Устройство управления электроподогревом

ОООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕОПУБЛИН 51)5 С 05 0 232 ОБРЕТЕ ооюз ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Калининградское специализирванное конструкторское бюро Всесного производственного объединенияСоюзгазавтоматика"(56) Авторское свидетельство СССРР 1247850, кл, С 05 И 23/24, 1984,Авторское свидетельство СССРР 1023293, кл, С 05 Б 23(24, 1982(54) уСтРОИСТВО УПРЛВЛЕЦИЯ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВОМ(57) Изобретение относится к техникерегулирования и контроля температурыэлектрообогреваемых объектов, работающих в частности во взрывоопасныхзонах при низкой температуре окружающей среды, Цель изобретения - повышение Функциональной надежности иточности контроля температуры, Дляэтого устройство содержит электронагреватель 1, блок 2 контроля перегрева, блок 3 защиты коммутаторатока, предохранители 5, 7, токоогра20 Изобретение относится к техникерегулирования и контроля температурыэлектрообогреваемых объектов, в частности, работающих во взрывоопасныхзонах при низкой температуре окружающей среды, например технологического оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов в газовой промышленности, а также в нефтяной и других отраслях промьпдленности.Цель изобретения - повышениефункциональной надежности и точностиконтроля температуры,На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на Фиг, 2 - 25пример реализации коммутатора токаи блока защиты коммутатора тока;на фиг, 3 - схемы управления тиристорами и блока коммутации; на Фиг, 4 функциональная схема блока контроляперегрева; на Фиг. 5 - Функциональная схема блока контроля температурыэлектронагревателя.Устройство управления электроподогревом содержит электронагреватель1, выводами подключенный к блоку 2контроля перегрева и блоку 3 защитыкоммутатора тока, один вход которогосоединен с выходом коммутатора 4 тока,соединенным с Фазным проводом питающей сети, а . второй .вывод электронагревателя 1 подключен через первыйпредохранитель 5 к первому выводу токоограничивающего резистора 6, второйвывод которого заземлен, и к первому 45выводу второго предохранителя 7, второй вывод которого соединен с нулевымпроводом питающей сети. Другие входыблока 3 защиты коммутатора тока икоммутатора 4 тока соединены с соответствующими выходами блока 8 коммутации, один из входов которого соединен с выходом блока 9 контроля температуры электронагревателя, соединен-ного с датчиком 10 температуры электронагревателя, а другой вход - с вы 55ходом блока 11 контроля температурыобъекта 12, соединенного с датчиком13 температуры объекта. Третий вход блока 8 коммутации соединен с выходомстабилизатора 14 напряжения, входкоторого соединен с источником 15питания. Третий и четвертый входыблока 2 контроля перегрева соединенысоответственно с первым и вторым выводами пусковой кнопки 16, Третийи четвертый выходы блока 8 коммутации соединены соответственно с цепями сигнализации "Авария" и "Перегрев".Коммутатор 4 тока содержит двапредохранителя 17, и 17, соединенных с тиристорами 18 и 19, и схему20 управления. На вход тиристоровподается Фаза питающей сети, а к выходу подключен блок 2 контроля перегрева,Блок 3 защиты коммутатора токасостоит из тиристоров 21 и 22 итокоограничивающего резистора 23,соединенных с Формирователем 24 запускающих импульсов,Схема 20 управления состоит изоднопереходного транзистора 25, времязадающей цепи на конденсаторе 26и резисторе 27, токоограничивающегорезистора 28, параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне 29 и резисторе 30 и импульсноготрансформатора 31, вторичные обмоткикоторого соединены с цепями управления тйристорами 18 и 19 коммутатора4 тока,Блок 8 коммутации включает в себя переключающий контакт 32 блокаконтроля температуры объекта, последовательно соединенные замыкающий 33и размыкающий 34 контакты, параллельносоединенные размыкающий 35 и замыкающий 36 контакты, а также размыкающий контакт 37, последовательносоединенный с переключающим контактом 32,Схема блока 11 контроля температуры построена и работает аналогичносхеме блока 9 контроля температурыэлектронагревателя,Формирователь 24 состоит иэ генератора импульсов, выполненного на однопереходном транзисторе 38,и. времяэа5 164дающей цепи на конденсаторе 39, резисторе 40 и токоограничивающем резисторе 41. Генератор импульсов запитан от стабилизатора, выполненногона стабилитроне 42 и резисторе 43,получающем питание от выпрямителя,выполненного в виде диодного моста44. С генератором импульсов соединенимпульсный трансформатор 45,. управляющий работой тиристоров.Блок 2 контроля перегрева состоит из трансформатора 46 тока утечки,две. обмотки которого соединены сэлектронагревателем 1, а третья обмотка - с первым входом компаратора47, последовательно соединенного синвертором 48, транзисторным ключом49 и электромагнитным реле 50 с контактами 33, 35 и 37, Второй вход компаратора 47 соединен с резисторами51-53, образующими делитель напряжения для задания порога срабатываниякомпаратора 47. Замыкающий контакт54 реле 50 предназначендля блокировки реле в момент пуска.Датчик 10 температуры электронагревателя состоит из токозадающегорезистора 55 и чувствительного элемента 56, Датчик 10 подключен к блоку9 контроля температуры электронагревателя, состоящему из последовательно соединенных компаратора 5,инвертора 58, транзисторного ключа59 и электромагнитного реле 60 сконтактами 34 и 36. Компаратор 57своим вторым входом соединен с резисторами 61-63, образующими делительнапряжения для задания порога срабатывания компаратора 57.Устройство работает следующимобразом,При подаче переменного напряженияпитающей сети на клеммы "0" и "Ф"устройства и кратковременном нажатиипусковой кнопки 16 (фиг. 1) устройство начинает Функционировать. Приэтом открывается коммутатор 4, иток через блоки 3 и 2 проходит наэлектронагреватель 1 и через негои предохранители 5 и 7 на клемму "0"питающей сети. Электронагревательначинает подогревать объект 12.Достижение температурой подогреваемого объекта 12 установленногозначения средней температуры "Грубо",имеющей значение ниже, чем установленное значение средней темйературы точно", Фиксируется блоком 1 1, при этом подключенной на клемму "О", а не 4107 бсрабатывает реле 60 и замыкает свойразомкнутый контакт 32, подготавливаяцепь сигнализации о достижении температурой объекта среднего заданногозначения "Точно".При достижении температурой подогреваемого объекта 12 среднего установленного значения "Точно" ток утечки на землю увеличивается, что фиксируется блоком 2, при этом закрывается коммутатор 4 и обеспечиваетсяэлектронагреватель 1, а также обесточивается электромагнитное реле 50блока 2 и замыкает свои контакты 37,находящиеся в цепи сигнализации осостоянии объекта, при этом включается сигнализация Перегревчто свидетельствует о достижении средней 20 температурой подогреваемого объекта12 точного установленного значенияЕсли в процессе нагрева объекта 12средняя заданная температура "Грубо"не достигла установленного значения, 25 то контакты 32 реле 60 блока 11находятея в замкнутом состоянии.Поэтому, если при этом срабатывает реле50 блока 2, то замыкаются его контакты 37 и включается сигнализация 30 Авария, что говорит о неисправномсостоянии электронагревателя 1.Если объект нагрет до среднейзаданной температуры "Точно, атемпература "Грубо" не достигла установленного значения, это свидетельствует о неисправности электронагревателя 1 и аварийном отключенииустройства.Защита электронагревателя 1 от 40 локального перегрева осуществляетсяустановкой датчика 10 у начала электронагревателя 1 на небольшом участке, не контактирующем с телом подогреваемого объекта 12 и поэтому 5 имеющем наибольшую температуру нагрева.Для предотвращения возможностинахождения на электронагревателе 1Фазы питающей сети при закрытом ком О мутаторе 4 и создания взрывоопаснойситуации при низкой величине электроизоляции электронагревателя 1, чтоможет произойти при неправильномподключении Фазы и нуля питающей сети к клеммам "0" и "Ф", в устройствовведена цепь защиты от неправильногоподключения фазы.Если Фаза питающей сети окажетсяна клемму "Ф", то при подаче в устройство,питания ток, проходя через предохранитель 7 и токоограничивающий резистор 6 (величина которого вы 5 бирается такой, чтобы ток, проходящий через него, превышал номинальный ток предохранителя 7), замыкается на землю, что приводит к перегоранию предохранителя 7 и обесточиванию устройства.При понижении сопротивления электроизоляции нагревателя 1 и срабатывании (обесточивании электронагревателя) устройства включить его можно только кнопкой 16 "Пуск" после снижения средней температуры объекта ниже установленного значения "Точно" или исправив электронагреватель 1.Если при работе устройства происходит локальный перегрев участка нагревателя, это Фиксируется блоком 9, работающим аналогично блоку 11. Последний воздействует на блок 8, который отключает коммутатор . 4, при этом 25 электронагреватель 1 обесточивается, тем самым устраняется взрывоопасная ситуация.При понижении температуры локального перегрева до нормального значе ния блок 9 возвращается в исходное состояние. Блок 8, воздействуя на коммутатор 4, открывает его, на электро- нагреватель 1 подается питание, и нагрев объекта 12 продолжается.Известно, что электрическое сопротивление полимерных электроизоляционных материалов, в частности кремйийорганической. резины, из которой выполнена оболочка электронагревателя 1 устройства, понижается пропорционально увеличению температуры. Поэтому при обеспечении надлежащего те - плового контакта нагревателя с телом подогреваемого объекта сложной кон"45 фигурации, что обеспечивается укладкой гибкого нагревателя без зазоров между поверхностью подогреваемогообъекта и нагревателем, величина распределенного сопротивления электро 50 изоляции последнего пропорционально зависит от средней температуры подогреваемого объекта.С ростом средней температуры подогреваемого объекта сопротивление электроизоляции нагревателя понижа 55 ется, что.приводит к увеличению тока утечки на корпус объекта подогрева, величина которого фиксируется блоком контроля перегрева, отключающим электронагревательот питающей сетипри достижении током утечки, а значит, и средней температуры объектаподогрева установленного значения.Для исключения потерь тепла отподогреваемого объекта в окружающуюсреду последний, в том числе иэлектронагреватель, покрыты слоемтеплоизоляции и защитным водонепроницаемым кожухом, поэтому понижениесопротивления изоляции электронагревателя практически может изменитьсвое значение только по причинеизменения температуры нагревателя.Однако, если предположить, что покаким то непредвиденным причинам,например повреждение защитного кожуха, на электронагреватель 1 попадет влага и электроизоляция по-.следнего понижается, происходитотключение устройства, Фиксируемоекак достижение средней температуройподогреваемого объекта заданногозначенияВ режиме нагрева объекта замыкающий контакт 33 электромагнитногореле 50 блока 2 (средняя температура объекта "Точно" ) замкнут. Контакт34 электромагнитного реле 60 блока9 также замкнут. На первичную обмотку импульсного трансформатора 31поступают импульсы с генератора импульсов на однопереходном транзисторе 25, которые с вторичных обмотоктрансформатора 31 поступают на управляющие электроды тиристоров 18 и19, и тиристоры находится во включенном состоянии,При нагреве объекта 12 до среднейтемпературы "Точно" сопротивление изоляции электронагревателя 1 понижается, увеличивается ток утечки наземлю. При этом ток, входящий вэлектронагреватель 1, становится бо,льше тока, выходящего из последнего,что приводит к разбалансу токов впервичной и вторичной обмотках транс"Форматора 46 блока 2. Появляетсянапряжение разбаланса, которое меньше напряжения, подаваемого на второйвход компаратора 47 с делителя, выполненного на резисторах 51-53, последний срабатывает, что фиксируется инвертором 48 и транзисторнымключом 49, при этом реле 50 обесточивается, размыкая. контакт 33 в блоке 8, На первичную обмотку транс 1644107 1050 1. Устройство управления электроподогревом, содержащее последовательформатора 31 схемы 20 перестают подаваться управляющие импульсы и тиристоры 18 и 19 закрываются, обесточивая электронагреватель5Если в процессе нагрева происхо" дит локальный перегрев участка электронагревателя 1, это фиксируется датчиком 10 и компаратором 57, воз" действующим на инвертор 58 и транзисторный ключ 59. При этом происходит срабатывание реле 60 блока 9, которое своими контактами 34 в блоке 8 размыкает цепь управления запуском тиристоров 18 и 19 через схему 20, отключая.их, при этом электронагреватель 1 обесточивается.Блок 3 защиты коммутатора тока работает следующим образом.Если при работе устройства произошло короткое замыкание в тиристоре 18 или 19 (Фиг. 2), то последний находится в проводящем состоянии при возникновении локального перегрева электронагревателя 1 или достижении 25 объектом 12 подогрева заданной температуры "Точно" независимо от того, сработала ли схема 20 на отключение коммутатора 4, при этом на электронагревателе 1 находится половина напряжения питания при выходе из строя одного из тиристоров 18 или 19 или полное напряжение при выходе из строя (коротком замыкании перехода) двух тиристоров одновременно, В этом случае замыкается контакт 35 электромагнит 35 ного реле 50 блока 2 или контакт 36 реле 60 блока 9,в формирователь 24 тиристорами 21 и 22 (Фиг. 2 и 3) подается напряжение питания, и схема 20 открывает 40 тиристоры 21 и 22, при этом предохранители 17 (Фиг, 2) в зависимости от того, какой из тиристоров 18 или 19 вышел из строя, оказываются подключенными к нулю питающей цепи через токоограничивающий резистор 23, в результате чего происходит перегорание предохранителя 17или 17, а в случае выхода из строя обоих тиристоров 18 и 19 происходит перегорание обоих предохранителей 17и 1. При этом электронагреватель 1 отключается от питающей сети и может быть включен только. после устранения неисправности и замены предохранителей., Формула изобретения55 но соединенные источник питания, стабилизатор напряжения и блок коммутации, второй сигнальный вход и первый выход которого соединены соответственно с первыми выходом и входом коммутатора тока, подключенного вторым входом к Фазному выводупитающей сети, рулевой вывод которой через последовательно соединенные первый и второй предохранители связан с электронагревателем, снабженным датчиком температуры электронагревателя, а также блок контроля температуры электронагревателя, подключенный входом к выходу датчика температуры электронагревателя, а выходом - к первому управляющему входу блока коммутации, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока контроля температуры объекта, подключенного входом к выходу датчика температуры объекта, о т л и - ч.а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения Функциональной надежности и точности контроля температуры, в него введены токоограничивающий резистор, блок контроля перегрева и блок .защиты коммутатора тока, подключенный первым входом к второму вьходу блока коммутации, а вторым входом - к второму выходу коммутатора тока и первому входу блока контроля перегрева, второй вход и выход которого соединены с соответствующими выводами электронагревателя, токоограничивающий резистор включен между общей шиной и точкой соединения предохранителей, а третий и четвертый выходы блока коммутации соединены с цепями сигнализации соответственно "Авария" и "Перегрев".2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок контроля перегрева содержит трансформатор тока утечки, делитель напряжения и последовательно соединенные компаратор, инвертор, транзисторный ключ, электромагнитное реле и параллельно соединенные замыкающий контакт электромагнитного реле и пусковую кнопку, вторые выводы которых соединены с выводом .источника питания, причем первая обмотка трансформатора тока утечки включена между первым входом и выходом блока, вторая обмотка включена между вторым входом и нулевым выводом питающей сети и вторым входом блока, третья обмотка включенамежду общей шиной и первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу делителя напряжения, включенного между выводом ис точника питания и общей шиной,3, Устройство по п. 1, о т л и . - ч а ю щ е е с я тем, что блок защиты коммутатора тока содержит последовательно соединенные токоограничивающий резистор и встречно-параллельно включенные два тиристора, а также формирователь запускающих импульсов, выполненный в виде последовательно соединенных выпрямителя, стабилизатора, генератора импульсов и импульсного трансформатора, причем второй вывод токоограничивающего резистора соединен с нулевым выводом питающей сети, выводы второй обмотки импульсного трансформатора соединены соответственно с катодом и управляющим выводом первого тиристора, выводы третьей обмотки импульсного трансформатора соединены соответственно скатодом и управляющим выводом второготиристора, а вход выпрямителя и объединенные анод первого тщистора икатод второго тиристора являются соответственно первым и вторым входамиблока. 4, Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок контроля температуры электронагревателя содержит делитель напряжения и последовательно соединенные компаратор, инвертор, транзисторный ключ н электромагнитное реле, причем первый вход компаратора соединен с выходом делителя напряжения, включенного между выводом источника питания и общей шиной, второй вход компаратора и вы- ход электромагнитного реле являются соответственно входом и выходом блока.1644107 Составитель В. ПрямицинРедактор О. 10 рковецкая ехред Л.Сердюкоав Корректор С.Шекм Т Проиэводствен ательский комбинат "Па Ужгород, ул. Гагарин Заказ ВНИИПИ 40 Тираж 473 Подписное сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж, Раушская наб д, 4/5