Устройство управления электроподогревом

 

Изобретение относится к технике регулирования и контроля температуры электрообогреваемых объектов, работающих в частности во взрывоопасных зонах при низкой температуре окружающей среды. Цель изобретения - повышение функциональной надежности и точности контроля температуры. Для этого устройство содержит электронагреватель 1, блок 2 контроля перегрева , блок 3 защиты коммутатора тока, предохранители 5, 7, токоогра

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН

09) (0) А1 щ)5 С 05 D 23!24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИНМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4472423/24 (22) 09.08.88 (46) 23.04.91„. Бюл. Р 15 (71) Калининградское специализированное конструкторское бюро Всесоюзного производственного объединения Союзгазавтоматика" (72) Г,В. Гречухин, О.К,. Герасимчук и Ю,Я Миллер (53) 62 1.555,6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1247850, кл. С 05 D 23/24, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Р 1023293, кл, С 05 D 23/24, 1982„

2 (54) УСТРОЙСТВО УПРЛВЛЕЦИЯ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВОМ (57) Изобретение относится к технике регулирования и контроля температуры электрообогреваемых объектов, работающих в частности во взрывоопасных зонах при низкой температуре окружающей среды. Цель изобретения — повышение функциональной надежности и точности контроля температуры. Для этого устройство содержит электронагреватель 1, блок 2 контроля перегрева, блок 3 защиты коммутатора тока, предохранители S 7, токоогра3 1644107

4 ничивающий резистор 6, блоК 8 комму- контроля температуры объекта, датчик тации, 6íÎK 9 контроля температуры 13 п р уры электронагревателя, датчик 10 темпе- тор 14. и источник 15 питания, ратуры электронагревателя, блок 11 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике регулирования и контроля температуры электрообогреваемых объектов, в частности, работающих во взрывоопасных зонах при низкой температуре окружающей среды, например технологического оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов в газовой промышленности, а также в нефтяной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение функциональной надежности и точности контроля температуры.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — 25 пример реализации коммутатора тока и блока защиты коммутатора тока; на фиг. 3 - схемы управления тиристорами и блока коммутации; на фиг, 4функциональная схема блока контроля перегрева; на фиг. 5 — функциональная схема блока контроля температуры электронагревателя.

Устройство управления электроподогревом содержит электронагреватель 35 t, выводами подключенный к блоку 2 контроля перегрева и блоку 3 защиты коммутатора тока, один вход которого соединен с выходом коммутатора 4 тока, соединенным с фазным проводом питающей сети, а . второй .вывод электронагревателя 1 подключен через первый предохранитель 5 к первому выводу токоограничивающего резистора 6, второй вывод которого заземлен, и к первому 45 выводу второго предохранителя 7, второй вывод которого соединен с нулевым проводом питающей сети. Другие входы блока 3 защиты коммутатора тока и коммутатора 4 тока соединены с соответствующими выходами блока 8 коммутации, один из входов которого соединен с выходом блока 9 контроля температуры электронагревателя, соединен- ного с датчиком 10 температуры электронагревателя, а другой вход — с вы55 ходом блока 11 контроля температуры объекта 12, соединенного с датчиком

13 температуры объекта. Третий вход блока 8 коммутации соединен с выходом стабилизатора 14 напряжения, вход которого соединен с источником 15 питания. Третий и четвертый входы блока 2 контроля перегрева соединены соответственно с первым и вторым выводами пусковой кнопки 16, Третий и четвертый выходы блока 8 коммутации соединены соответственно с цепями сигнализации "Авария" и "Перегрев".

Коммутатор 4 тока содержит два предохранителя 17, и 17» соединенных с тиристорами 18 и 19, и схему

20 управления. На вход тиристоров подается фаза питающей сети, а к выходу подключен блок 2 контроля перегрева, Блок 3 защиты коммутатора тока состоит из тиристоров 21 и 22 и токоограничивающего резистора 23, соединенных с формирователем 24 запускающих импульсов.

Схема 20 управления состоит из однопереходного транзистора 25, времязадающей цепи на конденсаторе 26 и резисторе 27, токоограничивающего резистора 28, параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне 29 и резисторе 30 и импульсного трансформатора 31, вторичные обмотки которого соединены с цепями управления тяристорами 18 и 19 коммутатора

4 тока.

Блок 8 коммутации включает в себя переключающий контакт 32 блока контроля температуры объекта, последовательно соединенные замыкающий 33 и размыкающий 34 контакты, параллельно соединенные размыкающий 35 и замыкающий 36 контакты, а также размыкающий контакт 37, последовательно соединенный с переключающим контактом 32, Схема блока 11 контроля температуры построена и работает аналогично схеме блока 9 контроля температуры электронагревателя.

Формирователь 24 состоит иэ генератора импульсов, выполненного на однопереходном транзисторе 38,и, времяэа5 164 дающей цепи на конденсаторе 39, резисторе 40 и токоограничивающем резисторе 41, Генератор импульсов запитан от стабилизатора, выполненного на стабилитроне 42 и резисторе 43, получающем питание от выпрямителя, выполненного в виде диодного моста

44. С генератором импульсов соединен импульсный трансформатор 45,. управляющий работой тиристоров.

Блок 2 контроля перегрева состоит из трансформатора 46 тока утечки, две. обмотки которого соединены с электронагревателем 1, а третья обмотка — с первым входом компаратора

47, последовательно соединенного с инвертором 48, транзисторным ключом

49 и электромагнитным реле 50 с контактами 33, 35 и 37, Второй вход компаратора 47 соединен с резисторами

51-53, образующими делитель напряжения для задания порога срабатывания компаратора 47. Замыкающий контакт

54 реле 50 предназначен для блокировки реле в момент пуска.

Датчик 10 температуры электронагревателя состоит из токозадающего резистора 55 и чувствительного элемента 56. Датчик 10 подключен к блоку

9 контроля температуры электронагревателя, состоящему из последовательно соединенных компаратора 57, инвертора 58, транзисторного ключа

59 и электромагнитного реле 60 с контактами 34 и 36. Компаратор 57 своим вторым входом соединен с резисторами 61-63, образующими делитель напряжения для задания порога срабатывания компаратора 57.

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения питающей сети на клеммы "0" и "Ф" устройства и кратковременном нажатии пусковой кнопки 16 (фиг. 1) устройство начинает функционировать. При этом открывается коммутатор 4, и ток через блоки 3 и 2 проходит на электронагреватель 1 и через него и предохранители 5 и 7 на клемму "0" питающей сети. Электронагреватель начинает подогревать объект 12.

Достижение температурой подогреваемого объекта 12 установленного значения средней температуры "Грубо", имеющей значение ниже, чем установленное значение средней темйературы Точно", фиксируется блоком 11 при этом

4107 6 срабатывает реле 60 и замыкает свой разомкнутый контакт 32, подготавливая цепь сигнализации о достижении температурой объекта среднего заданного

5 з нач ения "Точ но

1! 11

При достижении температурой подогреваемого объекта 12 среднего установленного значения "Точно" ток утечки на землю увеличивается, что фиксируется блоком 2, при этом закрывается коммутатор 4 и обеспечивается электронагреватель 1, а также обесточивается электромагнитное реле 50 блока 2 и замыкает свои контакты 37, находящиеся в цепи сигнализации о состоянии объекта, при этом включается сигнализация "Перегрев, что свидетельствует о достижении средней

20 температурой подогреваемого объекта

12 точного установленного значения °

Если в процессе нагрева объекта 12 средняя заданная температура "Грубо" не достигла установленного значения, 25 то контакты 32 реле 60 блока 11 находятея в замкнутом состоянии.Поэтому, если при этом срабатывает реле

50 блока 2, то замыкаются его контакты 37 и включается сигнализация

"Авария", что говорит о неисправном состоянии электронагревателя 1.

Если объект нагрет до средней заданной температуры "Точно", а температура "Грубо" не достигла ус35 тановленного значения, это свидетельствует о неисправности электронагревателя 1 и аварийном отключении устройства.

Защита электронагревателя 1 от

4 локального перегрева осуществляется установкой датчика 10 у начала электронагревателя 1 на небольшом участке, не контактирующем с телом подогреваемого объекта 12 и поэтому

5 имеющем наибольшую температуру нагрева.

Для предотвращения возможности нахождения на электронагревателе 1 фазы питающей сети при закрытом коммутаторе 4 и создания взрывоопасной ситуации при низкой величине электроизоляции электронагревателя 1, что может произойти при неправильном подключении фазы и нуля питающей се55 ти к клеммам "0" и "ф" в устройство

Ф введена цепь защиты от неправильного подключения фазы.

Если фаза питающей сети окажется подключенной на клемму "0", а не

7 1644107 8 на клемму "Ф", то при подаче в устройство, питания ток, проходя через предохранитель 7 и токоограничивающий резистор 6 (величина которого вы5 бирается такой, чтобы ток, проходящий через него, превьппал номинальный ток предохранителя 7), замыкается на землю, что приводит к перегоранию предохранителя 7 и обесточиванию устройства.

При понижении сопротивления электроизоляции нагревателя 1 и срабатывании (обесточивании электронагревателя) устройства включить его можно только кнопкой 16 ".Пуск" после снижения средней температуры объекта ниже установленного значения "Точно" или исправив электронагреватель 1.

Если при работе устройства происходит локальный перегрев участка нагревателя, это фиксируется блоком 9, работающим аналогично блоку 11. Последний воздействует на блок 8, который отключает коммутатор . 4, при этом 25 электронагреватель 1 обесточивается, тем самым устраняется взрывоопасная ситуация.

При понижении температуры локального перегрева до нормального значе- 30 ния блок 9 возвращается в исходное состояние. Блок 8, воздействуя на коммутатор 4, открывает его, на электронагреватель 1 подается питание, и нагрев объекта 12 продолжается.

Известно, что электрическое сопротивление полимерных электроизоляционных материалов, в частности кремйийорганической. резины, из которой выполнена оболочка электронагревателя 0

1 устройства, понижается пропорцио нально увеличению температуры. Поэтому при обеспечении надлежащего те .— плового контакта нагревателя с телом подогреваемого объекта сложной кон45 фигурации, что обеспечивается укладкой гибкого нагревателя без зазоров между поверхностью подогреваемого объекта и нагревателем, величина распределенного сопротивления электро50 изоляции последнего пропорционально зависит от средней температуры подогреваемого объекта.

С ростом средней температуры подогреваемого объекта сопротивление электроизоляции нагревателя понижа55 ется, что. приводит к. увеличению тока утечки на корпус объекта подогрева, величина которого фиксируется блоком контроля перегрева, отключающим электронагреватель от питающей сети при достижении током утечки, а значит, и средней температуры объекта подогрева установленного значения.

Для исключения потерь тепла от подогреваемого объекта в окружающую среду последний, в том числе и электронагреватель, покрыты слоем теплоизоляции и защитным водонепроницаемым кожухом, поэтому понижение сопротивления изоляции электронагревателя практически может изменить свое значение только по причине изменения температуры нагревателя.

Однако, если предположить, что по каким то непредвиденным причинам, например повреждение защитного кожуха, на электронагреватель 1 попадет влага и электроизоляция по-. следнего понижается, происходит отключение устройства, фиксируемое как достижение средней температу ой подогреваемого объекта заданного значения.

В режиме нагрева объекта замыкающий контакт 33 электромагнитного реле SO блока 2 (средняя температура объекта "Точно" ) замкнут. Контакт

34 электромагнитного реле 60 блока

9 также замкнут. На первичную обмотку импульсного трансформатора 31 поступают импульсы с генератора импульсов на однопереходном транзисторе 25, которые с вторичных обмоток трансформатора 31 поступают на управляющие электроды тиристоров 18 и

19, и тиристоры находится во включенном состоянии, При нагреве объекта 12 до средней температуры "Точно" сопротивление изоляции электронагревателя 1 понижается, увеличивается ток утечки на землю. При этом ток, входящий в электронагреватель 1, становится бо,льше тока, выходящего из последнего, что приводит к разбалансу токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора 46 блока 2. Появляется напряжение разбаланса, которое меньше напряжения, подаваемого на второй вход компаратора 47 с делителя, выполненного на резисторах 51-53, последний срабатывает, что фиксируется инвертором 48 и транзисторным ключом 49, при этом реле 50 обесточивается, размыкая. контакт 33 в блоке 8. На первичную обмотку транс1644107

50

1. Устройство управления электроподогревом, содержащее последовательформатора 31 схемы 20 перестают подаваться управляющие импульсы и тиристоры 18 и 19 закрываются, обесточивая электронагреватель

Если в процессе нагрева происходит локальный перегрев участка электронагревателя 1, это фиксируется датчиком 10 и компаратором 57, воздействующим на инвертор 58 и транзисторный ключ 59. При этом происходит срабатывание реле 60 блока 9, которое своими контактами 34 в блоке 8 размыкает цепь управления запуском тиристоров 18 и 19 через схему 20, отключая.их, при этом электронагреватель 1 обесточивается.

Блок 3 защиты коммутатора тока работает следующим ббразом.

Если при работе устройства произошло короткое замыкание в тиристоре

18 или 19 (фиг. 2), то последний находится в проводящем состоянии при возникновении локального перегрева. электронагревателя 1 или достижении 25 объектом 12 подогрева заданной температуры "Точно" независимо от того, сработала ли схема 20 на отключение коммутатора 4, при этом на электронагревателе 1 находится половина напряжения питания при выходе из строя одного из тиристоров 18 или 19 илн полное напряжение при выходе из строя (коротком замыкании перехода) двух тиристоров одновременно. В этом случае замыкается контакт 35 электромагнит-3

35 ного реле 50 блока 2 или контакт 36 реле

60 блока 9,в формирователь 24 тиристорами 21 и 22 (фиг.2 и 3) подается напряжение питания, и схема 20 открывает 40 тиристоры 21 и 22, при этом предохранители t 7 (фиг, 2) в зависимости от того, какой из тиристоров 18 или

19 вышел из строя, оказываются подключенными к нулю питающей цепи через токоограничивающий резистор 23, в результате чего происходит перегорание предохранителя 17 g или 17, а в случае выхода из строя обоих тиристоров 18 и 19 происходит перегорание обоих предохранителей 17 и 1? .

При этом электронагреватель 1 отключается от питающей сети и может быть включен только. после устранения неисправности и замены предохранителей., Формула изобретения

55 но соединенные источник питания, стабилизатор напряжения и блок коммутации, второй сигнальный вход и первый выход которого соединены соответственно с первыми выходом и входом коммутатора тока, подключенного вторым входом к фазному выводу питающей сети, рулевой вывод которой через последовательно соединенные первый и второй предохранители связан с электронагревателем, снабженным датчиком температуры электронагревателя, а также блок контроля температуры электронагревателя, подключенный входом к выходу датчика температуры электронагревателя, а выходом — к первому управляющему входу блока коммутации, второй управляю1ций вход которого соединен с выходом блока контроля температуры объекта, подключенного входом к выходу датчика температуры объекта, о т л и— ч.а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения функциональной надежности и точности контроля температуры, в него введены токоограничивающий резистор, блок контроля перегрева и блок .защиты коммутатора тока, подключенный первым входом к второму выходу блока коммутации, а вторым входом — к второму выходу коммутатора тока и первому входу блока контроля перегрева, второй вход и выход которого соединены с соответствующими выводами электронагревателя, токоограничивающий резистор включен между общей шиной и точкой соединения предохранителей, а третий и четвертый выходы блока коммутации соединены с цепями сигнализации соответственно

"Авария" и "Перегрев".

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок контроля перегрева содержит трансформатор тока утечки, делитель напряжения и последовательно соединенные компаратор, инвертор, транзисторный ключ, электромагнитное реле и параллельно соединенные замыкающий контакт электромагнитного реле и пусковую кнопку, вторые выводы которых соединены с выводом .источника питания, причем первая обмотка трансформатора тока утечки включена между первым входом и выходом блока, вторая обмотка включена между вторым входом и нулевым выводом питающей сети и вторым входом блока, третья обмотка включена

1644107 между общей шиной и первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу делителя напряжения, включенного между выводом ис- 5 точника питания и общей шиной.

3. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок защиты коммутатора тока содержит последовательно соединенные токоограничивающий резистор и встречно-параллельно включенные два тиристора, а также формирователь запускающих импульсов, выполненный в виде последовательно соединенных выпрямителя, стаби-15 лизатора, генератора импульсов и импульсного трансформатора, причем второй вывод токоограничивающего ре-. зистора соединен с нулевым выводом питающей сети, выводы второй обмотки импульсного трансформатора соединены соответственно с катодом и управляющим выводом первого тиристора, выводы третьей обмотки импульсного трансформатора соединены соответственно с катодом и управляющим выводом второго тиристора, а вход выпрямителя и объединенные анод первого тщiистора и катод второго тиристора являются соответственно первым и вторым входами блока.

4. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок контроля температуры электронагревателя содержит делитель напряжения и последовательно соединенные компаратор, инвертор, транзисторный ключ н электромагнитное реле, причем первый вход компаратора соединен с выходом делителя напряжения, включенного между выводом источника питания и общей шиной, BTopoI) вход компаратора и вы- ход электромагнитного реле являются соответственно входом и выходом блока.

1644107

1644107

Составитель B. Прямицин

ТехРед Л. Сердюкоав

Корректор С Шекмар

Редактор О. Йрковецкая

Заказ 1240 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101