RU2660487C2

RU2660487C2 - Heater

Info

Publication number: RU2660487C2
Application number: RU2016150029A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Орлов
Original assignee: Сергей Иванович Орлов
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-07-06
Also published as: RU2016150029A3; RU2016150029A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to the field of power converter technology, and can be used in devices that convert electrical energy into thermal energy. Heater, power supply cable (1) of which, consisting of two power conductors, and if necessary grounding of protective housing (2) or details of heating element construction, of three conductors, is fed to the protective housing inside which the first power conductor (3) of supply cable is connected directly to the first power conductor (4) of separation cable, and the second power conductor (6) of network cable is connected to the second power conductor (7) of separation cable through AC key consisting of at least two field effect transistors and associated with control circuit including temperature sensor and device for setting the operating temperature.

EFFECT: increase of reliability, cheaper, improvement of production and operational characteristics of heaters.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано в устройствах, преобразующих электрическую энергию в тепловую.The invention relates to electrical engineering, in particular to the field of power converting equipment, and can be used in devices that convert electrical energy into heat.

Известны обогреватели, в которых используются термовыключатели на основе биметаллических пластин [1,2]. Основными недостатками данных устройств являются относительно низкая надежность, невысокая точность поддерживаемой температуры, широкая зона гистерезиса.Heaters are known in which thermal switches based on bimetallic plates are used [1,2]. The main disadvantages of these devices are relatively low reliability, low accuracy of the maintained temperature, wide hysteresis zone.

Известны обогреватели, в которых величина тока через нагревательный элемент регулируется симистором, а контроль осуществляется внешним устройством на основе микропроцессора [1,2]. Недостатками являются высокая стоимость, низкая надежность.Heaters are known in which the magnitude of the current through the heating element is controlled by a triac, and control is carried out by an external device based on a microprocessor [1,2]. The disadvantages are high cost, low reliability.

Прототип [3,] имеет недостатки, заключающиеся в сложности технологии изготовления, высокой стоимости и низкой надежности.The prototype [3,] has drawbacks in the complexity of manufacturing technology, high cost and low reliability.

Цель изобретения - повышение надежности, снижение стоимости, улучшение производственных и эксплуатационных характеристик обогревателей.The purpose of the invention is improving reliability, reducing costs, improving the production and operational characteristics of heaters.

Указанная цель достигается тем, что:The specified goal is achieved by the fact that:

обогреватель, сетевой питающий кабель которого, состоящий из двух силовых проводников, а при необходимости заземления защитного корпуса или деталей конструкции нагревательного элемента, из трех проводников, подводится к защитному корпусу, внутри которого первый силовой проводник питающего кабеля подключен к первому силовому проводнику разделительного кабеля непосредственно, а второй силовой проводник сетевого кабеля подключен ко второму силовому проводнику разделительного кабеля через ключ переменного тока, состоящий минимум из двух полевых транзисторов и связанный со схемой управления, включающей в себя датчик температуры и устройство установки температуры срабатывания, связанное с блоком питания, подключенным к силовым проводникам питающего кабеля и при необходимости к точке соединения ключа переменного тока со вторым силовым проводником разделительного кабеля, на противоположной стороне которого силовые проводники подключены к нагревательному элементу.a heater, the mains supply cable of which, consisting of two power conductors, and, if necessary, grounding the protective casing or structural parts of the heating element, of three conductors, is supplied to the protective casing, inside which the first power conductor of the power cable is connected directly to the first power conductor of the separation cable, and the second power conductor of the network cable is connected to the second power conductor of the separation cable via an alternating current switch consisting of at least field transistors and connected to a control circuit including a temperature sensor and a trip temperature setting device associated with a power supply connected to the power conductors of the power cable and, if necessary, to the junction point of the alternating current key with the second power conductor of the separation cable, on the opposite side whose power conductors are connected to the heating element.

На фиг. 1 показана функциональная схема обогревателя.In FIG. 1 shows a functional diagram of a heater.

Обогреватель, сетевой питающий кабель которого 1, состоящий из двух силовых проводников, а при необходимости заземления защитного корпуса 2 или деталей конструкции нагревательного элемента 14, из трех проводников, подводится к защитному корпусу 2, внутри которого первый силовой проводник 3 питающего кабеля 1 подключен к первому силовому проводнику 4 разделительного кабеля 5 непосредственно, а второй силовой проводник 6 сетевого кабеля 1 подключен ко второму силовому проводнику 7 разделительного кабеля 5 через ключ переменного тока 8, состоящий минимум из двух полевых транзисторов и связанный со схемой управления, включающей в себя датчик температуры 10 и устройство установки температуры срабатывания 11, связанную с блоком питания 12, подключенным к силовым проводникам питающего кабеля 1 и при необходимости к точке соединения ключа переменного тока 8 со вторым силовым проводником 7 разделительного кабеля 5, на противоположной стороне которого силовые проводники подключены к нагревательному элементу 13.A heater, the power supply cable of which 1, consisting of two power conductors, and, if necessary, grounding the protective housing 2 or structural parts of the heating element 14, of three conductors, is supplied to the protective housing 2, inside which the first power conductor 3 of the supply cable 1 is connected to the first the power conductor 4 of the separation cable 5 directly, and the second power conductor 6 of the network cable 1 is connected to the second power conductor 7 of the separation cable 5 through an AC key 8, consisting of the minimum of two field-effect transistors and connected to a control circuit including a temperature sensor 10 and a device for setting the response temperature 11, connected to a power supply unit 12 connected to the power conductors of the power cable 1 and, if necessary, to the connection point of the alternating current switch 8 with the second the power conductor 7 of the separation cable 5, on the opposite side of which the power conductors are connected to the heating element 13.

Работает обогреватель следующим образом.The heater works as follows.

Датчик температуры 10 измеряет температуру защитного корпуса 2, а схема управления 9 сравнивает это значение с величиной, заданной в устройстве установки температуры срабатывания 11, и в зависимости от величины и знака разницы включает или выключает ключ переменного тока 8, что приводит к выделению нагревательным элементом 13 нужного количества тепловой энергии. До тех пор, пока мощности нагревательного элемента будет достаточно, снижения температуры окружающей среды ниже значения, установленного в 11, происходить не будет.The temperature sensor 10 measures the temperature of the protective housing 2, and the control circuit 9 compares this value with the value set in the device for setting the response temperature 11, and depending on the size and sign of the difference turns on or off the AC key 8, which leads to the allocation of the heating element 13 the right amount of thermal energy. As long as the power of the heating element is sufficient, a decrease in the ambient temperature below the value set at 11 will not occur.

Длина разделительного кабеля 5 определяется приемлемым количеством тепловой энергии, поступающей к защитному корпусу от нагревательного элемента.The length of the separation cable 5 is determined by the acceptable amount of thermal energy supplied to the protective housing from the heating element.

Кроме тепловой энергии, поступающей через разделительный кабель, на точность определения температуры окружающей среды датчиком температуры влияет тепловая энергия, выделяющаяся в источнике питания и схеме управления, а также энергия, выделяющаяся при протекании тока через транзисторы.In addition to the thermal energy supplied through the separation cable, the accuracy of the ambient temperature determination by the temperature sensor is also affected by the thermal energy released in the power source and the control circuit, as well as the energy released when current flows through the transistors.

В связи с инерционностью тепловых процессов количество включений транзисторов в единицу времени мало, соответственно и среднее значение тока на заряд емкостей исток - затвор мало. Мощность потребления схемы управления несколько милливатт, а мощность потребления блока питания порядка 10 милливатт, поэтому они тоже практически не влияют на температуру защитного корпуса.Due to the inertia of thermal processes, the number of transistor switching ons per unit time is small, and accordingly, the average value of the current per charge of the source and gate capacitors is small. The power consumption of the control circuit is several milliwatts, and the power consumption of the power supply is about 10 milliwatts, so they also practically do not affect the temperature of the protective casing.

Удвоенное значение сопротивления сток-исток, достаточно высоковольтного и одного из самых дешевых полевых транзисторов IRF740, составляет 1,1 Ома. При мощности нагревательного элемента 100 ватт и работе обогревателя от сети 220 вольт в защитном корпусе выделится не более 0,3 ватта. Экспериментальные исследования показали, что 0,3 ватта приводят к появлению разницы температур между защитным корпусом с двумя подсоединенными кабелями и окружающей средой не более чем в несколько десятых долей градуса Цельсия. С увеличением мощности обогревателя выделяющаяся в защитном корпусе мощность будет расти пропорционально квадрату тока. Поэтому целесообразно использовать транзисторы с более низким значением сопротивления исток-сток и их параллельное соединение.The doubled value of the drain-source resistance, which is high enough and one of the cheapest IRF740 field-effect transistors, is 1.1 Ohms. With a heating element with a power of 100 watts and a heater operating from a 220 volt network, no more than 0.3 watts will be allocated in a protective casing. Experimental studies have shown that 0.3 watts leads to a temperature difference between the protective casing with two cables connected and the environment not more than a few tenths of a degree Celsius. With an increase in heater power, the power released in the protective housing will increase in proportion to the square of the current. Therefore, it is advisable to use transistors with a lower value of the source-drain resistance and their parallel connection.

Предлагаемый обогреватель, по сравнению с прототипом, дешевле, удобней в эксплуатации, технологичнее и надежнее, так как состоит из меньшего количества комплектующих элементов и не имеет узлов, работающих при высоких температурах [3, 4].The proposed heater, in comparison with the prototype, is cheaper, more convenient to use, more technologically advanced and more reliable, as it consists of fewer components and does not have units operating at high temperatures [3, 4].

Недостатком предлагаемого обогревателя является необходимость ограничения температуры на поверхности нагревательного элемента, сужающая область его применения. Поэтому предлагаемый обогреватель наиболее эффективен при использовании в качестве нагревательного элемента саморегулирующегося кабеля [5], терморезисторов [6] или резистивных нагревателей, перегрев которых по каким-либо причинам невозможен.The disadvantage of the proposed heater is the need to limit the temperature on the surface of the heating element, narrowing the scope of its application. Therefore, the proposed heater is most effective when using a self-regulating cable [5], thermistors [6] or resistive heaters, which overheating is impossible for any reason, as a heating element.

Источники информацииInformation sources

1. http://www.rizur.ru/cat_osha.htm1.http: //www.rizur.ru/cat_osha.htm

2. http://www.neotechnology.ru/products/view/14282. http://www.neotechnology.ru/products/view/1428

3. Патент РФ №1519773. RF patent No. 151977

4. Патент РФ №25928594. RF patent No. 2592859

5. https://www.obogrev.net/catalog/cable/samreg/5. https://www.obogrev.net/catalog/cable/samreg/

6. http://monolit.by/ru/6.http: //monolit.by/ru/

Claims

A heater, the mains supply cable of which, consisting of two power conductors, and, if necessary, grounding the protective casing or structural parts of the heating element, of three conductors, is supplied to the protective casing, inside which the first power conductor of the power cable is connected directly to the first power conductor of the separation cable, and the second power conductor of the network cable is connected to the second power conductor of the separation cable via an alternating current switch consisting of at least field transistors and connected to a control circuit including a temperature sensor and a trip temperature setting device associated with a power supply connected to the power conductors of the power cable and, if necessary, to the junction point of the alternating current key with the second power conductor of the separation cable, on the opposite side whose power conductors are connected to the heating element.