SU1594503A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано в бытовых, сельскохоз йственных, лабораторных и других электронагревательных приборах средней мощности. Целью изобретени   вл етс  повышение КПД. Устройство содержит датчик и задатчик температуры, компаратор, элемент И, усилитель мощности, симистор, двухпол рный источник питани , формирователь синхроимпульсов, задатчик, нагрузочный элемент, ключевой элемент. 1 ил.

Description

(Л

Изобретение относитс  к автоматике, 6 частности к технике автоматического регулировани  температуры, и может быть использовано в бытовых, сельскохоз йственных , лабораторных и других электронагревательных приборах средней мощности, в которых датчиком  вл етс  термопара.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД.

На чертеже представлена схема устройства дл  регулировани  температуры.

Устройство содержит симистор 1, через который к сети переменного т6- ка (шины 2 и 3) подсоединен нагрузочный элемент 4, датчик 5 температуры, например,термоэлектрический, задат- чик 6 температуры, вьшолненный в виде стабилитрона 7 с регулировочным резистором 8 в цепи катода иделител  напр жени  из первого 9 и второго 10

резисторов, включенных между катодом стабилитрона и движком регулировочного резистора, компаратор 11, состо щий из интегральной микросхемы компаратора 12 с выходным каскадом в виде транзисторного ключа с открытым коллектором , резистора 13 дл  нагрузки транзисторного ключа интегрального компаратора и резистора 14 дл  создани  полозкительной обратной св зи, элемент И 15, состо щий из резистора 16, диода 17 и транзистора 18; усилитель мощности 19, состо щий из эмиттерного повторител  20, транзисторного ключа на элементах 21 и 22 с ограничивающим резистором 23 в цепи коллектора, каскада с общей базой на элементах 24 и 25, обеспечивающего св зь между эмиттерным повторителем и транзисторным ключом, а также из диодно-резис- тивных цепей смещени  на элементах

сл

со

4

сд

о оо

26-29 дл  более надезкного запирани  транзисторного ключа и каскада с общей базой при логическом О на входе эмиттерного повторит(2л , формирова- , тель 30 синхроимпульсов, состо щий из транзисторов 31 и 32 дл  положитель- :нрго и отрицательного напр жений со- I ответственно5 с первым 33 и вторым г34 резисторами в базовых цеп х, резис-jo i торами 35 и 36 в коллект орных цеп х |и источника тока из резистора 37 и транзистора 38, база которого подклю- чена к коллектору ключа .Еут  отрицательного напр жени , а коллектор - к f5 ;коллектору ключа дл  положительного : напр жени  а также из цепи смещенза  I на элементах 39 и 40 дл  более надежного запирани  источника тока, двух- ; пол рный источник 41 гштани , состо - 20 I щий из двух разнопол рных однополупе- I риодных выпр мителей, к объединенным входам которых питающее напр жение подаетс  через конденсатор 42, причем Икаждый выпр митель состоит из диода 2S ; 43 (44), конденсатора 45 (46) и ста- : билитрона 47 (48), ключевой элемент : 49, вьтолненный в виде транзистора : 50 и цепи управлени  из резистора 51 : и стабилитрона 52,, обща  точка соеди- зо ; нени  которых под1шючена к базе тран- ; зистора, а свободные выводы цепи уп- равлени  подключены соответственно к положительному и отрицат.ельному выходам двухпол рного источника питани , при этом эмиттер транзистора соединен с нулевым входом формировател  : синхроимпульсов, а коллектор - с выхо- . дом указанного формировател . Вход двухпол рного источника 41 питани  дд (свободный вывод конденсатора 42) и вход формировател  30 синхроимпульсов (сво- бодньй вывод резистора 33), как и свободный вывод нагрузочного элемента 4, подключены к пшне 2 сети пере- 45 менного тока. Обща  шина 3 подсоединена к катоду симистора 1, к нулевьпу входам усилител  19 ((катод диода 27), элемента И 15 (коллектор транзистора 18), компаратора 11 (-вывод отрицательдд ного питани  и эмиттер выходного тран зисторного ключа интегрального компара™ тора 12), задатчика 6 (анод стабилитрона ), ключевого элемента 49 (эмиттер транзистора 50), формировател  30 ее синхроимпульсов) (эмиттеры транзисторов 31 и 32) и двухпол рного источника 41 питани  (анод стабилитрона 47 и катод стабилитрона 48). Положительный выход источника 41 питани  (катод диода 43) подключен к соответствующим входам питани  формировател  30 синхроимпульсов (вывод резистора 35), ключевого элемента 49 (вывод резистора 51), задатчика 6 (вывод резистора R 8), компаратора 11 (вывод дл  положительного питани  интегрального компаратора 12 и вывод резистора 13), элемента И 15 (вывод резистора 16) и усилител  19 (коллектор транзистора 20). Отрицательный вывод источника 41 питани  (анод диода 44) подключен к соответствующим входам питани , формировател  SO синхроимпульсов (вывод резистора 36), ключевого элемента 49 (вывод стабилитрона 52) и усилител  19 (вывод резистора 22). Неинвертирующнй вход компаратора 11 соединен с потенциальным выходом задатчика 6 (точка соединени  резисторов 9 и 10), инвертирующий вход компаратора 11 подключен к положитель- . ному выходу датчика 5, отрицательный выход которого соединен с нулевым выходом задатчика 6 (катод стабилитрона 7), Выход компаратора 11 соединен с первым входом (катод диода 17) элемента И 15, выход которого подключен к входу усилител  19 (база транзистора 20), выход которого (вывод резистора 23) соединен с управл ющим входом симистора 1. Второй вход элемента И 15 (база транзистора 18) подключен к выходу ключевого элемента 49 ((коллектор транзистора 50), вход которого (коллектор транзистора 50) соединен с вькодом формировател  30 синхроимпульсов (коллектор транзистора 31).

- .

Устройство работает следующим ооразомо

В исходном состо нии движок регулировочного резистора 8 находитс  в нулевом положении (т.е. в крайнем нижнем по схеме положении). После подачи питани  на шины 2 и 3 переменный ток проходит через конденсатор 42 и в разные полупериоды через диоды 43 и 44 зар жает конденсаторы 45 и 46 до напр жени , определ емого стабилитронами 47 и 48 соответственно . На выходе формировател  30 синхроимпульсов по вл ютс  короткие импульсы положительной пол рности в моменты перехода через ноль сетевого

переменного напр жени . В приведен- ной схеме формировател  синхроимпульсов последние по вл ютс  только при напр жении аа резисторах 33 и 34, близком к нулю, так как при этом тран зисторы 31, 32 и 38 заперты. При положительной полуволне сетевого напр жени  открываетс  транзистор 31, и напр жение на его коллекторе близко к нулюо При отрицательной полуволне сетевого напр жени  открьшаетс  транзистор 32 (при этом транзистор 31 заперт ) . На резисторе 36 создаетс  напр жение, близкое к напр жению н а стабилитрона 48. В этом случае в коллекторной цепи транзистора 38 возникает ток, который, протека  через резистор 35, создает на последнем падение напр жени . Сопротивление резистора 37 выбрано так, что напр жение на коллекторе транзистора 31 близко к нулю и при отрицательной полуволне сетевого напр жени . Ключевой элемент 49 при этом не должен мешать прохождению импульсов с выхода формировател  30 синхроимпульсов на второй вход элемента И 15. Дл  этого -в приведенной схеме ключевого элемента 49 транзистор 50 должен быть заперт, что обеспечиваетс  путем создани  на его базе .близкого к нулю отрицательного напр жени  выбором стабилитрона 52 с напр жением стабилизации меньшим, чем у стабилитрона 48

Так как напр жение на выходе задат чика 6 равно нулю, т.е„ меньше напр жени  датчика 5, то сигнал на выходе компаратора 11 соответствует логическому При этом на выходе элемента И 15, а следовательно, и на выходе усилител  19 сигналы отсутствуют и включение симистора не происходит.

Если движок регулировочного резистора 8задатчика 6 находитс  в не нулевом положении и на его выходе напр жение более высокое, чем на выходе датчика 5, То на выходе компаратора 11 устанавливаетс  положительное напр жение высокого уровн  о При этом н&- выходе элемента И 15 и входе усилител  19 по вл ютс  импульсы напр жени  с амплитудой, близкой к положительному напр жению питани . Эти импульсы

напр жени  с помощью усилител  19 пре- питани  задатчика 6, компаратора 11,

, образуютс  в импульсы тока, достатоЧ- ,элемента И 15 и маломощной части усиные дл  включени  симистора .1.лител  19 (элементы 20, 24-27), а отПреобразование имПульсов напр же-рицательный полупериод - дл  питани 

ни  в импульсы тока в усилителе 19мощной части усилител  19 (элементы

5

10

20

25

выполн етс  следующим образом. При низком уровне входного сигнала транзистор 25 заперт, в его коллекторной цепи ток отсутствует, следовательно, заперт также транзистор 21, и на выходе усилител  19 протекает микроток запертого транзистора 21, При высоком уровне входного сигнала в эмиттерных цеп х транзисторов 20 и 25 возникает ток, определ емьй входным напр жением усилител  (за вычетом падений напр жени  на эмиттерных переходах транзисторов 20 и 25 и напр жени  на диоде 15 27) и сопротивлением резистора 24. Этот ток создает ток в коллекторной цепи транзистора 25 и открывает транзисторный ключ 21. При этом в управл ющем электроде симистора возникает запускающий ток, величина которого ограничиваетс  резистором 23. Импульсы тока в выходной цепи усилител  19 включают симистор 1 в моменты прохождени  через ноль сетевого напр жени . При этом через нагревательный элемент , проходит ток, и температура нагреваемой среды повьш1аетс о Повышаетс  также напр жение на выходе датчика 5 температуры . Когда это напр жение становитс  равным (с погрешностью напр жени  смещени  компаратора 12) напр жению задатчика 6 (напр ж€;нию на ре- зисторе 9), тогда сигнал на выходе компаратора 11 скачком переходит в нулевое состо ние, и включение симистора не происходит. Питание узлов управлени  симистором в устройстве обеспечиваетс  двухпол рным источником 41 питани , в котором выходные напр жени  создаютс  двум  одинаковыми разнопол рными однополупериодными выпр мител ми с общим токоограш1чива- ющим конденсатором 42. При этом обеспечиваетс  симметрична  нагрузка силовой сети в обоих полупериодах, а следовательно , минимизируютс  искажени  формы напр жени  сети, обусловленные нагрузкой. Дл  создани  посто нного напр жени  с допустимыми пульсацн ми при однополупериодном выпр млении используютс  накопительные (фильтрующие ) конденсаторы 45 и 46. Положительный полупериод напр жени  силовой сети используетс , в основном, дл  пи-

30

35

40

45

0

21-23, 28, 29), создающей ток управлени  симисторомо Такой принцип построени  устройства обеспечивает рациональное использование энергии в каждом полупериоде и способствует снижению потребл емой мощности.

Дл  включени  симистора нужно в начале кавдого полупериода, т.е„ 2

ходного напр жени  источника 41 питани , . так как включение симистора 1 происходит значительным током 1у, и конденсатор 46 источника питани  быстро разр жаетс . При восстановлении сетевого питани  конденсатор 46 йолностью зар дитьс  уже не может, так как компаратор 11 разрешает про; раза в течение периода Т, подавать °Д импульсов через элемент И 15,

: пульсы тока управлени  1у длитёль- усилитель 19 пытаетс  запустить симистор 1, и разр женный ранее конденса- ,тор 46 продолжает посто нно разр - (жатьс ,

i ностью t,.. Toe источник питани  дол- жен обеспечивать на отрицательном вы- ходе средний за период ток нагрузки

1 Iv

2- t U

где t,, - длительfji I - - к

; ность импульсов на выходе формирова- : тел  30 синхроимпульсов. Упом нутый I формирователь вырабатывает сигнал : высокого уровн  в окрестност х нул  в обе стороны, т с ее должно быть

м

7 2t,

Поэтому средний ток нагрузки должен быть не менее величины

41

ty У т

Максимальна  величина тока определ етс  реактивным сопротивлением конденсатора 42, т.е. его емкость из

1 1 . исети с 2f f-с l

должна быть I

с

сети

где и сети и f - напр жение и часэлемента 49, нужно обеспечить ток нагрузки источника питани , равный 1ср 2, 1. При этом конденсатор 46 всегда зар жаетс  полностью независимо от

тота питающей сети состо ни  ключа 21 усилител  19. При соответственно,, этом ток потреблени  увеличиваетс  в Указанный ток 1 обеспечиваетс  на

I

п

положительном выходе источника 41 питани . Если потребл емьй с выходов источника питани  ток меньше велшш- Увеличиваетс  также требуема  величина

Т --- раз,

-и

ны, задаваемой конденсатором 42, то излишки тока утекают в стабилитроны 47 и 48, которые служат также дл  ограничени  выходных напр жений источника питани . ,

В случае отсутстви  ключевого элеемкости конденсатора 42, а следовательно , его габариты и стоимость. Кроме того, в установившемс  режиме образуетс  большой излишек тока, протека- 50 ющего через стабилитроны 47 и 48, что требует увеличени  мощности, нап4

емкости конденсатора 42, а следовательно , его габариты и стоимость. Кроме того, в установившемс  режиме образуетс  большой излишек тока, протека- 50 ющего через стабилитроны 47 и 48, что требует увеличени  мощности, напмента 49 устройство может прекратить ример, путем введени  транзисторов функционирование после случайного средней мощности с охладительными ра- кратковременного отключени  питак цей диаторами. Это ведет также к усложне- сети или кратковременного снижени  нию источника питани  и увеличению

его стоимости.

Таким образом,введение ключевого элемента ведет к снижению потребл емого из сети тока, а следовательно.

(провала) сетевого напр жени . Это обусловлено тем, что при кратковремен- ном пропадании питани  происходит быстрое снижение отрицательного выте15945038

ходного напр жени  источника 41 питани , . так как включение симистора 1 происходит значительным током 1у, и конденсатор 46 источника питани  быстро разр жаетс . При восстановлении сетевого питани  конденсатор 46 йолностью зар дитьс  уже не может, так как компаратор 11 разрешает проусилитель 19 пытаетс  запустить симистор 1, и разр женный ранее конденса- ,тор 46 продолжает посто нно разр - (жатьс ,

5 Ключевой элемент 49 обеспечивает работоспособность следующим образом.

При снижении отрицательного напр жени  двухпол рного источника 41 пита-- ни  происходит повьпаение потенциала

0 на базе транзистора 50, что приводит к,его открьгоанию. При этом импульсы на выходе формировател  30 исчезают, и ключ 21 усилител  19 запираетс . Благодар  этому конденсатор 46 начит

5 нает зар жатьс . В тот момент, когда конденсатор почти полностью зар дилс , ключевой элемент 49 прекращает блокировать выход формировател  30, работоспособность устройства восстанавли0 ваетс  (напр жение стабилитрона 52

ключевого элемента 49 выбираетс  меньшим , чем у стабилитрона 48, но максимально близким.

Дл  того, чтобы устройство сохран 35 ло работоспособность без ключевого

элемента 49, нужно обеспечить ток нагрузки источника питани , равный 1ср 2, 1. При этом конденсатор 46 всегда зар жаетс  полностью независимо от

состо ни  ключа 21 усилител  19. При этом ток потреблени  увеличиваетс  в

также тре

Т --- раз,

-и

емкости конденсатора 42, а следовательно , его габариты и стоимость. Кроме того, в установившемс  режиме образуетс  большой излишек тока, протека- ющего через стабилитроны 47 и 48, что требует увеличени  мощности, нап

ример, путем введени  транзисторов средней мощности с охладительными ра- диаторами. Это ведет также к усложне- нию источника питани  и увеличению

и потребл емой мощности в п

--- раз и повьшению КПД устройства

н .

в целом, а также к упрощению и удешевлению источника питани .

Claims (1)

1. Формула изобрет

   е и и  

   Устройство дл  регулировани  температуры , содержащее последовательно соединенные симистор и нагрузочный элемент, подключенные свободными выводами к шинам сети переменного тока датчик и задатчик температуры, ком- паратор, последовательно соединенные элемент И и усилитель мощности, двух- пол рньй источник питани , подключенный входами к шинам сети переменного

   Ж

   6

   ГГ П

   0

   тока, и формирователь синхроимпульсов , причем выходы датчика-и задатчи- ка температуры подклк чены к входам компаратора, св занного выходом с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом формирова-. тел  синхроимпульсов, соединенного выходами питани  с выходами двухпол р- ; ного источника питани , выход 7СИЛИ- тел  мощности подключен к управл ющему электроду симистора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  КПД, устройство содержит ключе- бой элемент, включенный между выходными выводами формировател  синхроимпульсов , а управл ющий вход ключевого элемента подключен к выходам двухпо- л рного источника питани .