8 находится в нулевом положении (т.е. в крайнем нижнем по схеме положении). После подачи питания на шины 2 и 3 переменный ток проходит через конденсатор 42 и в разные полупериоды через диоды 43 и 44 заряжает конденсаторы

45 и 46 до напряжения,,определяемого стабилитронами 47 и 48 соответственно. На выходе Фор ирователя 30 синхроимпульсов появляются короткие импупьсы положительной полярности в моменты перехода через наль сетевого

5 15945 переменного напряжения. В приведен-— ной схеме формирователя синхроимпуль-,. сов последние появляются только при напряжении на резисторах 33 и 34,, близком к нулю, так как при этом тран 5 зисторы 31, 32 и 38 заперты. При положительной полуволне сетевого напряжения открывается транзистор 31, и напряжение на его коллекторе близко к нулю. При отрицательной полуволне сетевого напряжения открывается транзистор 32 (при этом транзистор 31 заперт). На резисторе 36 создается напряжение, близкое к напряжению на стабилитроне 48. В этом случае в коллекторной цепи транзистора 38 возникает ток, который, протекая через резистор 35, создает на последнем падение напряжения. Сопротивление ре- Ю зистора 37 выбрано так, что напряжение на коллекторе транзистора 31 близко к нулю и при отрицательной полуволне сетевого напряжения. Ключевой элемент 49 при этом не должен мешать 25 прохождению импульсов с выхода формирователя 30 синхроимпульсов на второй вход элемента И 15. Для этого в приведенной схеме ключевого элемента 49 транзистор 50 должен быть заперт, что 30 обеспечивается путем создания íà его базе .близкого к нулю отрицательного напряжения выбором стабнлитрона 52 с напряжением стабилизации меньшим, чем у стабилитрона 48.

Так как напряжение на выходе задатчика б равно нулю, т.е. меньше напряжения датчика 5, то сигнал на выходе компаратора 11 соответствует логическому "0". При этом на выходе элемента И 15, а следовательно, и на выходе усилителя 19 сигналы отсутствуют и включение симистора не происходит.

Если движок регулировочного резистора 8 задатчика 6 находится в не ну- 45 левом положении и на его выходе напряжение более высокое, чем на выходе датчика 5, то на выходе компаратора

11 устанавливается положительное напряжение высокого уровня. При этом на- 5О выходе элемента И 15 и входе усилителя 19 появляются, импульсы напряжения с амплитудой, близкой к положительному напряжению питания. Эти импульсы .напряжения с помощью усилителя 19 пре-55, образуются в импульсы тока, достаточные для включения симистора .1.

Преобразование импульсов напряжения в импульсы тока в усилителе 19

03 6 выполняется следующим образом. При низком уровне входного сигнала транзистор 25 заперт, в его коллекторной цепи ток отсутствует, следовательно, заперт также транзистор 21, и на выходе усилителя 19 протекает микроток запертого транзистора 21. При высоком уровне входного сигнала в эмиттерных цепях транзисторов 20 и 25 возникает ток, определяемый входным напряжением усилителя (за вычетом падений напряжения на эмиттерных переходах транзисторов 20 и 25 и напряжения на диоде

27) и сопротивлением резистора 24.

Этот ток создает ток в коллекторной цепи транзистора 25 и открывает транзисторный ключ 21. При этом в управляющем электроде симистора возникает запускающий ток, величина которого ограничивается резистором 23. Импульсы тока в выходной цепи усилителя 19 включают симистор 1 в моменты прохождения через ноль сетевого напряжения.

При этом через нагревательный элемент проходит ток, и температура нагреваемой среды повьппается. Повышается также напряжение на выходе датчика 5 температуры. Когда это напряжение становится равным (с погрешностью напряжения смещения компаратора 12) напряжении задатчика 6 (напряжению на ре зисторе 9), тогда сигнал на выходе компаратора 11 скачком переходит в нулевое состояние, и включение симистора не происходит. Питание узлов управления симистором в устройстве обеспечивается двухполярным источником 41 питания, в котором выходные напряжения создаются двумя одинаковыми разнополярными однополупериодными выпрямителями с общим токоограничивающим конденсатором 42. При этом обес-. печивается симметричная нагрузка силовой сети в обоих полупериодах, а следовательно, минимизируются искажения формы напряжения сети, обусловленные нагрузкой. Для создания постоянного напряжения с допустимыми пульсациями при однополупериодном выпрямлении используются накопительные (фильтрующие) конденсаторы 45 и 46. Положительный полупериод напряжения силовой сети используется, в основном, для пипитания задатчика б, компаратора 11, элемента И 15 и маломощной части усилителя 19 (элементы 20, 24-27), а отрицательный полупериод — для питания мощной части усилителя 19 (элементы

1594503

21-23, 28, 29), создающей ток управления симистором. Такой принцип построения устройства обеспечивает рациональное использование энергии в каж5 дом полупериоде и способствует снижению потребляемой мощности.

Для включения симистора нужно в начале каждого полупериода, т.е. 2 раза в течение периода Т, подавать им-10 пульсы тока управления I длитель: ностью t, т.е. источник питания должен обесйечивать на отрицательном выходе средний за период ток нагрузки

2- си f5

I ir I ††-- где t - длительТ э Ц . ность импульсов на выходе формирователя 30 синхроимпульсов. Упомянутый формирователь вырабатывает сигнал высокого уровня в окрестностях нуля 20 в обе стороны, т.е. должно быть

t 2су.

Поэтому средний ток нагрузки должен быть не менее величины

I -=4I

Су

Т

Максимальная величина тока определяется реактивным сопротивлением конденсатора 42, т.е. его емкость из 30

1 1 Uсети

Х вЂ” — ( с N.ñ 2Я f.c I должна быть

I г где U сети и f — напряжение и частота питающей сети соответственно„

Указанный ток I обеспечивается на положительном выходе источника 41 питания. Если потребляемый с выходов источника питания ток меньше величины, задаваемой конденсатором 42, то излишки тока утекают в стабилитроны

47 и 48, которые служат также для ограничения выходных напряжений ис- .-.Ф точника питания.

В случае отсутствия ключевого элемента 49 устройство может прекратить функционирование после случайного кратковременного отключения питающей сети или кратковременного снижения (провала) сетевого напряжения. Это обусловлено тем, что при кратковремен ном пропадании питания происходит быстрое снижение отрицательного выходного напряжения источника 41 питания,. так как включение симистора 1 происходит значительным током I и конденсатор 46 источника питания быстро разряжается. При восстановлении сетевого питания конденсатор 46 иолностью зарядиться уже не может, так как компаратор 11 разрешает проход импульсов через элемент И 15, усилитель 19 пытается запустить симистор 1, и разряженный ранее конденса! тор 46 продолжает постоянно разряжаться.

Ключевой элемент 49 обеспечивает работоспособность следующим образом, При снижении отрицательного напряжения двухполярного источника 41 пита-. ния происходит повышение потенциала на базе транзистора 50, что приводит к.его открыванию. При этом импульсы на выходе формирователя 30 исчезают, и ключ 21 усилителя 19 запирается.

Благодаря этому конденсатор 46 начи-. нает заряжаться. В тот момент, когда конденсатор почти полностью зарядился, ключевой элемент 49 прекращает блокировать выход формирователя 30, работоспособность устройства восстанавливается (напряжение стабилитрона 52 ключевого элемента 49 выбирается меньшим, чем у стабилитрона 48, но максимально близким.

Для того, чтобы устройство сохраняло работоспособность .без ключевого элемента 49, нужно обеспечить ток нагрузки источника питания, равный I с =

2, I1,. При этом конденсатор 46 всегда заряжается полностью независимо от состояния ключа 21 усилителя 19. При этом ток потребления увеличивается в

Icy Т п = раэ.

Увеличивается также требуемая величина емкости конденсатора 42, а следовательно, его габариты и стоимость. Кроме того, в установившемся режиме образуется большой излишек тока, протекающего через стабилитроны 47 и 48, что требует увеличения мощности, например, путем введения транзисторов средней мощности с охладительными радиаторами. Это ведет также к усложнению источника нитания и увеличению

его стоимости.

Таким образом, введение ключевого элемента ведет к снижению потребляемого из сети тока, а следовательно, 1594503

10 и потребляемой мощности в и =

Т раз и повышению КПД устройства u. в целом, а также к упрощению и удешевлению источника питания.

Формула и з обр ет ения

Составитель Г. Крейман

Техред ПьОлийнык Корректор Нр Ревская

Редактор О. Головач

Заказ 2828 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные симистор и нагрузочный элемент, подключенные свободными выводами к шинам сети переменного тока, датчик и задатчик температуры, компаратор, последовательно соединенные элемент И и усилитель мощности, двухполярный источник питания, подключенный входами к шинам сети переменного тока, и формирователь синхроимпульсов, причем выходы датчика и задатчика температуры подключены к входам компаратора, связанчого выходом с одним из входов элемента И, другой вход . которого соединен с выходом формирова-, теля синхроимпульсов, соединенного выходами питания с выходами двухполярного источника питания, выход .усилителя мощности подключен к управляющему электроду симистора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД, устройство содержит ключевой элемент, включенный между выходными выводами формирователя синхроимпульсов, а управляющий вход ключевого элемента подключен к выходам двухполярного источника питания.