CS256852B1

CS256852B1 - Circuit of progressive regulation of transcutaneous probe temperature

Info

Publication number: CS256852B1
Application number: CS85199A
Authority: CS
Inventors: Arnost Sebela
Original assignee: Arnost Sebela
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS19985A1

Abstract

Obvod tvořený vytápěcím prvkem transkutánní sondy, teplotním čidlem, zesilovačem a regulačním prvkem vytápěcího proudu zapojenými ve zpětnovazebně smyčce, přičemž do této smyčky je sériově vřazen obvod tvořený větví ustáleného přenosu a větvi zvýšeného přenosu, spojenými paralelně. Součástí obvodu progresivní regulace je dále obvod proti přehřátí sondy, který obsahuje obvod potlačení ochrany. Obvod potlačení ochrany je řízen časovacím obvodem. Obvod progresivní regulace je využitelný tam, kde je třeba stabilizovat teplotu vyhřívaného objektu a kde jsou vyžadovány dobré dynamické vlastnosti systému při náběhu teploty a zároveň je třeba, aby byl vyhřívaný objekt chráněn proti přehřátí v případě chybné funkce regulátoru teploty.A circuit consisting of a heating element of a transcutaneous probe, a temperature sensor, an amplifier and a heating current control element connected in a feedback loop, with a circuit consisting of a steady-state transfer branch and an increased transfer branch connected in parallel being inserted in series into this loop. The progressive control circuit also includes a probe overheating protection circuit, which includes a protection override circuit. The protection override circuit is controlled by a timing circuit. The progressive control circuit is useful where it is necessary to stabilize the temperature of the heated object and where good dynamic properties of the system during temperature rise are required, and at the same time it is necessary for the heated object to be protected against overheating in the event of a malfunction of the temperature controller.

Description

Vynález se týká způsobu řízení otáček elektromotorů, napájených jednofázovým i třífázovým proudem a zařízení k provádění tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for controlling the speed of electric motors supplied with a single-phase and a three-phase current and to an apparatus for carrying out the method.

Dosud se regulace otáček elektromotorů provádí několika základními .typy zapojení nebo jiných opatření. Jedním ze základních řešení je zapojení odporů do obvodu rotoru pro zvětšení skluzu, závisejícího na velikosti odporu a také na hodnotách proudového příkonu. Teoreticky je možno zapojit libovolně velký odpor, hodnota proudu však závisí na zatížení elektromotoru. Tento druh regulace otáček je velmi nehospodárný, protože při udržování nízkých otáček je ze sítě odebírán plný výkon a jeho přebytky se přeměňují v odporech na teplo.So far, the speed control of the electric motors has been carried out by several basic types of wiring or other measures. One of the basic solutions is to connect the resistors to the rotor circuit to increase the slip, depending on the size of the resistor and also on the current input values. Theoretically, it is possible to connect any large resistance, but the value of current depends on the load of the electric motor. This type of speed control is very wasteful, since keeping the low speed at full power is taken from the mains and its surpluses are converted into resistors into heat.

Je známá také regulace otáček přepínáním počtu pólových dvojic pomooí několikapolohového přepínače, protože rychlost otáčení rotoru je možno také řídit v závislosti na počtu zapojených pólových dvojic a na frekvenci střídavého proudu. Tato regulace je poměrně jednoduchá a proto dosti rozšířená pro regulaci otáček asynchronních motorů s kotvou nakrátko. U kroužkových motorů se musí přepínat vinutí rotoru i statoru, takže se podstatně zvyšuje nákladnost úpravy a řízení otáček. Tento druh regulace má přes svoji jednoduchost nevýhodu v tom, že je možno měnit počty otáček jen stupňovitě a se značnými rozdíly mezi za sebou následujícími stupni, takže jej n^lze využít v případech, kdy je vyžadována plynulá nebo alespoň přibližně plynulá regulace otáček; přitom se požadavek na plynulou regulaci vykytuje v poslední době stále častěji a je nezbytným předpokladem pro správnou činnost řady důležitých zařízení. _t It is also known to control the speed by switching the number of pole pairs by means of a multi-position switch, since the rotational speed of the rotor can also be controlled depending on the number of pole pairs involved and the frequency of the alternating current. This control is relatively simple and therefore quite widespread for speed control of asynchronous squirrel-cage motors. In ring motors, the rotor and stator windings must be switched so that the cost of adjustment and speed control is considerably increased. Despite its simplicity, this type of control has the disadvantage that it is possible to vary the speed only in a stepwise manner and with considerable differences between successive stages, so that it can be used in cases where continuous or at least approximately continuous speed control is required; At the same time, the need for continuous regulation has been increasingly common recently and is a prerequisite for the correct operation of a number of important equipment. _t

Jiná známá regulační metoda využívá změny frekvénce střídavého proudu. Tento způsob sice teoreticky umožňuje plynulou změnu otáček elektromotoru, ale k tomu je nezbytné složité zařízení, mající vysoké pořizovací náklady, kterým je možno generovat proud požadované frekvence.Another known control method utilizes AC frequency variations. Although this method theoretically allows a continuous change of the speed of the electric motor, it is necessary for this to be a complicated device having high acquisition costs by which it is possible to generate the current of the desired frequency.

Regulace otáček elektromotorů se provádí také pomocí polovodičových spínacích prvků, zejména tyristoru a triaku. V každé fázi napájecího vedení je sériově zapojen polovodičový spínací člen, kterým je omezován proud, přocházející statorovým vinutím. Výhodou tohoto řešeni je poměrně jednoduchost provedení, při kterém rychlé spínací prvky propouštějí jen předem nastavenou část periody střídavého proudu a zatížením motoru se zvyšuje skluz.The speed control of the electric motors is also carried out by means of semiconductor switching elements, in particular a thyristor and a triac. In each phase of the power supply line, a semiconductor switching element is connected in series to limit the current flowing through the stator winding. The advantage of this solution is the relatively simple design, in which the fast switching elements pass only a preset part of the alternating current period and the load on the motor increases the slip.

Tato bezeztrátová regulace otáček má však nevýhodu ve snižování velikosti kroutícího momentu motoru.However, this lossless speed control has the disadvantage of reducing the amount of engine torque.

Nedostatky těchto známých metod odstraňuje způsob regulace otáček elektromotoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že u nejméně jedné fáze, připojené k vinutí elektromotoru se reguluje počet period střídavého proudu, přicházející do vinutí, jíričemž počet period se snižuje nebo zvyšuje v závislosti na okamžitých otáčkách elektromotoru.The disadvantages of these known methods are overcome by the method of controlling the speed of the electric motor according to the invention, which consists in that at least one phase connected to the electric motor winding regulates the number of alternating current periods coming into the winding. speed of the electric motor.

K provádění tohoto způsobu bylo vyřešeno zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z nejméně jednoho spínacího prvku, vřazeného do nejméně jednoho fázového vodiče, připojeného κ vinutí elektromotoru, a z regulační logické jednotky, spojené s ústrojím pro měření otáček elektromotoru. Spínací prvky jsou sepnuty logickou jednotkou vždy při poklesu otáček motoru pod jmenovitou hodnotu a v okamžiku, kdy otáčky vzrostou nad jmenovitou hodnotu, jsou spínací prvky rozpojeny.In order to carry out this method, the device according to the invention is characterized in that it comprises at least one switching element connected to at least one phase conductor connected to the electric motor winding and a control logic unit connected to the electric motor speed measuring device. The switching elements are switched by the logic unit whenever the motor speed falls below the nominal value and when the speed rises above the nominal value, the switching elements are disconnected.

V konkrétním výhodném provedení je zařízení podle vynálezu opatřeno čtyřmi spínacími prvky a snímacím ústrojím pro snímání průchodu střídavého proudu v jednotlivých fázích nulou. Tato úprava slouží k rychlé změně otáček a popřípadě k rychlé reverzaci chodu motoru a k synchronizaci spínání jednotlivých fází.In a particular preferred embodiment, the device according to the invention is provided with four switching elements and a sensing device for sensing the phase-to-phase alternating current. This adjustment is used to quickly change the speed and possibly to quickly reverse the motor run and synchronize the switching of the individual phases.

S pomocí těchto čtyř spínacích prvků jsou dvě fáze, vstupující do vinutí elektromotoru, navzájem zaměňovány, čímž dochází k brzdění elektromotoru na požadovanou hodnotu otáček.With the help of these four switching elements, the two phases entering the motor windings are interchanged, thereby braking the motor to the desired speed.

Tímto řešením je možno také plynule regulovat chod elektromotorů v obou smyslech otáčení.With this solution it is also possible to continuously control the operation of the electric motors in both sense of rotation.

Podmínky ustáleného stavu nastávají po ustálení teploty vytápěné části _1 sondy na nominální hodnotu. V ustálených podmínkách se uplatňuje pouze přenos větve 13 ustáleného přenosů, která je lineární a je navržena s ohledem na stabilitu·regulační soustavy.Steady state conditions occur after the temperature of the heated probe portion 1 has stabilized to a nominal value. Under steady-state conditions, only the transfer of the steady-state branch 13, which is linear and designed with respect to the stability of the control system, applies.

V případě neustálených podmínek, tj. tehdy, když teplota vytápěné části 1_ sondy je nižší, než teplota nominální, je na výstupu zesilovače 4 zvýšená odchylka regulačního napětí. Tato odchylka je přenášena na.vstup regulačního prvku 5 jak větví 13 ustáleného přenosu, tak také větví 14 zvýšeného přenosu, čímž je dosaženo rychlého zvýšení vytápěcího proudu a tím zrychleného nárůstu teploty vytápěné části .1 sondy směrem k nominální hodnotě.In the case of unsteady conditions, i.e., when the temperature of the heated probe portion 7 is lower than the nominal temperature, there is an increased control voltage deviation at the output of the amplifier 4. This deviation is transmitted to the input of the control element 5 by both the steady-state transmission line 13 and the increased-transmission line 14, thereby achieving a rapid increase in the heating current and thus an accelerated temperature rise of the heated portion 1 of the probe towards the nominal value.

Pro tuto funkci je přenesená charakteristika větve 14 zvýšeného přenosu volena tak, že přenos nastává od určité mezní hodnoty vstupního napětí, a to pouze pro tu polaritu regulačního napětí, která působí zvyšování vytápěcího proudu. Pro malé odchýlky regulačního napětí shora uvedené polarity a pro jakékoliv polarity přenos větví 14 zvýšeného přenosu nenastává.For this function, the transmitted characteristic of the increased transfer branch 14 is selected such that the transfer occurs from a certain input voltage limit, and only for that control voltage polarity that causes an increase in the heating current. For small variations in the control voltage of the above-mentioned polarity and for any polarity, the transfer of the strands 14 of the increased transfer does not occur.

Pro ilustraci je na obr. 2 uvedena přenosová charakteristika větve 13 ustáleného přenosu a větve 14 zvýšeného přenosu. V neustálených podmínkách se rovněž uplatňuje funkce obvodu 17 proti přehřátí sondy, která omezuje proud vytápěcím prvkem na určitou, předem stanovenou hodnotu tak, aby nemohlo dojít k přehřátí elektrody při poruše obvodu regulace teploty, čímž zabraňuje ohrožení pacienta.By way of illustration, Figure 2 shows the transmission characteristics of the steady-state branch 13 and the increased-transmission branch 14. In unstable conditions, the overheating function of the probe 17 is also applied, which limits the current through the heating element to a predetermined value so that the electrode cannot overheat if the temperature control circuit fails, thereby preventing the patient from being compromised.

Aby funkce obvodu 17 proti přehřátí sondy nebránila zvýšení vytápěcího proudu pří aktivaci větve 14 zvýšeného přenosu, je funkce obvodu 17 proti přehřátí sondy potlačena na určitou, pevně stanovenou dobu prostřednictvím obvodu 15 potlačení ochrany, který je řízen časovacím obvodem 16 . Signál pro potlačení je v časovacím obvodu 16 odvozen jednak od derivace napětového skoku na napájecím zdroji 10 při zapnutí zařízení, jednak od derivace napětového skoku ve větvi 14 zvýšeného přenosu při aktivaci zvýšeného přenosu. Pro správnou a bezpečnou funkci obvodu progresivní regulace teploty je důležitá volba odezvy časového obvodu na uvedené napéřové skoky.In order that the function of the overheating circuit 17 does not prevent an increase in the heating current upon activation of the enhanced transfer branch 14, the function of the overheating circuit 17 is suppressed for a fixed period by a protection override circuit 15 controlled by the timing circuit 16. The override signal in timing circuit 16 is derived both from the derivation of the voltage jump on the power supply 10 when the device is turned on, and from the derivation of the voltage jump in the boost transmission branch 14 when the boost transmission is activated. For proper and safe operation of the progressive temperature control circuit, it is important to select the response of the time circuit to the above-mentioned voltage jumps.

Odezva t^ na napětový skok napájecího zdroje 10 umožňuje funkci progresivní regulace během náběhu teploty po zapnutí zařízení. Je vhodné volit ji tak dlouhou, aby potlačení funkce obvodu 17 proti přehřátí sondy skončila těsně dosažením nominální teploty vytápěné části 1 sondy. Tím je zabráněno vzniku překmitu regulované teploty, který by jinak nastal vlivem zvýšeného přenosu regulační smyčky v aktivním stavu větve 14 zvýšeného přenosu. Odezva na napětový skok ve větvi 14 zvýšeného přenosu umožňuje funkci progresivní regulace při náhlých změnách tepelného odběru z vytápěné části 1_ sondy. Je vhodné volit ji kratší než a to tak, aby při eventuální poruše obvodu regulace teploty nedošlo za dobu t₂, po kterou bude potlačena funkce obvodu 17 proti přehřátí sondy, k nárůstu teploty vytápěné části 1_ sondy nominální teploty na takovou hodnotu, která by již mohla ohrozit bezpečnost pacienta. Nastavení doby odezvy t^ a t^ je třeba odzkoťfiTet experimentálně na konkrétním zařízení.Response t to the voltage jump of the power supply 10 enables the progressive control function during the temperature rise after power up. Suitably, it should be selected so long that the overheating of the circuit 17 against overheating of the probe terminates just when the nominal temperature of the heated portion 1 of the probe is reached. This prevents a controlled temperature overshoot that would otherwise occur due to the increased control loop transmission in the active state of the increased transfer branch 14. The response to the voltage jump in the boost transmission branch 14 allows the progressive control function to suddenly change the heat demand from the heated probe portion 7. It is convenient to choose it is less than and such that when any circuit failure temperature regulation occurred at a time t ₂ over which the suppression circuit 17 from overheating probe temperature rise heated part 1_ probe nominal temperature to a value which would no longer could compromise patient safety. The response time t t and t t must be set experimentally on a particular device.

Claims

Progressive temperature control circuit of transcutaneous probe for measuring partial pressure of blood gases in connection with control feedback loop and probe overheat circuit, characterized in that a parallel branch connection (13) is inserted into the temperature control branch between the amplifier (4) and the control element (5). a steady-state transmission and an increased-transmission branch (14), wherein a protection suppression circuit (15) is connected between the comparator output (7) and the input of the limiting element (9) into the anti-probe overheating circuit (17) by a second input connected to the timing circuit output 16), which is connected by a first input to a power supply (10) and a second input to an increased transmission branch (14).