Устройство для регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ВО 127 23 иы о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП(56) 1. Патент СЮА Р 3633094, кл. 323-18, опублик. 1974.2. Авторское свидетельство СССР 9 881702 кл. 0 05 0 23/19 1981.3. Авторское свидетельство СССР 9 646321, кл. 6 05 Р 23/19, 1975 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО.ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТК 14 ПЕРАТУРЫ, содержащее источни сетевого напряжения, широтно-им" пульсный преобразователь, а также подключенные к его первому входу измерительный блок и к его выходуключевой элемент, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно,содержит включенные последовательновыпрямитель, интегратор, нуль-орган,первый формирователь импульсов,триггер И делитель частоты, входомподключенный к второму входу широт"но-импульсного преобразователя, атакже второй формирователь импульсов, входом соединенный с входомвыпрямителя и выходом источника сетевого напряжения, первым выходомс вторым входом триггера, вторымвыходом - с третьим входом .широтноимпульсного преобразователя, причемпервый вход триггера связан с вто.;рым входом интегратора.Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в широтно-импульсных системах регулирования температуры, атакже для автоматического регулирования мощности других объектов. 5Известно устройство для регулирования температуры, использующееспособ широтно-импульсного регулирования температуры 1..Недостатком этого устройства является низкая точность регулированиявследствие зависимости выходной мощности и регулируемой температуры отколебаний, напряжения сети. При изменении напряжения сети на + 15 выходная мощность такого устройстваизменяется на 32 от номинальногозначения.Известно устройство для регулирования температуры, осуществляющееширотно-импульсное регулированиетемпературы, причем выходная мощность этого устройства и регулируемая температура не зависят от колебаний напряжения сети 2 3,Однако это устройство, и в частности его задающий блок, являетсяаналоговым, что затрудняет исполь,зование его в автоматизированныхсистемах управления.Наиболее близким к предлагаемому 30по технической сущности являетсяустройство.для регулирования температуры, содержащее измерительныйблок, подключенный к входу широтноимпульсного преобразователя, выход 35которого подключен через блок управления к входу ключевого элемента,и контур регулирования по отклонению напряжения сети, содержащий источник опорного напряжения, преобразователь напряжения, второй широтно-импульсный преобразователь,второй блок управления, элементсравнения, схему И и второй ключевойэлемент. Это устройство осуществляет 45регулирование широтно-импульсным способом, причем период работы устройства синхронизирован по заданному числу полупериодов напряжениясети, длительность включения нагревателя в течение одного периода работы устройства пропорциональна величине рассогласования заданной и.регулируемой температуры, а длительность включения нагревателя в каж. -дом полупериоде сетевого напряже"ния зависит от амплитуды напряжениясети так, что эффективное значениенапряжения на нагревателе в тече,ние каждого полупериода сети остается неизменным, 33 бОНедостатком этого устройстваявляется использование фазового регулирования, при котором переключение силового ключевого элемента вкаждом полупериоде сетевого напря жения происходит в моменты, не совпадающие с моментами перехода напряжения сети через ноль, что приводит к появлению помех. Помехи вызывают сбои цифровых узлов устройства, мощные помехи, возникающие прикоммутации мощных токовых сигналов(до 100 А и более) приводят к отказу цифровых элементов устройства,и то и другое снижает надежностьсистемы регулирования,Цель изобретения - повышение надежности устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее источник сетевогонапряжения, широтно-импульсный преобразователь, атакже подключенные к его первомувходу измерительный блок и к еговыходу - ключевой элемент, введенывключенные последовательно выпрямитель, интегратор, нуль-орган,первый формирователь импульсов, триггер и делитель частоты, входом подключенный к второму входу широтноимпульсного преобразователя, атакже второй формирователь импульсов,входом соединенный с входом выпрямителя и выходом источника сетевого напряжения, первым выходом - свторым входом триггера, вторым выходом - с третьим входом широтноимпульсного преобразователя, причем .первый вход триггера связан с вторым входом интегратора.Исключение влияния колебаний напряжения сети на выходную мощностьустройства осуществляется благодаря тому, что период работы устройства является функцией напряжения сети.Повышение надежности устройствадостигается за счет того, что вкаждом периоде работы устройства,синхронизированном сетью, нагреватель включен в течение целого числаполупериодов сетевого напряжения, аизменение длительности и периодавыходного широтно-импульсного сигнала происходит дискретно, также нацелое число полупериодов напряжениясети, При этом переключения силового ключевого элемента происходят принапряжении сети, равном нулю, чтоисключает появление помех.На фиг.1 представлена структурная схема устройства для регулирования температуры; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие формирование импульсов цикла; нафиг.З - пример реализации интегратора, нуль-органа и первого формирователя импульсов,Устройство для регулированиятемпературы состоит из измерительного блока 1, широтно-импульсногопреобразователя 2, ключевого элемен30 та 3, выпрямителя 4, интегратора 5,нуль-органа б, первого формирователя 7 импульсов, триггера 8, делителя 9 частоты и второго формирователя 10 импульсов. Широтно-импульсныйпреобразователь 2 может быть построен, например, как реверсивныйсчетчик, последовательный выходкоторого подключен к В-входу ВЯ-триггера, на Я-вход которого поступаютимпульсы цикла. 10Выпрямитель 4 может быть реализован например, как выпрямитель низ"кой частоты с НС-фильтром на выходе.Пример реализации интегратора 5,нуль-органа б и первого формирователя 7 импульсов приведен на фиг.3.В качестве триггера 8 может бытьиспользован Р-триггер.Делитель 9 частоты может быть выполнен как вычитающий счетчик с обратной связью. Коэффициент деления 20и делителя 9 частоты может быть задан с помощью числа, записываемогов него по параллельному входу.Второй формирователь 10 импульсов может быть построен как усилитель-ограничитель синусоидальногонапряжения, вырабатывающий короткие(например, 1 мс) импульсы частотой50 Гц (на выходе 1) и 100 Гц (навыходе 2).устройство работает следующимобразом.При появлении импульса цикла навыходе делителя 9 частоты в.широтноимпульсный преобразователь 2 эаписывается код числа, пропорциональ-ного отклонению температуры в рабо.чем объеме от заданной, поступающий с выхода измерительного блока 1на первый (суммирующий) вход широтно-импульсного преобразователя 23.Записанное в широтио-импульсномпреобразователе 2 число считывается до нуля импульсами частотой100 Гц, поступающими с второго выхода формирователя 10 импульсов натретий. (вы 4 итающий) вход широтно.импульсного преобразователя 2,На выходе широтно-импульсногопреобразователя 2 формируются импульсы, в течение которых черезключевой элемент 3 в нагрузку проходит ток. Длительность этих импуль-.сов изменяется пропорционально ве"личине отклонения температуры в рабочем объеме от заданной с дискретностью изменения в один полупериоднапряжения сети. Период выходныхимпульсов широтно-импульсного пре"образователя 2 равен периоду им"пульсов цикла. 60Формирование импульсов цикла поясняется временными диаграммами,приведенными на фиг.2.На инвертирующий вход интегратора,5 поступает стабилизированное , 65 напряжение О . На неинвертирующий вход интегратора 5 с выхода выпрямителя 4 поступает выпрямленное нестабилиэированное напряжение сети КО,(где К - коэФфициент пропорциональности; Ор - напряжение сети).Интегратор 5, входное напряжение которого О =О-КОп, вырабатывает линейно возрастающее напряжение Оц (6) (фиг.2 а), которое нуль-оргайом б сравнивается с пороговым напряжением Оо. В момент равенства напряжений О ,и О с выхода нуль-органа б выдается импульс (фиг.26), запускающий первый формирователь 7 импульсов, например ждущий мультивибратор, который вырабатывает импульсы (Фиг.2 в) длительностью не менее периода напряжения сети ( 0,02 с). По заднему фронту выходного импульса первого формирователя 7 импульсов выходное напряжение интегратора 5 сбрасывается до значения КОп (фиг.2 а). Крутизна и началЬное значение выходного напряжения интегратора 5 пропорциональны напряжению сети, а следовательно, и период ( О) выходных им- пульсов нуль-органа б и первого формирователя 7 импульсов является функцией напряжения сети.Выходной сигнал первого формирователя 7 импульсов поступает на Р-вход Р-триггера 8; синхронизиро- ванного импульсами частотой 50 Гц (фиг.2 д), поступающими с первого выхода второго формирователя 10 импульсов на С-вход Р"триггера 8,С выходг Р-триггера 8 импульсы (фиг.2 е), период которых 1 (Оп, Хд) является функцией напряжения сети и синхрониэирован сетью, поступают на последовательный вход делителя 9 частоты. На выходе делителя 9 частоты формируются импульсы цикла, период которых Тц = и (О,д) является Функцией йапряжения сети и синх 15 онизирован сетью.При изменении напряжения сети на й 15 период Т импульсов цикла изменяется так, что выходная мощность с тбчностью до 2,25 остается постоянной. Действительно, как видно из фиг.1 и 2 выходное напряжение ин" тегратора 5 где Ф - длительность выходных импульсов интегратора 5, равная периоду выходных импульсов нуль-органа б;постоянная времени интегратора 5;Оп - напряжение Питания (сети);К " коэФфициент передачи напряжейия питания,(2)20 нрде Ц - номинальное напряжениесети;О- стабилизированное напряжение.Подставляем значение ОЭ,=О=0 в выражение (1) и находим йз него длительность выходных импульсов интег" ратора 5пстП Период импульсов цикла КО т0ОСТ-КОЛПри номинальном напряжении сетиО = Овыходная мощность1"1 Н" где о - коэффициент деления делителя 9 частоты. 20 Средняя мощность нагревателя при широтно-импульсном регулировании выражается формулойОФ 25Р=(43( Тцгде С - длительность выходногоиширотно-импульсного сигнала;30Я - сопротивление нагревателя.Подставив выражения (2) и (3) в выражение (4)0 получим При изменении напряжения сети на величину Од относительное изменение выходной мощности2дРН ц 2нПри изменении напряжения сети на 15 П = О 215"Н 12р", = Пг00 100 1 - 1100=2 25.нТаким образом, устройство, осуществляя регулирование температуры (мощности) с высокой точностью, обладает высокой надежностью благодаря использованию выпрямителя, интегратора, нуль-органа,.триггера, делителя частоты, первого и второго формирователей импульсов, так как компенсация изменений напряжения сети производится путем соответствующих изменений периода выходного широтно-импульсного сигнала, а все изменения периода и длительности этого сигнала происходят дискретно, на величину, кратную целому числу полупериодов напряжения сети, вследствие чего силовой ключевой элемент переключается при напряжении сети, равном нулю, исключает появление помех, а следовательно, повышает надежность системы регулирования, Кроме того, при использовании предлагаемого устройства появляется возможность цифрового регулирования периода Т выходного сигнала пользователем (вручную и автоматически), что позволяет применять устройство для регулирования температуры широкого класса объектов, т.е. расширяет его эксплуатационные возможности.Применение изобретения дает экономический эффект за счет отказа от специальных мер по защите от помех (дополнительного экранирования цифровых узлов, фильтров, экранированных кабелей и т.п.), приводит . к облегчению системы регулирования.иг.2 Составителексеенко Техред С. Корре а ИМОКОСО 1337/4 сн илиал ППП фПатент 1, г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 842 дарственного ко изобретений и а, Ж, РаушскИИПИ ГО по дел35, Мос ета СССрытийнаб. д