RU151977U1

RU151977U1 - HEATER

Info

Publication number: RU151977U1
Application number: RU2014119359/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Орлов
Original assignee: Сергей Иванович Орлов
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-04-27

Abstract

Обогреватель со схемой управления, питающий кабель которого, состоящий из трех проводников, подводится к защитному корпусу, внутри которого сетевые проводники подключены к первой части схемы управления обогревателя, включающей в себя первое программируемое температурное реле и первый вторичный источник питания, а из защитного корпуса выходит кабель, состоящий из четырех проводников, два из которых связаны с напряжением сети, один с заземлением, и один с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, с другого конца кабеля, проводники, связанные с напряжением сети, подключены ко второй части схемы управления обогревателя и последовательно соединенным ключевому и нагревательному элементам, проводник заземления подключен к радиатору, а проводник, связанный с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, подключен к входу второй части схемы управления обогревателя, содержащей второй вторичный источник питания, второе программируемое температурное реле и генератор коротких импульсов, при этом выход второй части схемы управления обогревателя подключен к управляющему входу ключевого элемента. A heater with a control circuit, the supply cable of which, consisting of three conductors, is led to a protective casing, inside which network conductors are connected to the first part of the control circuit of the heater, which includes the first programmable temperature relay and the first secondary power source, and the cable exits the protective casing consisting of four conductors, two of which are connected to the mains voltage, one to ground, and one to the digital output of the first part of the heater control circuit, from the other end of the cable , the conductors associated with the mains voltage are connected to the second part of the heater control circuit and the key and heating elements connected in series, the ground conductor is connected to the radiator, and the conductor connected to the digital output of the first part of the heater control circuit is connected to the input of the second part of the heater control circuit containing a second secondary power source, a second programmable temperature relay and a short pulse generator, while the output of the second part of the control circuit is heated For connected to the control input of a key element.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использована во вторичных источниках питания.The utility model relates to electrical engineering, in particular to the field of power converting equipment, and can be used in secondary power sources.

Известны обогреватели шкафов автоматики (ОША), в которых подключение и отключение нагревательного элемента от сети осуществляется при помощи биметаллических термовыключателей. [1]Known heaters of automation cabinets (OSHA), in which the connection and disconnection of the heating element from the network is carried out using bimetallic thermal switches. [one]

Они имеют следующие недостатки.They have the following disadvantages.

1. Низкая надежность.1. Low reliability.

2. Ограниченное количество срабатываний биметаллических термовыключателей2. A limited number of trips of bimetallic thermal switches

3. Низкая точность стабилизации температуры радиатора.3. Low accuracy of stabilizing the temperature of the radiator.

4. Широкая зона гистерезиса.4. A wide area of hysteresis.

5. Высокая стоимость.5. High cost.

Известны ОША, в которых симистором управляет цифровой интеллектуальный блок. [2]OSHA are known in which the digital intelligent unit controls the triac. [2]

Прототип имеет следующие недостатки.The prototype has the following disadvantages.

1. Высокая стоимость.1. High cost.

2. Большие массогабаритные характеристики обогревателя.2. Large overall dimensions of the heater.

3. Низкое значение максимальной температуры обогревателя.3. Low value of maximum heater temperature.

4. Необходимость использования высокотемпературного кабеля с большим количеством проводников.4. The need to use high-temperature cable with a large number of conductors.

5. Относительно большое потребление электрической энергии в режиме ожидания.5. Relatively high standby power consumption.

6. Сложность изготовления и эксплуатации.6. The complexity of manufacturing and operation.

7. Относительно низкая надежность.7. Relatively low reliability.

Цель полезной модели - уменьшение стоимости и массогабаритных показателей обогревателя, увеличение максимальной температуры радиатора, сокращение количества проводников в высокотемпературном кабеле, уменьшение потребления электрической энергии в режиме ожидания, упрощение изготовления и эксплуатации, а также повышение надежности обогревателя.The purpose of the utility model is to reduce the cost and weight and size of the heater, increase the maximum temperature of the radiator, reduce the number of conductors in the high-temperature cable, reduce the consumption of electrical energy in standby mode, simplify manufacturing and operation, and increase the reliability of the heater.

Поставленная цель достигается тем, что питающий кабель обогревателя, состоящий из трех проводников, подводится к защитному корпусу, внутри которого сетевые проводники подключены к первой части схемы управления обогревателя, включающей в себя первое программируемое температурное реле и первый вторичный источник питания, а из защитного корпуса выходит кабель, состоящий из четырех проводников, два из которых связаны с напряжением сети, один с заземлением, и один с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, с другого конца кабеля, проводники, связанные с напряжением сети, подключены ко второй части схемы управления обогревателя и, последовательно соединенным, ключевому и нагревательному элементам, проводник заземления подключен к радиатору, а проводник, связанный с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, подключен к входу второй части схемы управления обогревателя, содержащей второй вторичный источник питания, второе программируемое температурное реле и генератор коротких импульсов, при этом, выход второй части схемы управления обогревателя подключен к управляющему входу ключевого элемента.This goal is achieved in that the heater’s power cable, consisting of three conductors, is led to a protective casing, inside which the network conductors are connected to the first part of the heater control circuit, which includes the first programmable temperature relay and the first secondary power source, and leaves the protective casing a cable consisting of four conductors, two of which are connected to the mains voltage, one to ground, and one to the digital output of the first part of the heater control circuit, from the other end and the cables, the conductors associated with the mains voltage, are connected to the second part of the heater control circuit and, in series, to the key and heating elements, the ground conductor is connected to the radiator, and the conductor connected to the digital output of the first part of the heater control circuit is connected to the input of the second part of the heater control circuit comprising a second secondary power source, a second programmable temperature relay and a short pulse generator, while the output of the second part of the control circuit o the heater is connected to the control input of the key element.

Во вторую часть схемы управления обогревателем, содержащую второй вторичный источник питания, второе программируемое температурное реле и генератор коротких импульсов, дополнительно установлен, синхронизированный с фазой напряжения сети, формирователь стробирующих импульсов.In the second part of the heater control circuit, containing a second secondary power source, a second programmable temperature relay and a short pulse generator, it is additionally installed, synchronized with the phase of the mains voltage, a gate pulse generator.

На Фиг. 1 показана упрощенная принципиальная схема обогревателя.In FIG. 1 shows a simplified circuit diagram of a heater.

Питающий кабель обогревателя (Фиг. 1) 1, состоящий из трех проводников, подводится к защитному корпусу 4, внутри которого сетевые проводники подключены к первой части схемы управления обогревателя 3, включающей в себя первое программируемое температурное реле 5 и первый вторичный источник питания 6, а из защитного корпуса 4 выходит кабель 2, состоящий из четырех проводников, два из которых связаны с напряжением сети, один с заземлением, и один с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, с другого конца кабеля, проводники, связанные с напряжением сети, подключены ко второй части схемы управления обогревателя 10 и, последовательно соединенным, ключевому 11 и нагревательному 12 элементам, проводник заземления подключен к радиатору 13, а проводник, связанный с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя 3, подключен к входу второй части схемы управления обогревателя 10, содержащей второй вторичный источник питания 7, второе программируемое температурное реле 8 и генератор коротких импульсов 9, при этом, выход второй части схемы управления обогревателя 10 подключен к управляющему входу ключевого элемента 11.The heater’s power cable (Fig. 1) 1, consisting of three conductors, is led to the protective casing 4, inside which the network conductors are connected to the first part of the heater 3 control circuit, which includes the first programmable temperature relay 5 and the first secondary power supply 6, and cable 2 consisting of four conductors comes out of the protective housing 4, two of which are connected to the mains voltage, one to ground, and one to the digital output of the first part of the heater control circuit, from the other end of the cable, the conductors the data with the mains voltage are connected to the second part of the control circuit of the heater 10 and, connected in series to the key 11 and the heating 12 elements, the ground conductor is connected to the radiator 13, and the conductor connected to the digital output of the first part of the control circuit of the heater 3 is connected to the input of the second part of the control circuit of the heater 10, containing the second secondary power source 7, the second programmable temperature relay 8 and the generator of short pulses 9, while the output of the second part of the control circuit of the heater 10 is connected to the control input of the key element 11.

Во вторую часть схемы управления обогревателем 10, содержащую второй вторичный источник питания 7, второе программируемое температурное реле 8 и генератор коротких импульсов 8, дополнительно установлен, синхронизированный с фазой напряжения сети, формирователь стробирующих импульсов.In the second part of the control circuit of the heater 10, containing the second secondary power source 7, the second programmable temperature relay 8 and the short pulse generator 8, is additionally installed, synchronized with the phase of the mains voltage, the gate generator.

Работает обогреватель следующим образом.The heater works as follows.

Как только температура окружающей среды опускается до нижней точки срабатывания первого программируемого температурного реле 5, цифровой сигнал с выхода первой части схемы управления обогревателя 3 поступает на вход второй части схемы управления обогревателя 10 и импульсы с генератора коротких импульсов 9 поступают на выход второй части схемы управления обогревателя 10 и управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 замыкается, по нагревательному элементу 12 начинает протекать ток, температура радиатора 13 начинает повышаться, и, как только температура радиатора 13 и второго программируемого температурного реле 8 достигнет верхнего запрограммированного значения температуры, перестают поступать импульсы с выхода второй части схемы управления обогревателя 10 на управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 размыкается, поступление энергии от сети в нагревательный элемент 12 прекращается и радиатор постепенно остывает. Как только температура радиатора и второго программируемого температурного реле опустится до нижней запрограммированной точки, снова появляются импульсы на управляющем входе ключевого элемента 11, он замыкается, энергия начинает поступать в нагревательный элемент 12, температура радиатора 13 повышается. Этот процесс повторяется до тех пор, пока постепенно повышающаяся температура окружающей среды, защитного корпуса 4 и первого температурного реле не достигнут верхней, установленной в первом программируемом температурном реле, величины. Цифровой сигнал с выхода первой части схемы управления обогревателя 3 не поступает на вход второй части схемы управления обогревателя 10 и импульсы с генератора коротких импульсов 9 не поступают на выход второй части схемы управления обогревателя 10 и управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 размыкается, по нагревательному элементу 12 ток не протекает, температура радиатора 13, окружающей среды, защитного корпуса 4 и программируемого температурного реле 5 начинают понижаться. Как только температура окружающей среды и первого программируемого температурного реле 5 достигнет нижнего запрограммированного значения температуры, цифровой сигнал с выхода первой части схемы управления обогревателя 3 поступает на вход второй части схемы управления обогревателя 10. Импульсы с генератора коротких импульсов 9 поступают на выход второй части схемы управления обогревателя 10 и управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 замыкается, по нагревательному элементу 12 начинает протекать ток, температура радиатора 13 и окружающей среды начинают повышаться.As soon as the ambient temperature drops to the lower trigger point of the first programmable temperature relay 5, a digital signal from the output of the first part of the heater control circuit 3 is fed to the input of the second part of the heater control circuit 10 and pulses from the short pulse generator 9 are fed to the output of the second part of the heater control circuit 10 and the control input of the key element 11. The key element 11 is closed, current flows through the heating element 12, the temperature of the radiator 13 begins to rise , and as soon as the temperature of the radiator 13 and the second programmable temperature relay 8 reaches the upper programmed temperature value, the pulses from the output of the second part of the control circuit of the heater 10 to the control input of the key element 11 stop. The key element 11 is opened, the energy from the network to the heating element 12 stops and the radiator gradually cools down. As soon as the temperature of the radiator and the second programmable temperature relay drops to the lower programmed point, the pulses again appear on the control input of the key element 11, it closes, energy begins to flow into the heating element 12, the temperature of the radiator 13 rises. This process is repeated until a gradually increasing temperature of the environment, the protective housing 4 and the first temperature relay reaches the upper value set in the first programmable temperature relay. The digital signal from the output of the first part of the control circuit of the heater 3 does not go to the input of the second part of the control circuit of the heater 10 and the pulses from the short pulse generator 9 do not go to the output of the second part of the control circuit of the heater 10 and the control input of the key element 11. The key element 11 opens, no current flows to the heating element 12, the temperature of the radiator 13, the environment, the protective housing 4 and the programmable temperature relay 5 begin to decrease. As soon as the ambient temperature and the first programmable temperature relay 5 reaches the lower programmed temperature value, a digital signal from the output of the first part of the control circuit of the heater 3 is fed to the input of the second part of the control circuit of the heater 10. Pulses from the generator of short pulses 9 are fed to the output of the second part of the control circuit heater 10 and the control input of the key element 11. The key element 11 is closed, current flows through the heating element 12, the temperature of the radiator 13 and the environment begin to rise.

Таким образом, обеспечивается ограничение температуры радиатора 13 и за счет стабилизации температуры окружающей среды - обогрев различных предметов и оборудования внутри шкафа. Понижение температуры внешней окружающей среды компенсируется увеличением соотношения включенного и выключенного состояния нагревательного элемента.Thus, the temperature of the radiator 13 is limited and due to the stabilization of the ambient temperature - heating of various objects and equipment inside the cabinet. Lowering the temperature of the external environment is offset by an increase in the ratio of the on and off state of the heating element.

Основными функциями обогревателя является защита от низких температур, сырости и обледенения. Поэтому, в зависимости от назначения обогревателя, среднее значение поддерживаемой температуры обычно находится в пределах от +1 до +45 градусов Цельсия, а зона гистерезиса, разница между верхней и нижней температурой срабатывания, почти всегда устанавливается на минимальном уровне и составляет обычно не более двух градусов Цельсия. Однако, в результате инерционности и неравномерности процесса прогрева окружающей среды, зона гистерезиса в отдельных точках обогреваемого объекта может значительно увеличиваться и иметь разные значения. Это в полной мере справедливо и для тепловых процессов радиатора.The main functions of the heater are protection against low temperatures, dampness and icing. Therefore, depending on the purpose of the heater, the average value of the maintained temperature is usually in the range from +1 to +45 degrees Celsius, and the hysteresis zone, the difference between the upper and lower temperature, is almost always set to a minimum and is usually not more than two degrees Celsius. However, as a result of the inertia and unevenness of the process of warming up the environment, the hysteresis zone at individual points of the heated object can significantly increase and have different values. This is fully true for the thermal processes of the radiator.

Очевидно, что с повышением температуры радиатора, количество, излучаемой им тепловой энергии, увеличивается. Поэтому, для излучения конкретного количества тепловой энергии в определенных условиях, более горячий радиатор может иметь меньшие габаритные размеры и массу. По сравнению с прототипом [2], предлагаема структура позволяет увеличить среднее максимальное значение температуры радиатора с 80 до 125 градусов Цельсия. При этом возможный диапазон программирования средней температуры радиатора увеличивается, точность - не ниже, зона гистерезиса не превышает 5 градусов Цельсия, что позволяет использовать их практически во всех случаях, за исключением крайне редко встречающихся. Проблема использования контроллеров, надежно работающих при температурах до 135 градусов Цельсия, заключается, в частности, в их высокой стоимости. Очевидно, что осуществить обмен информацией с контроллером, используя всего один дополнительный провод, кроме двух проводников с напряжением сети и одним проводником заземления, сложно. Поэтому в прототипе используется кабель с большим количеством дополнительных проводников.Obviously, with increasing temperature of the radiator, the amount of thermal energy emitted by it increases. Therefore, to emit a specific amount of thermal energy under certain conditions, a hotter radiator may have smaller overall dimensions and mass. Compared with the prototype [2], the proposed structure allows to increase the average maximum temperature of the radiator from 80 to 125 degrees Celsius. At the same time, the possible programming range for the average temperature of the radiator increases, the accuracy is not lower, the hysteresis zone does not exceed 5 degrees Celsius, which allows them to be used in almost all cases, except for extremely rare ones. The problem of using controllers that work reliably at temperatures up to 135 degrees Celsius is, in particular, in their high cost. Obviously, it is difficult to exchange information with the controller using only one additional wire, except for two conductors with a network voltage and one grounding conductor. Therefore, the prototype uses a cable with a large number of additional conductors.

Специфика работы обогревателя предполагает длительные периоды работы в режиме ожидания, когда нагревательный элемент не включается. Ток потребления обогревателя в этом режиме должен быть как можно меньше. В предлагаемом обогревателе задача уменьшения этого тока решается за счет применения генератора коротких импульсов и управления ключевым элементом короткими импульсами тока, что в свою очередь приводит к уменьшению тока потребления второго вторичного источника питания 7 в режиме ожидания. Дополнительно уменьшить ток обогревателя в режиме ожидания позволяет применение синхронизированного с фазой сети формирователя стробирующих импульсов, который помогает сформировать или одиночные импульсы или пачки коротких импульсов в начале каждого полупериода.The specifics of the heater involves long periods of standby time when the heating element does not turn on. The heater current consumption in this mode should be as low as possible. In the proposed heater, the task of reducing this current is solved by using a short pulse generator and controlling the key element with short current pulses, which in turn leads to a decrease in the current consumption of the second secondary power source 7 in standby mode. The heater current in standby mode can be further reduced by the use of a gate pulse generator synchronized with the network phase, which helps to generate either single pulses or bursts of short pulses at the beginning of each half-cycle.

Очевидно, что отсутствие пульта управления с соединительным кабелем, разъемов, упрощение схемы, отсутствие контроллеров, уменьшение количества проводников в кабеле, отсутствие вне заводских регулировок, и т.д. говорят не только о кардинальном упрощении изготовления и эксплуатации, а и уменьшении стоимости обогревателя. Себестоимость предлагаемого обогревателя оказалась приблизительно равной обогревателю с низкими техническими характеристиками [1], что связано с высокой стоимостью биметаллических термовыключателей.Obviously, the absence of a control panel with a connecting cable, connectors, simplifying the circuit, the absence of controllers, reducing the number of conductors in the cable, the absence of factory settings, etc. They speak not only of a fundamental simplification of manufacture and operation, but also a decrease in the cost of the heater. The cost of the proposed heater was approximately equal to the heater with low technical characteristics [1], which is associated with the high cost of bimetallic thermal switches.

Значительно более высокая надежность предлагаемого обогревателя по сравнению с прототипом, объясняется простотой конструкции и меньшим количеством элементов.Significantly higher reliability of the proposed heater compared to the prototype, due to the simplicity of design and fewer elements.

Источники информации принятые во внимание при экспертизеSources of information taken into account during the examination

1. obogrev-kip.ru/uploads/file/osha_teh_opisanie.pdf1. obogrev-kip.ru/uploads/file/osha_teh_opisanie.pdf

2. http://www.rizur.ru/cat_osha.htm2.http: //www.rizur.ru/cat_osha.htm

Claims

A heater with a control circuit, the supply cable of which, consisting of three conductors, is led to a protective casing, inside which network conductors are connected to the first part of the control circuit of the heater, which includes the first programmable temperature relay and the first secondary power source, and the cable exits the protective casing consisting of four conductors, two of which are connected to the mains voltage, one to ground, and one to the digital output of the first part of the heater control circuit, from the other end of the cable , the conductors associated with the mains voltage are connected to the second part of the heater control circuit and the key and heating elements connected in series, the ground conductor is connected to the radiator, and the conductor connected to the digital output of the first part of the heater control circuit is connected to the input of the second part of the heater control circuit containing a second secondary power source, a second programmable temperature relay and a short pulse generator, while the output of the second part of the control circuit is heated For connected to the control input of a key element.