Устройство для регулирования температуры

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 6 05 О 23/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4684327/24 (22) 03.05.89 (46) 23.05.92. Бюл. hL 19 (71) Специальное конструкторское бюро электрофотографических аппаратов (72) Н.В. Сердцов (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1092471, кл. G 05 0 23/19, 1984.

Заявка ЕПВ М 0263653, кл. G 05 0 23/24, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 484508, кл, G 05 0 23/24, 1971.

„„Я2„„1735827 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано при закоеплении тонерных изображений в электрофотографическом копировальном аппарате. Цель изобретения— повышение точности регулирования температуры и уменьшение создаваемых помех в питающей сети. Для этого благодаря использованию высокостабильного сравнения с применением трансформатора 10

1735827 тока, а также широтно-импульсного управления включением выпрямителя 5, при котором угол управления всегда является постоянным и не зависящим от изменений температуры окружающей среды, достигается более высокая точность поддержания

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано при закреплении тонерных изображений в электрофотографическом копировальном аппарате. 5

Цель изобретения — уменьшение создаваемых помех в питающей сети и повышение точности регулирования температуры, На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг, 2 — вариант вы- 10 полнения управляемого выпрямителя; на фиг. 3 — вариант конструкции термофиксирующего валика; на фиг, 4 и 5 — временные диаграммы, иллюстрирующие характер изменения напряжений и токов на элементах 15 устрсйства при двухполупериодном подогреве термодатчика-нагревателя; на фиг. 6— график выхода устройства на режим, на фиг, 7 — зависимости температуры постоянного подогрева от величин измерительных токов, 20 протекающих в цепях диодов устройства при специально отключенном первом выпрямителе.

Устройство для регулирования температуры содержит трансформатор 1 напря- 25 жения с тремя обмотками 2 — 4 и электрически связанные с ним три выпрямителя

5 — 7, два диода 8 и 9, трансформатор 10 тока с тремя обмотками 11 — 13, три кольцевых токосъемника 14 — 16, задатчик 17 темпера- 30 туры, термодатчик-нагреватель 18, формирователь 19 трапецеидальных импульсов, включающий выпрямитель 20, делитель напряжения, выполненный на резисторах 21 и

22, и стабилитрон 23, компаратор 24, источ- 35 ник 25 опорного напряжения, формировательь 26 коротких импульсов и элемент И вЂ” НЕ

27.

Управляемый выпрямитель 5 в однофазном исполнении содержит два диода 28 и 40

29, два ограничительных резистора 30 и 31 и два оптронных тиристора 32 и 33, Термофиксирующий валик 34 содержит несущий цилиндр 35, две цапфы 36 и 37, две теплоизолирующие втулки 38 и 39, слой 40 45 термодатчика-нагревателя l8, расположенный между нижним и верхним электроизоляционными слоями 41 и 42, задатчик 17 заданной температуры. Кроме того, двухполупериодный нагрев термодатчика-нагревателя 18 в сочетании с широтно-импульсным управлением значительно уменьшает искажения формы синусоидального сетевого напряжения, 1 з.п. ф-лы, 7 ил, температуры в виде резистора, держатели

43-45 задатчика 17, два подшипника 46 и

47, три кольцевых токосъемника 14-16, выполненные в виде токосъемных колец 48-50 и щеток 51-53.

Устройство работает следующим образом.

Диод 8, обмотка 11 трансформатора 10 тока, кольцевой токосъемник 14 и задатчик

17 образуют первое, а диод 9, обмотка 12 трансформатора 10, кольцевой токосъемник

15 и термодатчик-нагреватель 18 — второе плечи термочувствительного моста (фиг. 1), питающая диагональ которого через кольцевой токосъемник 16 подключена к выходу выпрямителя 6, Вследствие того, что предлагаемое устройство предназначвно для поддержания заданной рабочей температуры как для цилиндрических нагревателей, вращающихся вокруг своей оси, так и для неподвижных плоских нагревателей, очевидно, что применение для последних кольцевых токосъемников 14 — 16 не имеет смысла.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства при двухполупериодном подогреве термодатчика-нагревателя 18. На,фиг. 4 а-е и фиг. 5 а-и представлены временные диаграммы, иллюстрирующие характер изменения напряжений и токов на элементах устройств при двухполупериодном подогреве сетевым напряжением термодатчика-нагревателя 18.

Предположим, что первоначальное включение устройства произошло в положительный полупериод сетевого напряжения и с момента выхода его из нулевого значения (фиг, 5 а). Тогда в момент выхода положительного полупериода из нулевого значения произойдет включение оптронного тиристора 33 в управляемом выпрямителе 5 в результате поступления на его управляющий вход короткого отпирающего импульса с выхода элемента И-НЕ 27 (фиг. 1 и фиг. 4е).

Вследствие этого к термодатчику-нагревателю 18 с выхода выпрямителя 5 через меньшую часть рабочей обмотки 12 трансформатора 10 прикладывается выпрямленное

1735827

55

45 отрицательной полярности полное напряжение сети (фиг. 53), а к задатчику 17 через последовательно включенные диод 8 и рабочую обмотку 11 трансформатора 10 прикладывается пониженное выпрямленное напряжение отрицательной полярности с выхода выпрямителя 6 (фиг. 5в). При этом длительность действия приложенного выпрямленного сетевого напряжения к термодатчику-нагревателю 18 как в указанный первый положительный, так и в последующие отрицательные и положительные полупериоды сетевого напряжения означает, что устройство на интервале времени to — ц работает в режиме форсированного достижения заданной рабочей температуры (фиг.

5а, ж — и и фиг. 6). Благодаря встречному включению двух диодов 8 и 9, а также наличию ствода в рабочей обмотке 12 трансформатора 10 в предлагаемом устройстве в отличие от известного присутствует возможность определения разбаланса термочувствительного моста как в положительные, так и в отрицательные полупериоды сетевого напряжения на всем временном интервале форсированного подогрева термодатчика-нагревателя 18. Это объясняется, во-первых, тем, что диод 9, установленный во втором плече термочувствительного моста, выполняя функцию ключа, запирается высоким выпрямленным напряжением сети вследствие того, что отрицательное напряжение на его аноде в моменты включения какого-либо из тиристоров 32, 33 первого управляемого выпрямителя 5 значительно превосходит по величине отрицательное напряжение на его катоде.

Во-вторых, трансформатор 10 относител ьно своей рабочей обмотки 11 в моменты включения любого из тиристоров 32 и 33 выпрямителя 5 автоматически уменьшает коэффициент трансформации, а именно, уменьшает во столько раз, во сколько раз ток в цепи термодатчика-нагревателя 18 в момент действия первого полупериода сетевого напряжения на интервале времени

to — t1 больше измерительного тока в цепи задатчика 17 (фиг. 5е, ж), и если при первоначальном включении устройства в момент времени At=0 термочувствительный мост сбалансирован вследствие равенства сопротивления его плеч, то на протяжении первого положительного полупериода он будет уже несколько разбалансирован в результате нагрева значительным по величине сетевым напряжением термодатчика-нагревателя 18. В результате этого на протяжении времени действия последующих полупериодов сетевого напряжения на интервале времени to — ti наблюдается возра5

35 стание с нулевого значения напряжения разбаланса термочувствительного моста на выходе выпрямителя 7 (фиг, 4а), выполненного со сглаживающими элементами. При этом напряжение на выходе последнего определяет включенное или выключенное состояние тиристоров 32 и 33 выпрямителя 5 (фиг. 2) и благодаря высокой скорости нагрева термодатчика 18 на интервале времени

to t1 (фиг. 6) наблюдается быстрый его рост с увеличением числа полупериодов сетевого напряжения (фиг. 4а и фиг. 5а). Достижение заданного значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя 7 вызывает исчезновение логической единицы на выходе компаратора 24 (фиг. 1 и фиг. 4а, 6). Это означает, что включение какого-либо оптотиристора выпрямителя 5 в последующий один или ограниченный ряд полупериодов сетевого напряжения не произойдет (фиг. 5 ж-и), поскольку произошел нагрев термодатчика-нагревателя 18 до заданной температуры. С этого момента (момента наступления времени t< на интервале времени t< — т ) устройство начинает работать в режиме ожидания носителя тонерного изображения — бумажного полотна (фиг, 6), в начальный момент которого продолжают еще прогреваться до заданной температуры слоя 40 термодатчика-нагревателя 18 остальные составные элементы термофиксирующего валика 34, главным образом, его несущий цилиндр 35 (фиг. 3). При этом по мере нагрева последнего до заданной температуры слоя 40 термодатчика-нагревателя 18 (фиг. 3) временные промежутки между включениями тиристоров 32 и 33 выпрямителя 5 (фиг. 5з и интервал времени t1-t), а следовательно, и период колебания температуры на поверхности термофиксирующего валика 34 увеличиваются (фиг. б, интервал времени тi — 72). После определенного времени прогрева несущего цилиндра

35 и подачи бумажного полотна к наружной поверхности термофиксирующего валика 34 с целью закрепления тонерного изображения путем термоконтактного его оплавления устройство на интервале времени t2-tç начинает работать в режиме фиксирования тонерного изображения (фиг. 6, интервал времени tz — tz), при наступлении которого начинается нагрев бумажного полотна, а следовательно, и интенсивный отбор тепла от цилиндрической рабочей поверхности термофиксирующего валика 34, который установлен в устройстве с возможностью вращения вокруг своей оси (фиг. 3). При этом необходимая величина температуры закрепления, находящаяся в функциональной зависимости от толщины бумажного полот1735827 на и его влажности, задается в предлагаемом устройстве с помощью второго задатчика температуры — источником 25 опорного напряжения путем изменения величины опорного напряжения на его первом выходе 5 (фиг. 1), от величины которого зависит порог срабатывания компаратора 24.

При двухполупериодном подогреве термодатчика-нагревателя 18 оптотиристоры выпрямителя 5 включены в противофазные 10 цепи (фиг. 2), и поэтому, несмотря на то. что импульсы на их включение с выхода элемента И вЂ” НЕ 27 могут поступать на их включение, в каждом полупериоде сетевого напряжения (фиг. 4е, интервал времени to — 15 ц),однако каждый из них открывается только в тот полупериод, при котором анодное напряжение на нем положительно. При этом двухполупериодный ток в цепи термодатчика-нагревателя 18 на интервале вре- 20 мени to — t1 складывается из двух токов, выпрямленных в положительные и отрицательные полупериоды сетевого напряжения (фиг. 5з, и), а на интервале времени т1 — места исчезнувших значительных токов 25 форсированного подогрева заполняются малым.чисто измерительным током (фиг.

5ж).

Для синхронизации включения тиристоров 32 и 33 с нулевых значений сетевого 30 напряжения в предлагаемом устройстве предусмотрены формирователь 19 трапецеидальных импульсов напряжения, формирователь 26 коротких импульсов и элемент

И вЂ” НЕ 27 (фиг. 1). Так, в конце каждого пол- 35 упериода питающего сетевого напряжения в моменты спада трапецеидального напряжения до нулевых значений на выходе формирователя 26 формируются короткие единичные импульсы, синхронизированные 40 с частотой сети (фиг. 4д). Таким образом, формирователь 26 выполняет функцию преобразования трапецеидального напряжения в последовательность коротких импульсов той же частоты, что и на выходе 45 формирователя 19. При этом очевидно, что на управляющий вход выпрямителя 5 может поступить импульс на включение какого-либо его тиристора только при одновременном присутствии логических единиц на двух 50 входах элемента И-НЕ 27.

Следует заметить, что в зависимости от величины греющих токов в плечах термочувствительного моста подогрев термопатчиканагревателя 18 выпрямленным сетевым 55 напряжением может происходить на фоне температуры постоянного подогрева (Тn.nogj), создаваемой измерительными токами. На фиг, 7 представлены зависимости температуры постоянного подогрева (Тп.под) от величины измерительных токов, протекающих в цепях диодов 8 и 9, и снятые при специально отключенном управляемом выпрямителе 5. Использование значительных по величине измерительных токов в плечах термочувствительного мсста уменьшает время выхода устройства на заданный режим. Однако это требует применения трансформатора 1 повышенной мощности, поэтому величину измерительных токов следует выбирать минимально возможной, По сравнению с известным предлагаемое устройство благодаря применению высокостабильного сравнивающего устройства — трансформатора 10 тока, а также широтно-импульсного управления включением управляемого выпрямителя 5, при котором угол управления последним всегда является постоянным и не зависит от имеющих место изменений температуры окружающей среды, позволяет повысить точность поддеркания заданной температуры. Кроме того, двухполуперидный нагрев термодатчиканагревателя 18 в сочетании с широтно-импульсным управлением значительно уменьшает искажения формы синусоидального сетевого напряжения, а использование трансформатора 10 позволяет осуществить гальваническую развязку сигнала разбаланса термочувствительного моста от питающей сети, Формула изобретения

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее измерительный мост с термодатчиком-нагревателем и задатчиком температуры, два диода и первый выпрямитель, подключенный входными клеммами к сети питания, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения создаваемых помех в питающей сети и повышения точности регулирования температуры, в него введены трансформатор напряжения, трансформатор тока, второй итретий выпрямители, формирователь трапецеидальных импульсов, компаратор, формирователь коротких импульсов, источник опорного напряжения, элемент И вЂ” НЕ, а первый выпрямитель выполнен в виде управляемого выпрямителя, причем трансформатор напряжения подключен первой обмоткой к сети питания, второй обмоткой — к входу второго выпрямителя, а третьей обмоткой — к входу формирователя трапецеидальных импульсов, соединенного выходом с входом формирователя коротких импульсов, подключенного выходом к первому входу элемента И вЂ” НЕ, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход последнего — с первой 1 735827

/9 йттрой Ьс5нао кл и е усгпртст8а клеммой управляющего входа первого выпрямителя, вторая клемма управляющего входа которого соединена с первым выходом источника опорного напряжения, подключенного вторым выходом к первому 5 входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу третьего выпрямителя, соединенного входом с выходной обмоткой трансформатора тока, первая входная обмотка которого соединена первым выводом 10 с анодом первого диода, а вторым выводом — через первый кольцевой токосъемник с первым выводом задатчика температуры, а вторая обмотка которого соединена первым выводом с анодом второго диода, вторым 15 выводом — с первым выходным выводом первого выпрямителя, а третьим выводом— через второй кольцевой токосъемник с первым выводом термодатчика-нагревателя, второй вывод которого объединен с вторым 20 выводом задатчика температуры и через третий кольцевой токосъемник соединен с вторым выходным выводом первого выпрямителя и первым выходным выводом второго выпрямителя, подключенного вторым 25 выходным выводом к катодам первого и второго диодов.

2. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что первый выпрямитель содержит два диода, два резистора и два оптронных тиристора, причем катоды двух диодов объединены и являются вторым выходным выводом выпрямителя, аноды двух оптронных тиристоров объединены и являются первым выходным выводом выпрямителя, одни выводы резисторов объединены и являются первым выводом управляющего входа выпрямителя, вторые выводы резисторов соединены с катодными выводами управляющего входа соответствующих оптронных тиристоров, анодные выводы управляющего входа которых объединены и являются втсрым выводом управляющего входа выпрямителя, катод первого оптронного тиристора соединен с анодом первого диода и является первым входным выводом выпрямителя, катод второго оптронного тиристора соединен с анодом второго диода и является вторым входным выводом выпрямителя.! I

Ф г

О

lip

О Ь

tf ь™

ubx

1735827

1735827

1735827

T,C

Составитель В,Прямицын

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор С,Пекарь

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

Заказ 1815 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. К-35, Раушская наб., 4/5