Устройство управления нагревателем в упаковочной машине

 

Использование: в оборудовании для расфасовки и упаковки продуктов в пакеты из термопластичного материала, а именно в качестве устройства для управления нагревателем в упаковочных машинах, в частности в молокоразливочном автомате. Сущность изобретения: устройство содержит нагреватель, источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, включающий силовой блок, стабилизированный выпрямитель и блок фазового управления с фазосдвигающим конденсатором. Блок фазового управления включает в себя регулируемый источник опорного напряжения, компаратор и подключенные параллельно фазосдвигающему конденсатору блок заряда и блок управления разрядом конденсатора. Устройство обеспечивает линейность регулировки напряжения на нагревателе, стабильность температуры нагревателя, независимость ее от колебаний напряжения сети, а также регулировку температурного режима. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к оборудованию для расфасовки и упаковки продуктов в пакеты из термопластичного материала и может быть использовано в качестве устройства для управления нагревателем в упаковочных машинах, в частности в молокоразливочном автомате.

Известно устройство управления нагревателем для сварки ленты в упаковочной машине, содержащее нагреватель, источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора с фазовым управлением, позиционный регулятор температуры, фазосдвигающий конденсатор.

Известен автомат для изготовления, наполнения продуктом и запечатывания пакетов из ленточного термопластичного материала, имеющий наибольшее число сходных признаков с заявляемым устройством и содержащее нагреватель, источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением и включающий силовой блок и блок управления, снабженный выпрямителем, стабилизатором и блоком фазового управления с фазосдвигающим элементом.

Недостатки известных устройств нестабильность температуры нагревателя, обусловленная тем, что напряжение на нагревателе зависит от перепадов напряжения сети, а также нелинейность регулированной характеристики. Устройства не надежны в работе в крайних точках диапазона регулирования напряжения на нагревателе.

Цель изобретения повышение стабильности температуры нагревателя и надежности работы устройства во всем диапазоне регулирования и улучшение регулировочной характеристики.

Для достижения поставленной цели в устройстве управления нагревателем в упаковочной машине, содержащем нагреватель, источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, включающий силовой блок и блок фазового управления с фазосдвигающим конденсатором, блок фазового управления снабжен источником опорного напряжения, компаратором и подключенными параллельно фазосдвигающему конденсатору блоком заряда и блоком управления разрядом конденсатора. Первый вход компаратора подключен к фазосдвигающему конденсатору, второй вход связан с источником опорного напряжения, а выход соединен с входом силового блока.

Блок заряда выполнен в виде электронного ключа, содержащего транзистор с конденсатором в цепи эмиттера, вход ключа через делитель напряжения подключен к выпрямителю, а выход соединен с фазосдвигающим конденсатором и входом блока управления разрядом конденсатора, выполненного в виде управляемого источника тока с подстроечным регулятором в цепи питания. Компаратор выполнен в виде порогового элемента с положительной обратной связью к цепи которой подключен регулируемый источник опорного напряжения. Устройство дополнительно снабжено переключателем, подключенным между дополнительным входом силового блока и общей шиной.

Выполнение блока фазового управления в виде источника опорного напряжения, компаратора, фазосдвигающего конденсатора и подключенных параллельно ему блока заряда и блока управления разрядом фазосдвигающего конденсатора обеспечивает линейность регулировочной характеристики выходного напряжения силового блока и стабильность температуры нагревателя, т.к. среднее напряжение питания нагревателя в предлагаемом устройстве не зависит от изменения напряжения сети. Это обеспечивается тем, что напряжение на фазосдвигающем конденсаторе изменяется по закону изменения среднего напряжения прикладываемого к нагревателю, с изменением угла отсечки для каждого полупериода сетевого напряжения. При изменении амплитуды сетевого напряжения, изменяется и угол отсечки компенсируя это изменение так, что среднее напряжение на нагревателе остается постоянным. Величина среднего напряжения на нагревателе устанавливается с помощью источника опорного напряжения.

Выполнение блока заряда в виде транзисторного ключа с конденсатором в цепи эмиттера обеспечивает заряд фазосдвигающего конденсатора до напряжения пропорционально максимально возможному среднему напряжению на нагревателе, а также простоту устройства и надежность его работы.

Выполнение компаратора в виде порогового устройства с положительной обратной связью (триггер Шмидта) также обеспечивает простоту и надежность конструкции. Выполнение блока управления разрядом конденсатора как управляемого источника тока с подстроечным резистором в цепи питания позволяет компенсировать нестабильность параметров элементов, повышает точность работы устройства, обеспечивая необходимый разряд фазосдвигающего конденсатора в конце каждого полупериода сетевого напряжения.

Подключение переключателя между дополнительным входом силового блока и общей шиной, повышает технологичность устройства, позволяя отключать при необходимости нагреватель, используя в качестве указанного переключателя маломощные ключи.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.3 и 4 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство управления нагревателем в упаковочной машине содержит силовой блок 1 с нагревателем 2, переключатель 3, блок 4 управления, включающий выпрямитель 5 и блок 6 фазового управления. Блок 6 фазового управления содержит фазосдвигающий конденсатор 7, подключенный параллельно блоку 8 заряда и блоку 9 управления разрядом конденсатора, а также компаратором 10, соединенный первым входом с фазосдвигающим конденсатором 7, а вторым входом с источником 11 опорного напряжения. Блок 8 подготовки содержит делитель напряжения, выполненный на резисторах 12 и 13, подключенных к выпрямителю 5, и соединенный через диод 14, резисторы 15 и 16 с базой транзистора 17, в цепь эмиттера которого подключен конденсатор 18. Блок 9 управления разрядом конденсатора выполнен в виде управляемого источника тока на транзисторах 19, 20, 21, при этом база транзистора 19 связана с коллектором транзистора 21 и через резистор 22 и подстроечный резистор 23 подключена к шине питания. Компаратор 10 содержит транзисторы 24, 25 и резисторы 26-30, соединенные по схеме триггера Шмидта. Источник 11 опорного напряжения содержит стабилитрон 31, резистор 32 и переменный резистор 33. Силовой блок 1 содержит симистор 34 и усилитель тока, выполненный на транзисторах 35, 36, резисторах 37-40 и снабженный светодиодом 41.

Устройство работает следующим образом.

В начале полупериода сетевого напряжения (t_о) симистор 34 закрыт, транзистор 17 блока 8 заряда открыт и конденсатор 7 через блок 8 быстро заряжается до напряжения U_с1 (фиг.3а) заряда конденсатора 18. По мере увеличения напряжения на выходе выпрямителя 5, транзистор 17 закрывается и конденсатор 18 вновь начинает заряжаться. Одновременно открываются транзисторы 19.21 и конденсатор 7 начинает разряжаться через блок 9 управления разрядом по закону изменения среднего напряжения на выходе выпрямителя 5 U_в1 (фиг.3б). В момент времени t₁, когда напряжение на конденсаторе 7, подаваемое на первый вход компаратора 10 станет равным опорному напряжению U_оп, подаваемому на второй вход компаратора 10 с выхода источника 11, компаратор 10 вырабатывает сигнал, который подается на вход силового блока 1 и открывает симистор 34, сформированный таким образом угол фазовой отсечки Q₁ (фиг.3в) определяется начальным напряжением заряда конденсатора 7 (U_с1), скоростью его разряда и величиной опорного напряжения U_оп. С помощью подстройки резистора 23 устанавливается такой режим работы управляемого источника тока (транзисторы 19-21), чтобы только к концу полупериода сетевого напряжения конденсатор 7 был полностью разряжен.

При изменении напряжения сети, например при его увеличении (показано пунктирной линией) с U_≈1 до U_≈2, изменяется напряжение на выходе выпрямителя 5 (до U_в2), а, следовательно, и напряжение заряда конденсатора 7 оно станет равным U_с2. Но при разряде конденсатора 7, напряжение на нем станет равным опорному напряжению U_оп в момент времени t₂. И в момент t₂ компаратор 10 сформирует сигнал для запуска силового блока 1, т.е. изменится величина угла проводимости, скомпенсировав тем самым увеличение напряжения сети. Таким образом, напряжение на нагрузке (нагревателе 2) остается неизменным при изменении сетевого напряжения.

Предлагаемое устройство позволяет при необходимости регулировать напряжение, подаваемое на нагревателе 2, устанавливая нужную величину опорного напряжения U_оп при помощи переменного резистора 33. Для эффективной работы устройства, для обеспечения полного диапазона регулирования угла отсечки, необходимо выполнение условия U_c ≅U_ст, где U_с напряжение начального заряда фазосдвигающего конденсатора 7.

U_ст напряжение стабилизации стабилитрона 31.

Если U_c > U_ст и опорное напряжение U_оп U_опmax U_ст, то в диапазоне регулирования угла отсечки будет присутствовать зона нечувствительности 0 Θ ^о (фиг. 4). В то же время при U_c << U_ст не полностью будет использован токопроводящий участок переменного резистора 33.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает линейность регулировки напряжения на нагревателе, стабильность температуры нагревателя, независимость ее от колебаний напряжения сети, а также, при необходимости, регулировку температурного режима.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЕМ В УПАКОВОЧНОЙ МАШИНЕ, содержащее источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, включающий силовой блок и блок фазового управления с фазосдвигающим конденсатором, отличающееся тем, что блок фазового управления снабжен источником опорного напряжения, компаратором и подключенными параллельно фазосдвигающему конденсатору блоком заряда и блоком управления разрядом конденсатора, при этом первый вход компаратора подключен к фазосдвигающему конденсатору, второй вход связан с источником опорного напряжения, а выход соединен с входом силового блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено делителем напряжения и выпрямителем, а блок заряда выполнен в виде электронного ключа, содержащего транзистор с конденсатором в цепи эмиттера, вход ключа через делитель напряжения подключен к выпрямителю, а выход соединен с фазосдвигающим конденсатором и входом блока управления разрядом конденсатора, выполненного в виде управляемого источника тока с подстроечным резистором в цепи питания, при этом компаратор выполнен в виде порогового элемента с положительной обратной связью, к цепи которой подключен регулируемый источник опорного напряжения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено переключателем, подключенным между дополнительным входом силового блока и общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4