Устройство для регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 827 А 1 9) (1) 5 0 23/1 505 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(71) Специальное конструкторское бюроэлектрофотографических аппаратов(53) 621 555.6(088.8)56) Авторское свидетельство СССРМ 1092471, кл. 6 05 О 23/19, 1984,Заявка ЕПВ М 0263653,кл. 8 05 О 23/24, 1988.Авторское свидетельство СССРМ 484508, кл, 6 05 О 23/24, 1971. 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано при закоеплении тонерных изображений в электрофотографическом копировальном аппарате, Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры и уменьшение создаваемых помех в питающей сети. Для этого благодаря использованию высокостабильного сравнения с применением трансформатора 101735827 тока, а также широтно-импульсного управления включением выпрямителя 5, при котором угол управления всегда является постоянным и не зависящим от изменений температуры окружающей среды, достигается более высокая точность поддержания Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и можетбыть использовано при закреплении тонерных изображений в электрофотографическом копировальном аппарате, 5Цель изобретения - уменьшение создаваемых помех в питающей сети и повышение точности регулирования температуры,На фиг. 1 показана функциональнаясхема устройства; на фиг, 2 - вариант выполнения управляемого выпрямителя; нафиг, 3 - вариант конструкции термофиксирующего валика; на фиг, 4 и 5 - временныедиаграммы, иллюстрирующие характер изменения напряжений и токов на элементах 15устройства при двухполупериодном подогреве термодатчика-нагревателя; на фиг, 6 -график выхода устройства на режим, на фиг,7 - зависимости температуры постоянногоподогрева от величин измерительных токов, 20протекающих в цепях диодов устройствапри специально отключенном первом выпрямителе,Устройство для регулирования температуры содержит трансформатор 1 напряжения с тремя обмотками 2 - 4 и электрически связанные с ним три выпрямителя5 - 7, два диода 8 и 9, трансформатор 10 токас тремя обмотками 11 - 13, три кольцевыхтокосъемника 14 - 16, задатчик 17 температуры, термодатчик-нагреватель 18, формирователь 19 трапецеидальных импульсов,включающий выпрямитель 20, делитель напряжения, выполненный на резисторах 21 и22, и стабилитрон 23, компаратор 24, источник 25 опорного напряжения, формировательь 26 коротких импульсов и элемент И - НЕ27.Управляемый выпрямитель 5 в однофазном исполнении содержит два диода 28 и 4029, два ограничительных резистора 30 и 31и два оптронных тиристора 32 и 33,Термофиксирующий валик 34 содержитнесущий цилиндр 35, две цапфы 36 и 37, дветеплоизолирующие втулки 38 и 39, слой 40 45термодатчика-нагревателя 18, расположенный между нижним и верхним электроизоляционными слоями 41 и 42, задатчик 17 заданной температуры. Кроме того, двухполупериодный нагрев термодатчика-нагревателя 18 в сочетании с широтно-импульсным управлением значительно уменьшает искажения формы синусоидального сетевого напряжения, 1 з,п. ф-лы, 7 ил,температуры в виде резистора, держатели 43-45 задатчика 17, два подшипника 46 и 47, три кольцевых токосъемника 14-16, выполненные в виде токосъемных колец 48-50 и щеток 51-53.Устройство работает следующим образом,Диод 8, обмотка 11 трансформатора 10 тока, кольцевой токосъемник 14 и задатчик 17 образуют первое, а диод 9, обмотка 12 трансформатора 10, кольцевой токосъемник 15 и термодатчик-нагреватель 18 - второе плечи термочувствительного моста (фиг. 1), питающая диагональ которого через кольцевой токосъемник 16 подключена к выходу выпрямителя 6, Вследствие того, что предлагаемое устройство предназначвно для поддержания заданной рабочей температуры как для цилиндрических нагревателей, вращающихся вокруг своей оси, так и для неподвижных плоских нагревателей, очевидно, что применение для последних кольцевых токосъемников 14 - 16 не имеет смысла.Рассмотрим работу предлагаемого устройства при двухполупериодном подогреве термодатчика-нагревателя 18. На,фиг. 4 а-е и фиг. 5 а-и представлены временные диаграммы, иллюстрирующие характер изменения напряжений и токов на элементах устройств при двухполупериодном подогреве сетевым напряжением термодатчика-нагревателя 18,Предположим, что первоначальное включение устройства произошло в положительный полупериод сетевого напряжения и с момента выхода его из нулевого значения (фиг, 5 а). Тогда в момент выхода положительного полупериода из нулевого значения произойдет включение оптронного тиристора 33 в управляемом выпрямителе 5 в результате поступления на его управляющий вход короткого отпирающего импульса с выхода элемента И-НЕ 27 (фиг. 1 и фиг. 4 е). Вследствие этого к термодатчику-нагревателю 18 с выхода выпрямителя 5 через меньшую часть рабочей обмотки 12 трансформатора 10 прикладывается выпрямленноеотрицательной полярности полное напряжение сети (фиг. 5 з), а к задатчику 17 через последовательно включенные диод 8 и рабочую обмотку 11 трансформатора 10 прикладывается пониженное выпрямленное напряжение отрицательной полярности с выхода выпрямителя 6 (фиг. 5 в). При этом длительность действия приложенного выпрямленного сетевого напряжения к термодатчику-нагревателю 18 как в указанный первый положительный, так и в последующие отрицательные и положительные полупериоды сетевого напряжения означает, что устройство на интервале времени со - с 1 работает в режиме форсированного достижения заданной рабочей температуры (фиг, 5 а, ж - и и фиг. 6). Благодаря встречному включению двух диодов 8 и 9, а также наличию ствода в рабочей обмотке 12 трансформатора 10 в предлагаемом устройстве в отличие от известного присутствует возможность определения разбаланса термочувствительного моста как в положительные, так и в отрицательные полупериоды сетевого напряжения на всем временном интервале форсированного подогрева термодатчика-нагревателя 18. Это объясняется, во-первых, тем, что диод 9, установленный во втором плече термочувствительного моста, выполняя функцию ключа, запирается высоким выпрямленным напряжением сети вследствие того, что отрицательное напряжение на его аноде в моменты включения какого-либо из тиристоров 32, 33 первого управляемого выпрямителя 5 значительно превосходит по величине отрицательное напряжение на его катоде. Во-вторых, трансформатор 10 относительно своей рабочей обмотки 11 в моменты включения любого из тиристоров 32 и 33 выпрямителя 5 автоматически уменьшает коэффициент трансформации, а именно, уменьшает во столько раз, во сколько раз ток в цепи термодатчика-нагревателя 18 в момент действия первого полупериода сетевого напряжения на интервале времени то вбольше измерительного тока в цепи задатчика 17 (фиг, 5 е, ж), и если при первоначальном включении устройства в момент времени Ь 1=0 термочувствительный мост сбалансирован вследствие равенства сопротивления его плеч, то на протяжении первого положительного полупериода он будет уже несколько разбалансирован в результате нагрева значительным по величине сетевым напряжением термодатчика-нагревателя 18. В результате этого на протяжении времени действия последующих полупериодов сетевого напряжения на интервале времени то - т 1 наблюдается возра 50 стание с нулевого значения напряжения разбаланса термочувствительного моста на выходе выпрямителя 7 (фиг, 4 а), выполненного со сглаживающими элементами. При этом напряжение на выходе последнего определяет включенное или выключенное со 5 10 15 20 25 30 35 тонерного изображения (фиг. 6, интервал времени 12 - сз), при наступлении которого начинается нагрев бумажного полотна, а следовательно, и интенсивный отбор тепла от цилиндрической рабочей поверхности термофиксирующего валика 34, который установлен в устройстве с возможностью вращения вокруг своей оси (фиг. 3). При этом необходимая величина температуры закрепления, находящаяся в функциональной 40 45 зависимости от толщины бумажного полотстояние тиристоров 32 и 33 выпрямителя 5 (фиг. 2) и благодаря высокой скорости нагрева термодатчика 18 на интервале времени Со-т 1 (фиг. 6) наблюдается быстрый его рост с увеличением числа полупериодов сетевого напряжения (фиг, 4 а и фиг, 5 а). Достижение заданного значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя 7 вызывает исчезновение логической единицы на выходе компаратора 24 (фиг. 1 и фиг. 4 а, б). Это означает, что включение какого-либо оптотиристора выпрямителя 5 в последующий один или ограниченный ряд полупериодов сетевого напряжения не произойдет (фиг. 5 ж-и), поскольку произошел нагрев термодатчика-нагревателя 18 до заданной температуры. С этого момента (момента наступления времени 11 на интервале времени т 1 - т 2) устройство начинает работать в режиме ожидания носителя тонерного изображения - бумажного полотна (фиг, б), в начальный момент которого продолжают еще прогреваться до заданной температуры слоя 40 термодатчика-нагревателя 18 остальные составные элементы термофиксирующего валика 34, главным образом, его несущий цилиндр 35 (фиг. 3). При этом по мере нагрева последнего до заданной температуры слоя 40 термодатчика-нагревателя 18 (фиг, 3) временные промежутки между включениями тиристоров 32 и 33 выпрямителя 5 (фиг, 5 з и интервал времени т-с), а следовательно, и период колебания температуры на поверхности термофиксирующего валика 34 увеличиваются (фиг, б, интервал времени 11 - 12). После определенного времени прогрева несущего цилиндра 35 и подачи бумажного полотна к наружной поверхности термофиксирующего валика 34 с целью закрепления тонерного изображения путем термоконтактного его оплавления устройство на интервале времени г-сз начинает работать в режиме фиксированияна и его влажности, задается в предлагаемом устройстве с помощью второго задатчика температуры - источником 25 опорногонапряжения путем изменения величиныопорного напряжения на его первом выходе 5(фиг. 1), от величины которого зависит порогсрабатывания компаратора 24.При двухполупериодном подогреве термодатчика-нагревателя 18 оптотиристорывыпрямителя 5 включены в противофазные 10цепи гфиг. 2), и поэтому, несмотря на то. чтоимпульсы на их включение с выхода элемента И - НЕ 27 могут поступать на их включение, в каждом полупериоде сетевогонапряжения (фиг. 4 е, интервал времени 1 - 15),однако каждый из них открывается только в тот полупериод, при котором анодноенапряжение на нем положительно. Приэтом двухполупериодный ток в цепи термодатчика-нагревателя 18 на интервале времени т - т 1 складывается из двух токов,выпрямленных в положительные и отрицательные полупериоды сетевого напряжения (фиг. 5 з, и), а на интервале времени т 1 - 1места исчезнувших значительных токов 25форсированного подогрева заполняютсямалым.чисто измерительным током (фиг.5 ж).Для синхронизации включения тиристоров 32 и 33 с нулевых значений сетевого 30напряжения в предлагаемом устройствепредусмотрены формирователь 19 трапецеидальных импульсов напряжения, формирователь 26 коротких импульсов и элементИ - НЕ 27 (фиг. 1), Так, в конце каждого полупериода питающего сетевого напряженияв моменты спада трапецеидального напряжения до нулевых значений на выходе формирователя 26 формируются короткиеединичные импульсы, синхронизированные 40с частотой сети фиг, 4 д), Таким образом,формирователь 26 выполняет функцию преобразования трапецеидального напряжения в последовательность короткихимпульсов той же частоты, что и на выходе 45формирователя 19. При этом очевидно, чтона управляющий вход выпрямителя 5 можетпоступить импульс на включение какого-либо его тиристора только при одновременном присутствии логических единиц на двух 50входах элемента И-НЕ 27,Следует заметить, что в зависимости отвеличины греющих токов в плечах термочувствительного моста подогрев термопатчиканагревателя 18 выпрямленным сетевым 55напряжением может происходить на фонетемпературы постоянного подогрева(Тп.под), создаваемой измерительными токами. На фиг, 7 представлены зависимоститемпературы постоянного подогрева (Тп.под) от величины измерительных токов, протекающих в цепях диодов 8 и 9, и снятые при специально отключенном управляемом выпрямителе 5. Использование значительных по величине измерительных токов в плечах термочувствительного мсста уменьшает время выхода устройства на заданный режим. Однако это требует применения трансформатора 1 повышенной мощности, поэтому величину измерительных токов следует выбирать минимально возможной,По сравнению с известным предлагаемое устройство благодаря применению высокостабильного сравнивающего устройства - трансформатора 10 тока, а также широтно-импульсного управления включением управляемого выпрямителя 5, при котором угол управления последним всегда является постоянным и не зависит от имеющих место изменений температуры окружающей среды, позволяет повысить точность поддержания заданной температуры. Кроме того, двухполуперидный нагрев термодатчиканагревателя 18 в сочетании с широтно-импульсным управлением значительно уменьшает искажения формы синусоидального сетевого напряжения, а использование трансформатора 10 позволяет осуществить гальваническую развязку сигнала разбаланса термочувствительного моста от питающей сети,Формула изобретения1, Устройство для регулирования температуры, содержащее измерительный мост с термодатчиком-нагревателем и задатчиком температуры, два диода и первый выпрямитель, подключенный входными клеммами к сети питания, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения создаваемых помех в питающей сети и повышения точности регулирования температуры, в него введены трансформатор напряжения, трансформатор тока, второй итретий выпрямители, формирователь трапецеидальных импульсов, компаратор, формирователь коротких импульсов, источник опорного напряжения, элемент И - НЕ, а первый выпрямитель выполнен в виде управляемого выпрямителя, причем трансформатор напряжения подключен первой обмоткой к сети питания, второй обмоткой - к входу второго выпрямителя, а третьей обмоткой - к входу формирователя трапецеидальных импульсов, соединенного выходом с входом формирователя коротких импульсов, подключенного выходом к первому входу элемента И - НЕ, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход последнего - с первой/9 Йттрсб Ь 05 нац клриие успртсгп 8 а клеммой управляющего входа первого выпрямителя, вторая клемма управляющего входа которого соединена с первым выходом источника опорного напряжения, подключенного вторым выходом к первому 5 входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу третьего выпрямителя, соединенного входом с выходной обмоткой трансформатора тока, первая входная обмотка которого соединена первым выводом 10 с анодом первого диода, а вторым выводом - через первый кольцевой токосъемник с первым выводом задатчика температуры, а вторая обмотка которого соединена первым выводом с анодом второго диода, вторым 15 выводом - с первым выходным выводом первого выпрямителя, а третьим выводом - через второй кольцевой токосъемник с первым выводом термодатчика-нагревателя, второй вывод которого объединен с вторым 20 выводом задатчика температуры и через третий кольцевой токосъемник соединен с вторым выходным выводом первого выпрямителя и первым выходным выводом второго выпрямителя, подключенного вторым 25 выходным выводом к катодам первого и второго диодов.2, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что первый выпрямитель содержит два диода, два резистора и два оптронных тиристора, причем катоды двух диодов объединены и являются вторым выходным выводом выпрямителя, аноды двух оптронных тиристоров объединены и являются первым выходным выводом выпрямителя, одни выводы резисторов объединены и являются первым выводом управляющего входа выпрямителя, вторые выводы резисторов соединены с катодными выводами управляющего входа соответствующих оптронных тиристоров, анодные выводы управляющео входа которых объединены и являются втсрым выводом управляющего входа выпрямителя, катод первого оптронного тиристора соединен с анодом первого диода и является первым входным выводом выпрямителя, катод второго оптронного тиристора соединен с анодом второго диода и является вторым входным выводом выпрямителя.1735827 Корректор едактор С,П изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1815 ВНИИП Составитель В,ПрямицынТехред М,Моргентал Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, К, Раушская наб., 4/5