Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовало, например, в комплексах обработки кинопленки для стабилизации температуры химико-фотографических растворов , промывной воды и сушащего воздуха. Цель изобретения: увеличение точности регулирования при упрощении схемы и расширение области применения устройства на трехфазную нагрузку. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 температуры , тиристорный регулирующий элемент 2, трехфазный нагреватель 3, формирователи 4, 5 и 6 синхроимпульсов, интегрирующий усилитель 7, выполненный в виде операционного усилителя 8 с конденсатором 9 и резисторами 10 и 14, D-триггеры 11, 12, 13. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБЛик (1%) (! О (я)ю G 05 0 23/19

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

4 (ГОСПАТЕНТ СССР) г, ggggg

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (. м .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4853737/24 (22) 25.07.90 (46) 30.01.93. Бюл, ЬЬ 4 (75) В,.А. Годин и А.В. Шохин (56) 1. Авторское свидетельвтво СССР

N 1262466, кл, 6 05 0 23/20, 1986 г.

2. Авторское свидетельство СССР

hh 1076882, кл. G 05 О 23/19, 1984 (прототипи). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ . ТЕМПЕРАТУРЫ . (57) Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано, например, в комплексах обработки кинопленки для стабилизации температуры химико-фотографических растворов, промывной воды и сушащего воздуха, Цель изобретения: увеличение точности регулирования при упрощении схемы и расширение области применения устройства на трехфазную нагрузку. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 температуры, тиристорный регулирующий элемент

2, трехфазный нагреватель 3, формирователи 4, 5 и 6 синхроимпульсов, ийтегрирующий усилитель 7, выполненный в виде операционного усилителя 8 с конденсатором 9 и резисторами 10 и 14, D-триггеры 11, 12, 13, 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1791800

Изобретение относится к системам автоматического регулйрования и может быть использовано, например, в комплексах обработки кинопленки для стабилизации температуры химико-фотографических растворов, промывной воды и сушащего воздуха.

Известны системы автоматчческого регулирования температуры, содержащие датчйк температуры, электронный регулятор, тиристоры и нагреватель f1). В этих системах электронный регулятор содержит фазосдвигающее устройство, в результате действия которого изменяется фаза включения тиристора, что приводит к регулированию действующего значения тока в нагревателе и его температурного режима.

Однако при фазовом регулировании тиристоры излучают в сеть значИтельную радиопомеху, которая приводит к сбоям .в применяемых совместно цифровых вычислительных средствах.

Наиболее близким по технической сущйости являетСя устройство для регулирования, представляющее собой систему автоматичЕского регулирования температур ы (2).

Это устройство содержит датчик темпе-ратуры, тиристорный регулирующий элемент, "подключенный к нагревателю и формирователь синхроимпульсов, а также логическую схему управления. При этом обеспечивается поддержание заданной температуры периодическим включением тиристорного регулирующего элемента в начале периода напряжения питания, не создавая радиопомех.

Однако это техническое решение не лишено некоторых недостатков, таких как позиционный закон регулирования, что не позволяет получить высокую точность регулирования, а также ограниченная мощность однофазного нагревателя, т, к, включение мощного однофазного нагревателя приводит к перекосу фаз в трехфазной сети ограниченной мощности.

Цель изобретения — увеличение точности регулирования при.упрощении схемы и расширение области применения устройства на трехфазную нагрузку.

Поставленная .цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры; содержащее датчик температуры, тиристорный регулирующий элемент, подключенный к нагревателю, и формирователь синхроимпульсов, введены D-триггеры и интегрирующий усилитель, выходом связанный с 0-входом D-триггера, С-вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, э прямой выход со входом тиристорного регулирующего элемента и с первым информационным входом интегрирующего усилителя, второй информаци. онный вход которого соединен с выходом

5 датчика температуры.

Наиболее рационально применение изобретения для работы устройства на трехфазную нагрузку, при этом устройство содержит в каждой последующей фазе

10 D-триггер и подключенный к его С-входу формирователь синхроимпульсов, а также тиристорный регулирующий элемент, связанный с инвврсным выходом D-триггера, причем инверсный выход D-триггера первой

45

50 Сущность изобретения поясняется

25 фазы соединен с 0-входом D-триггера второй фазы, прямой выход которого соединен с 0-входом D-триггера третьей фазы.

Новые свойства в предлагаемом техническом решении проявляются 8 том, что интегрирующий усилитель совместно с

D-триггером, охваченные обратной связью, превращаются в пропорциональное звено, работа которого, кроме того, синхронизирована с Сетью сетевыми синхроимпульсами, поступающими на С-вход D-триггера. Получившийся однофазный регулятор проще прототипа, т,к, содержит меньше элементов, однако обеспечивает увеличение точно- сти регулирования, т.к. пропорциональный закон регулирования в системе обеспечивает большую точность, чем позиционный.

D-триггеры в интегральном исполнении выпускаются по несколько триггеров в одном корпусе, что использовано для получения дополнительного положительного эффекта — расширение функциональных возможностей за счет рациональногоуправления трехфазным регулирующим элементом при трехфазной нагрузке, причем это осуществляется почти без увеличения габаритов регулятора, Цепочка последовательно включенных триггеров передает сигнал со сдвигом на 1203 эл, град. Более того, эта схема имеет потенциальные возможности для ручного управления нагревом или, наоборот, выключения нагрева (при аварийной ситуации) за счет подачи дополнительных сигналов на S- или R-входы всех D-триггеров. чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для регулирования температуры.

Устройство содержит датчик 1 температуры, тирйсторный регулирующий элемент

2, подключенный к трехфазному нагревателю 3, который является обьектом регулирования, формирователи 4, 5 и 6 синхроимпульсав, интегрирующий усилитель 7, выполненный в вйде операционного

179 |800

25

35

45

1ах Т1.= (1о 1вх) Т?. усилителя 8 с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи и резисторами 10 и 14, подключенными к его входу, D-триггеры 11, 12 и 13.

Тиристорный регулирующий элемент 2 содержит силовые оптронные симметричные тиристоры 15; 16 и 17, Клемма 18 ручного включения нагрева и клемма 19 отключения нагрева.

Датчик 1 подключен ко второму информационному входу интегрирующего усилителя 7, выход которого соединен с D-входом

0-триггера 11, выход которого подключен к первому управляющему входу тиристорнаго регулирующего элемента 2 и одновременно к первому информационному входу интегрирующего усилителя. Выходы фо„";. :и- рователей 4, 5, 6 синхроимпульсов подключены к С-входам D-триггеров 11. 12., 13 соответственно, инверсный выход первого

D-триггера 11 соединен с 0-входом второго

D-триггера 12, выход которого соединен с

D-входом третьего D-триггера 13, а инверсные выходы 0-триггеров 12 и 13 подключены ко второму и третьему управляющим входам тиристорного регулирующего элемента 2.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

Формирователи 4, 5 и 6 вырабатывают синхроимпульсы из напряжения трехфазной питающей сети s момент прохождения напряжения через ноль, причем синхроимпульсы формирователя 5 сдвинуты на. 120 эл.град. по отношению к импульсам формирователя 4, а формирователя 6 — на 120 эл.град, по отношению к импульсам формирователя 5, Выходное напряжение датчика 1 температуры, имеющее отрицательную полярность, инвертируется интегрирующим усилителем 7, постепенно повышаясь до уровня срабатывания D-триггера 11 по Dвходу. Однако срабатывание 0-триггера 11 происходит не в этот момент, а при появлении на его С-входе ближайшего синхроимпульса, который, опрокидывает D-триггер, на выходе которого появляется сигнал высокого уровня, в результате чего открывается оптронный тиристор 15 и на нагреватель 3 подается напряжение первой фазы питающей сети.

Одновременно на инверсном выходе 0триггера 11 сигнал высокого уровня сменился на нулевой, и второй О-триггер.12 будет оп рокинут через 120 эл.град. синхроимпульсов формирователя 5, на инверсном выходе

0-триггера 12 появится сигнал высокого уровня, в результате чего откроется оптронный тиристор 16 и на нагреватель 3 подает; ся напряжение второй фазы, а нэ неинверсном выходе D-триггера 12 сигнал высокого уровня сменится на нулевой, в результаге чего с D-триггером 13 произойдет 1о же самое, что и с 0-триггером 12, только с запаздыванием еще на 120 эл.град., и откроется оптронный тиристор 17, что приведет к появлению третьей фазы напряжения на нагревателе 3.

Одновременно при первом срабатывании D-триггера 11 его выходное напряжение высокого уровня подается нэ резистор 14, Если до этого момента конденсатор 9 заряжается только через сопротивление 10, го с этого момента времени он стал одновременно разряжаться через резистор 14.

Напряжение на выходе интегрирующего усилителя станет уменьшаться, и постепен:-о уменьшится до нулевого уровня, при ко ором ближайший синхроимпульс формир ователя 4 переведет D-триггер 11 в состояние нулевого уровня на выходе. В результате этога закроется оптронный тиристор 15, и нагреватель 3 перестанет получать энергию из первой фазы сетевого напряжения, а конденсатор 9 опять начнет заряжаться. Одновременно с этим на инверсном выходе D-триггера 11 появится сигнал высокого уровня, что через 120 эл.град. приведет к переключению D-триггера 12 и выключеник1 оптронного тиристора 16 и второй фазы (в момент прихода ближайшего синхраимпульса от формирователя 5). Аналогично произойдет переключение 0-триггера 13 и выключится оптронный тиристор

17 и третья фаза напряжения, По мере заряда и разряда конденсатора

9 D-триггеры будут то включаться, то выключаться.

Соотношение времен включенного и выключенного састоян11й D- р ггерав, а соответственна, и т. ристорнага регулирующего элемента 2 определяет среднюю энергию, выделяемую в нагревателе 3 и, естественно, температуру его нагрева

Посмотрим, по какому закону регулирования работает предложенная система, Конденсатор 9 в процессе работы то заряжается то разряжается до одних и тех же уровней напряжения, Следовательно, величина электрического заряда, принимаемого и отдаваемого конденсатором, одна и тэ же и определяется произведением тока на время его протекания; где Т1 — время заряда конденсатора;

Тг — время разряда конденсатора;

1791800

1„входной ток интегрирующего уси.Нтеля через сопротивление Рвх резистора 10

U!:õ

1вх—

Rex

l — входной ток интегрирующего усилите:,я через сопротивление Яо резистора 14.

Из равенства (1) получаем отношенге времен заряда и разряда, выраженное ле риаз отношение токов:

Т1 lo l вх 1о

Г2 1вх lax

Коэффициент заполнечия К периодической последовательности выходных импульсов D-триггера 11 может быть выражен через эти токи:

Т2 Т2

Т1+Т2 (Т1 +1)Т .

Т2

1 ) — +1T2

Т1

Т2

Заменим в этом выражении отноше.;ие времен на отношение токов из уравнения (2):

1 1вх — — 1+1

lo 1о

1вх

В полученном окончательном уравнении (4) коэффициент заполнения прямо пропорционален входному току интегрирующего усилителя.

Таким образом, при охвате отрицательной обратной связью через резистор

14 последовательно включенных интегрирующего усилителя и 0-триггера, коэффициент заполнения выходных импульсов

D-триггера прямо пропорционален входному сигналу, Следовательно, система работает по пропорциональному закону регулирования, обеспечивая при этом более точную стабилизацию температуры и лучшее качество переходных процессов, чем это может быть достигнуто прототипом, и в то же время ее функциональные возможности шире за счет того, что предлагаемое техническое решение позволяет применять более мощные

10 первым информационным входом интегрирующего усилителя, второй информацион40 ный "вход которого соединен с выходом датчика температуры.

30 трехфазные нагреватели в качестве объекта регулирования и не допускать при этом перекоса фаз.

Дополнительные удобства эксплуата: йи дает наличие у D-триггеров R- u S-входов управления, которые объединены и выведены на клеммы 18 и 19, В рабочем состоянии системы на эти клеммы подается напряжение нулевого потенциала. Пои необходимости ручного управлени нь ревом на клемму 18 подается напряжение высокого потенциала. А при аварийных ситуациях, когда нагрев необходимо отключить, напряжениe высакого уровня подается на клемму

19.

Предла-гаемо е техническое решение при сохранении положительных свойств прототип —" отсутствйе излучения радиопомех, — позволяет упростить схему управления, и;"в то же время, увеличить точноСть регулирования системы при однофазной нагрузке, а также расширить область применения "за счет возможности включения трехфазной нагрузки.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования темпеятуры, содержащее датчик температуры. тиристорный регулирующий элемент, подключенный к нагревателю, и формирователь сйнхроимпульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности регулирования, в устройство введены D-триггеры, интегрирующий усилитель, выходом связанный с D-входом О-триггера, С-вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, а прямой выход — с входом тиристорного регулирующего элемента и с

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения устройства на трехфазную на; рузку, оно содержит в каждой последующей фазе 0-триггер и подключенный к его

С-входу формирователь синхроимпульсов, а также тиристорный регулирующий элемент, связанный с инверсным выходом D-триггера, причем инверсный выход D-триггера первой фазы соединен с D-входом D-триггера второй фазы, прямой выход которого соединен с D-входом D-триггера третьей фазы.