SU1080127A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее источник сетевого напр жени ., широтно-импульсный преобразователь, а также. ,подключенные к его первому входу измepительный блок и к его выходу ЙО-Г/ К - - |3 SSR lHOitikA ключевой элемент, отличающ а е с   тем, что, с целью повышени  надежности устройства, -оно .содержит включенные последовательно выпр митель, интегратор, нуль-орган, первый формирователь импульсов, Триггер )Л делитель частоты, входом подключенный к второму входу широтно-импульсного преобразовател , а также второй формирователь импуль- сов, входом соединенный с входом выпр мител  и выходом источника сетевого напр жени , первым выходом с вторым входом триггера, вторым jвыходом - с третьим входом .широтноимпульсного преобразовател , причем i первый вход триггера св зан с вто:рым входом интегратора. (Л

Description

lien Uo II

Фиг J

to ч|

Изобретение относитс  к автомат ческому управлению и может быть ис пользовано в широтно-импульсных си темах регулировани  температуры, а также дл  автоматического регулиро вани  мощности других объектов. Известно устройство дл  регулировани  температуры, использующее способ широтно-импульсного регулировани  температуры ClJ .Недостатком этого устройства  в л етс  низка  точность регулировани вследствие зависимости выходной мощ ности и регулируемой температуры от колебаний.напр жени  сети. При изменении напр жени  сети на -t 15% выходна  мощность такогЪ устройства измен етс  на 32% от номинального значени . Известно устройство дл  регулировани  температуры, осуществл ющее широтно-импульсное регулирование температуры, причем выходна  мощность этого устройства и регулируема  температура не завис т от колебаний напр жени  сети 2 3, Однако это устройство, и в частности его задающий блок,  вл етс  аналоговым, что затрудн ет исполь .зование еро в автоматизированных системах управлени . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство- дл  регулировани  температуры , содержащее измерительный блок, подключенный к входу широтноимпульсного преобразовател , выход которого подключен через блок управ лени  к входу ключевого элемента, и контур регулировани  по отклонению напр жени  сети, содержащий источник опорного напр жени , преобразователь напр жени , второй широтно-импудьсный преобразователь, второй блок управлени , элемент сравнени , схему И и второй ключево элемент. Это устройство осуществл е регулирование широтнр-импульсным сп собом, причем период работы устройства синхронизирован по заданному числу полупериодов напр жени  сети, длительность включени  нагревател  в течение одного периода работы устройства пропорциональна величине рассогласовани  заданной ирегулируемой температуры, а длитель ность включени  нагревател  в каждом полупериоде сетевого напр жени  зависит от амплитуды напр жени  сети так, что эффективное значение напр жени  на нагревателе в течение каждого полупериода сети остаетс  неизменным, СЗ, Недостатком этого устройства  вл етс  использование фазового регулировани , при котором переключение силового ключевого элемента в каждом полупериоде сетевого- напр жени  происходит в моменты, не совпадающие с моментами перехода напр жени  сети через ноль, что приводит к по влению помех. Помехи вызывают сбои цифровых узлов устройства , мощные помехи, возникающие при коммутации мощных токовых сигналов (до 100 А и-более) привод т к отказу цифровых элементов устройства, и то и другое снижает надежность системы регулировани . Цель изобретени  - повышение надежности устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  регулировани  температуры, содержащее источник сетевого- напр жени , широтно-импульсный преобразователь, а также подключенные к его первому входу измерительный блок и к его выходу - ключевой элемент, введены включенные последовательно выпр митель , интегратор, нуль-орган, первый формирователь импульсов, триггер и делитель частоты, входом подключенный к второму входу широтноимпульсного преобразовател , а также второй формирователь импульсов, входом соединенный с входом выпр мител  и выходом источника сетевого напр жени , первым выходом - с вторым входом триггера, вторым выходом - с третьим входом широтноимпульсного преобразовател , причем первый вход триггера св зан с вторым входом интегратора. Исключение вли ни  колебаний напр жени  сети на выходную мощность устройства осуществл етс  благодар  тому, что период работы устройства  вл етс  функцией напр жени  сети. Повышение надежности устройства достигаетс  за счет того, что в каждом периоде работы устройства, синхронизированном сетью, нагреватель включен в течение целого числа полупериодов сетевого напр жени , а изменение длительности и периода выходного широтно-импульсного сигнала происходит дискретно, также на целое число полупериодов напр жени  сети. -При этом переключени  силового ключевого элемента происход т при напр жении сети, равном нулю, что исключает по вление помех. На фиг.1 представлена структурна  схема устройства дл  регулировани  температуры; на фиг.2 - временные диагра1Ф1ы, по сн ющие формирование импульсов цикла; на фиг.З - пример реализации интегратора , нуль-органа и первого формировател  импульсов. Устройство дл  регулировани  температуры состоит из измерительного блока 1, широтно-импульсного преобразовател  2, ключевого элемента 3, выпр мител  4, интегратора 5, нуль-органа 6, первого формировател  7 импульсов, триггера 8, делител  9 частоты и второго формировател  10 импульсов. Широтно-импульсный преобразователь 2 может быть построен , например, как реверсивный счетчик, последовательный выход которого подключен к R-входу RS-тригера , на S-вход которого поступают импульсы цикла.

Выпр митель 4 может быть реалиsoBaHj например, как выпр митель низкой частоты с RC-фильтром на выходе

Пример реализации интегратора 5, нуль-органа б и первого формировател  7 импульсов приведен на фиг.З.

В качестве триггера 8 может быть использован D-триггер.

Делитель 9 частоты может быть выполнен как вычитающий счетчик с обратной св зью. Коэффициент делени  п делител  9 частоты может быть задан с помощью числа, записываемого в него по параллельному входу.

Второй формирователь 10 импульсов может быть построен как усилитель-ограничитель синусоидального напр жени , вырабатывающий короткие (например, 1 мс) импульсы частотой 50 Гц (на выходе 1) и 100 Гц (на выходе 2).

Устройство работает следующим образом.

При по влении импульса цикла на выходе делител  9 частоты в.широтноимпульсный преобразователь 2 записываетс  код числа, пропорционального отклонению температуры в-рабо чем объеме от заданной, поступающий с выхода измерительного блока 1 на первый (суммирующий) вход широтно-импульсного преобразовател  2

Записанное в широтцо-импульсном преобразователе 2 число считываетс  до нул  импульсами частотой 100 Гц, поступающими с второго выхода формировател  10 импульсов на третий. (вы итайЩий) вход широтноимпульс ного преобразовател  2.

На выходе щиротно-импульсного преобразовател  2 формируютс  импульсы , в течение которых через ключевой элемент 3 в нагрузку проходит .ток. Длительность тих импульсов измен етс  пропорционально ве личине отклонени  температуры в рабочем объеме от заданной с дискретностью изменени  в один полупериод напр жени  сети. Период выходных импульсов широтнр-импульсного преобразовател  2 равен периоду импульсов цикла.

Формирование импульсов цикла по сн етс  временными диаграммами, приведенными на фиг.2.

На инвертирующий вход интегратора .5 поступает стабилизированное

напр жение и . На неинвертирующий вход интегратора 5 с выхода выпр мител  4 поступает выпр мленное нестабилизированное напр жение сети KUp ,(где К - коэффициент пропорциональности; УП напр жение сети).

Интегратор 5, входное напр жение которого (,-KUj,, вырабатывает линейно возрастающее напр жение (фиг.2а), которое нуль- органом б сравниваетс  с пороговым напр жением Up. В момент равенства напр жений Ug, (t) и U,, с выхода нуль-органа б выдаетс  импульс (фиг.26), запускающий.первый формирователь 7 импульсов, например ждущий мультивибратор, который вырабатывает импульсы (фиг.2в) длительностью не менее периода напр жени  сети (0,02с). По заднему фронту выходного импульса первого формировател  7 импульсов выходное напр жение интегратора 5 сбрасываетс  до значени  KU (фиг.2а). Крутизна и начальное значение выходного напр жени  интегратора 5 пропорциональны напр жению сети, а следовательно , и период ( Up) выходных импульсов нуль-рргана б и первого формировател  7 импульсов  вл етс  функцией напр жени  сети.

Выходной сигнал первого формиро вател  7 импульсов поступает на D-вход D-триггера 8, синхронизирр- ванного импульсами частотой 50 Гц (фиг.2д), -поступающими с первого выхода второго формировател  10 импульсов на С-вход D-триггера 8.

С выхода D-триггера В импульсы (фиг.2е), период которых t (U , f)  вл етс .функцией напр жени  сети

1и синхронизирован сетью, поступают на последовательный вход делител  9 частоты. На выходе делител  9 частоты формируютс  импульсы цикла, 5 период которых Тц п (и„,„)  вл етс  функцией напр жени  сети и синх 5онизирован сетью.

изменении напр жени  сети на tl5% период Тц импульсов цикла измен етс  так, что выходна  мощность с тх5чностью до 2,25% остаетс  по сто нной. Дейст:9ительно, как видно из фиг.1 и 2 выходное напр жение интегратора 5 .

5 ,-( -HI

где t - длительность выходных импульсов интегратора 5, равна  периоду выходных импуль0 сов нуль-органа б;

f - посто нна  времени интегратора 5 ;

Uji - напр жение питани  (сети) ; К - коэффициент передачи напр 5 жени  питани .

и

сг

(2)

«

ZUH ..

где UH номинальное напр жение

сети ; - стабилизированное на.пр жение .

Подставл ем значение выражение (1) и находим из него длительность выходных импульсов интегратора 5

импульсов цикла

п

(i Т nt txt

UcT-Xl n

где п - коэффициент делени  делител  9 частоты.

Средн   мощность нагревател  при широтно-импульсном регулировании выражаетс  формулой

(4)

где t, - длительность выходного

широтно-импульсного Сигнала;

R - сопротивление нагревател . Подставив выражени  (2) и (3) в выражение (4), получим

- ti.tJH / п

Обозначим

тогда

)

(51

При номинальном напр жении сети И„ Uu.,выходна  мощность

Р.. Си.

н

При изменении напр жени  сети на величину U относительное изме , некие выходной

4Р .

и

н

н

При изменении напр жени  сети на 15% и 0,15%,

|Р .)

-100% 2,25%.

н

Таким образом, устройство, осуществл   регулирование температуры (мощности ) с высокой точностью, обла5 дает высокой надежностью благодар  использованию выпр мител , интегратора , нуль-органа, триггера, делител  частоты, первого и второго формирователей импульсов, так как

0 компенсаци  изменений напр жени  сети производитс  путем соответствующих изменений периода выходного широтно-импульсного сигнала, а все изменени  периода и длительности

5 этого сигнала происход т дискретно, на величину, кратную целому числу полупериодов напр жени  сети, вследствие чего силовой ключевой элемент переключаетс  при напр жении

Q сети, равном нулю, исключает по вление помех, а следовательно, повышает надежность системы регулировани . Кроме того, при использовании предлагаемого устройства по вл етс  возможность цифрового регулировани  периода Тм выходного сигнала пользователем (вручную и автоматически ) , что позвол ет примен ть устройство дл  регулировани  температуры широкого класса объектов,

т.е. расшир ет его эксплуатационные возможности.

Применение изобретени  дает экономический эффект за счет отказа от специальных мер по защите от по5 мех (дополнительного экранировани  цифровых узлов, фильтров, экранированных кабелей и т.п.), приводит к облегчению системы регулировани .

Фиг.г

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее источник сетевого напряжения·, широтно-импульсный преобразователь, а также ,подключенные к его первому входу измерительный блок и к его выходу - ключевой элемент, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства,’оно содержит включенные последовательно выпрямитель, интегратор, нуль-орган, первый формирователь импульсов, триггер и делитель частоты, входом подключенный к второму входу широтно-импульсного преобразователя, а также второй формирователь импульсов, входом соединенный с входом выпрямителя и выходом источника сетевого напряжения, первым выходом с вторым входом триггера, вторым (выходом - с третьим входом широтно'импульсного преобразователя, причем _о первый вход триггера связан с вто•рым входом интегратора.

   SU „„ 1080127