Устройство для регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕ ОЦИА ЛИСРЕСПУБЛИ х СИИ51)5 С ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ ГУЛИРОВАНИЯ ТЕМовагруОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ПНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский техно-, логический институт электротермического оборудования(56) Авторское свидетельство СССР В 1247849, кл, С 05 1) 23/19, 1985Авторское свидетельство СССР У 1076882, кл. С 05 Р 23/19, 1982. Изобретение относится кавтоматике, в частности к технике автоматическо" го регулирования температуры, и может быть использовано в бытовых, сельскохозяйственных, лабораторных и других электронагревательных приборах сред- ней мощности, в которых датчиком является термопара.Цельюизобретения 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, задатчик 6 температуры, выполненный в виде стабилитрона 7 с регулировочным резистором 8 в цепи катода иделителя напряжения из первого 9 и второго 10(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в бытовых, сельскохозяйственных, лабораторных и других электронагревательныхприборах средней мощности. Целью изоретения является повышение КПД. Устройство содержит датчик и задатчиктемпературы, компаратор, элемент И,усилитель мощности, симистор, двухполярный источник питания, формиртель синхроимпульсов, задатчик, назочныи элемент, ключевой элемент,С: резисторов, включенных между катодомстабилитрона и движком регулировочного резистора, компаратор 11, состоящий из интегральной микросхемы компаратора 12 с выходным каскадом в виде ЯДтранзисторного ключа с открытым кол- (ф лектором, резистора 13 для нагрузки ф транзисторного ключа интегрального дкомпаратора 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, ь, каскада с общей базой на элементах 24и 25, обеспечивающего связь между эмиттерным повторителем и транзисторным ключом, а также из диодно-резистивных цепей смещения на элементах26-29 для более надежного запираниятранзисторного ключа и каскада с общей базой при логическом "0" на входеэмиттерного повторителя, формирователь 30 синхроимпульсов, состоящий изтранзисторов 31 и 32 для положительного и отрицательного напряжений соответственно, с первым 33 и вторым 34 резисторами в базовых цепях резиспУ ,торами 35 и 36 в коллекторных цепях ,и источника тока из резистора 37 итранзистора 38, база которого подключена к коллектору ключа для отрицательного напряжения, а коллектор - кколлектору ключа для положительногонапряжения, а также из цепи смещенияна элементах 39 и 40 для более надежного задирания источника тока, двухполярный источник 41 питания, состоящий из двух разнополярных однополупериодных выпрямителей, к объединеннымвходам которых питающее напряжениеподается через конденсатор 42, причем кажцьей выпрямитель состоит из диода 25 , 43 (44), конденсатора 45 (46) и стабилитрона 47 (48), ключевой элемент49, выполненный в виде транзистора50 и цепи управления из резистора 51и стабилитрона 52, общая точка соединения которых подключена. к базе транзистора, а свободные выводы цепи управления подключены соответственнс кположительному и отрицательному выходам двухполярного источе 1 ика питанияпри этом эмиттер транзистора соединен с нулевым входом Формирователясиеехроимпульсов а коллектор - с выходом указанного Формирователя, Входдвухполярного источника 41 питания(свободный вывод конденсатора 42) и входФормирователя 30 сипхраимпульсов (свободньей вывод резистора 33), как исвободный вывод нагрузочного элемента 4, подключены к шине 2 сети переменного тока, Общая шина 3 подсоединена к катоду симистора 1, к нулевымвходам усилителя 19 .(катод диода 27),элемента И 15 (коллектор транзистораЖ18), компаратора 11 (вывод Отрицатель 0ного питания и эмиттер выходного транзисторного ключа интегрального компаратора 12), задатчика 6 (анод стабилитрона 7), ключевого элемента 49 (эмиттер транзистора 50), Формирователя 30 55синхроимпульсов) (эмиттеры транзисторов 31 и 32) и двухполярного источника 41 питания (анод стабилитрона47 и катод стабилитрона 48). Положительный выход источника 41 питания(катод диода 43) подключен к соответствующим входам питания Формирователя30 синхроимпульсов (вывод резистора35), ключевого элемента 49 (выводрезистора 51), задатчика 6 (выводрезистора К 8), компаратора 11 (выводдля 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 входампитания Формирователя 30 синхроимпульсов (вывод резистора 36), ключевогоэлемента 49 (вывод стабилитрона 52)и усилителя 19 (вывод резистора 22).Неинвертирующий вход компаратора 11соединен с потенциальным выходом задатчика 6 (точка соединения резисторов 9 и 10), инвертирующий вход компаратора 11 подключен к положительному выходу датчика 5, отрицательныйвыход которого соединен с нулевымвыходом 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 (выводрезистора 23) соединен с управляющим входом симистора 1. Второй входэлемента 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 (коллектортранзистора 31). Устройство работает следующим образом.ФВ исходном состоянии движок регу" лировочного 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 напряженияопределяемого стабилитронами 47 и 48 соответственно. На выходе Формирователя 30 синхроимпульсов появляются короткие имФ пупьсы положительной полярности в моменты перехода через наль сетевого15945 переменного напряжения, В приведен- - ной схеме формирователя синхроимпуль-, сов последние появляются только принапряжении 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 полу- волне сетевого напряжения. Ключевой элемент 49 при этом не должен мешать 5 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 на его базе,Ьлизкого к нулю отрицательного напряжения выбором стабнлитрона 52 с напряжением стабилизации меньшим, чем у стабилитрона 48.35Так 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 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 р 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, образуются в импульсы тока, достаточные для включения симистора .1.Преобразование импульсов напряжения в импульсы тока в усилителе 19 03 6выполняется следующим образом. Принизком уровне входного сигнала транзистор 25 заперт, в его коллекторнойцепи ток отсутствует, следовательно,заперт также транзистор 21, и на выходе усилителя 19 протекает микротокзапертого транзистора 21. При высокомуровне входного сигнала в эмиттерныхцепях транзисторов 20 и 25 возникаетток, определяемый входным напряжениемусилителя (за вычетом падений напряжения на эмиттерных переходах транзисторов 20 и 25 и напряжения на диоде27) и сопротивлением резистора 24,Этот ток создает ток в коллекторнойцепи транзистора 25 и открывает транзисторный ключ 21. При этом в управляющем электроде симистора возникаетзапускающий ток, величина которогоограничивается резистором 23. Импульсы тока в выходной цепи усилителя 19включают симистор 1 в моменты прохождения через ноль сетевого напряжения,При этом через нагревательный элементпроходит 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 резисторе 9), тогда сигнал на выходекомпаратора 11 скачком переходит внулевое состояние, и включение симистора не происходит, Питание узловуправления симистором в устройствеобеспечивается двухполярным источником 41 питания, в котором выходныенапряжения создаются двумя одинаковыми разнополярными однополупериоднымивыпрямителями с общим токоограничивающим конденсатором 42. При этом обес-.печивается симметричная нагрузка силовой сети в обоих полупериодах, а следовательно, минимизируются искаженияформы напряжения сети, обусловленныенагрузкой. Для создания постоянногонапряжения с допустимыми пульсациямипри однополупериодном выпрямлении используются накопительные (фильтрующие) конденсаторы 45 и 46, Положительный полупериод напряжения силовойсети 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 питаниямощной части усилителя 19 (элементы21-23, 28, 29), создающей ток управления симистором. Такой принцип построения устройства обеспечивает рациональное использование энергии в каж 5 дом полупериоде и способствует снижению потребляемой мощности.Для включения симистора нужно в начале каждого полупериода, т.е. 2 раза в течение периода Т, подавать импульсы тока управления 1, длитель ностью у, т.е. источник питания должен обесйечивать на отрицательном вы" ходе средний за период ток нагрузки2. си 15 1 ъ 1 в вгде С - длительУ Т Ф Иность импульсов на выходе формирователя 30 синхроимпульсов. Упомянутый формирователь вырабатывает сигнал высокого уровня в окрестностях нуля 20 в обе стороны, т.е. должно быть3 2 суеПоэтому средний ток нагрузки должен быть не менее величины251 = 41У ТМаксимальная величина тока определяется реактивным сопротивлением конденсатора 42, т,е. его емкость из 301 1 ПсетиХ (с и).с 211 Я сдолжна быть351с--- -- ,где П сети и Й - напряжение и частота питающей сетисоответственно40Указанный ток 1 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.50В случае отсутствия ключевого элемента 49 устройство может прекратить функционирование после случайного кратковременного отключения питающейсети 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 1, 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 1 с=2, 11,. При этом конденсатор 46 всегда заряжается полностью независимо от состояния ключа 21 усилителя 19. При этом ток потребления увеличивается в1 ср Тп = раэ.1 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 витания 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 =Траз и повышению КПД устройстваи.в целом, а также к упрощению и удешевлению источника питания. Формула и з обр ет ения Составитель Г. КрейманРедактор О. Головач Техред ДьОлийнык Коррек евск аж 660 Подписное Заказ 2828 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, сква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Ио Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгор Гагарина,1 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, двух- полярный источник питания, подключенный входами к шинам сети переменного тока, и формирователь синхроимпульсов, причем выходы датчика и задатчика температуры подключены к входамкомпаратора, связанного выходом с одним из входов элемента И, другой входкоторого 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 мелду выходными выводами формирователя синхроимпульсов, а управляющий вход ключевогоэлемента подключен к выходам двухпо"лярного источника питания.