ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК H05B1/02 

Предложение относится к электротермии и может быть использовано в системах электроотопления, в мощных электронагревательных приборах, в электрокалориферах, где необходимо ступенчатое регулирование выделяемой мощности.

Известно электронагревательное устройство, содержащее ленточный резистор, подключенный посредством коммутационного элемента к источнику электропитания.

Недостаток этого устройства связан с его неудовлетворительными свойствами, поскольку регулирование нагрева может осуществляться только путем периодического включения-отключения коммутационного элемента. Это сопровождается значительными пульсациями температуры нагревательного элемента и потребляемой мощности.

Этот недостаток устранен в электронагревательном устройстве, где последовательно в цепь резистора включен полупроводниковый преобразователь, например импульсный регулятор.

Однако недостаток такого устройства связан с его сложностью, что существенно ограничивает область его применения только особо ответственными устройствами.

Более пpостыми являются устройства для электрического нагрева, содержащие секции резисторов и коммутационные элементы, подключенные между источником электропитания и указанными секциями. В этом устройстве часть секций может быть отключена, что позволяет менять мощность нагрева ступенями. Возможно также переключение секций по схеме параллельно-последовательного соединения.

Недостатки этого устройства связаны с тем, что имеет место неравномерный нагрев секций, что неблагоприятно для большинства технологических процессов, где используется электронагрев. Кроме того, неравномерный нагрев снижает долговечность устройства.

В качестве пpототипа принято устройство, содержащее идентичные резисторные секции, соединенные последовательно и подключенные к источнику электропитания переменного тока, а также контакторы.

Недостаток прототипа связан с тем, что регулирование мощности нагрева осуществляется путем отключения или шунтирования секций, что влечет за собой неравномерность выделения тепла в устройстве. Это в свою очередь ведет к снижению надежности устройства.

Цель предложения обеспечение равномерности тепловыделения.

Цель достигается за счет того, что дополнительно на каждую пару последовательно соединенных резисторных секций предусмотрена цепочка из встречно-последовательно соединенных диодов, включенная параллельно указанной паре секций, причем общая точка диодов соединена с общей точкой шунтируемых ими резисторных секций посредством контактора.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предложенного устройства; на фиг.2 диаграмма регулирования мощности нагрева; на фиг.3 таблица переключения позиций регулирования мощности нагрева.

Предложенное устройство (фиг.1) содержит секции резисторов 1-4, имеющие электрические сопротивления R' и R''. Посредством контактора 5 эти секции подключены к источнику 6 переменного напряжения. Каждая пара последовательно соединенных идентичных секций 1, 2 и 3, 4 шунтирована цепочкой из встречно-последовательно соединенных диодов 7, 8 и 9, 10. Общая точка каждой пары последовательно соединенных диодов соединена с общей точкой резисторов посредством контактора 11 и 12.

Количество пар секций резисторов и соответственно диодов в устройстве может быть любым это зависит от требуемого числа ступеней регулирования нагрева.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии все контакторы выключены, резисторы 1-4 отключены от источника 6 нагрева нет. При включении только контактора 5 образуется цепь из последовательно соединенных резисторов 1-4, ее суммарное сопротивление
R = 2 R' + 2 R'', а выделяемая мощность нагрева
P U²/R , где U напряжение источника 6.

В рассматриваемом режиме, когда контакторы 11 и 12 выключены, диоды 7 10 не проводят ток и не влияют на работу устройства. При включении контактора 11 диод 7 шунтирует резистор 1, а диод 8 резистор 2. Ток i_≈ попеременно протекает то по резистору 1, то по резистору 2, аналогично приложено и переменное напряжение (фиг.2). При этом сохраняется симметричная по полупериодам загрузка источника 6, а
R = R' + 2 R''; P U²/R .

Аналогично, если включен контактор 12, а контактор 11 выключен, то напряжение попеременно приложено к резисторам 3 и 4, так что
R = 2R' + R''; P U²/R .

Если включить оба контактора 11 и 12, то
R = R' + R''; P U²/R .

При этом все резисторные секции участвуют в работе и в каждой из пар резисторов 1, 2 и 3, 4 мощность нагрева распределяется поровну. На фиг.3 показана таблица регулирования суммарного сопротивления контакторами 11 и 12, где выключено, х включено.

В качестве примера рассмотрим электрокалорифер вагона, питаемый переменным напряжением U 600 В. Использованы секции R' 10 Ом, R'' 20 Ом. Согласно таблице на фиг.3 получаем ступени R 60 50 40 30 Ом, которым соответствуют ступени мощности Р 6 7,2 9 12 кВт.

Таким образом, обеспечиваются равномерные ступени нагрева при нагрузке всех секций, что и определяет эффективность данного предложения.

Сущность изобретения: резисторы 1 - 4 через контактор 5 подключены к источнику 6 переменного тока и попарно шунтированы диодами. Средняя точка каждой пары диодов соединена со средней точкой соответствующей пары резисторов посредством контактного элемента. 3 ил.

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее идентичные резисторные секции, соединенные последовательно и подключенные к источнику электропитания переменного тока, а также контакторы, отличающееся тем, что дополнительно на каждую пару последовательно соединенных резисторных секций предусмотрена цепочка из встречно последовательно соединенных диодов, включенная параллельно указанной паре секций, причем общая точка диодов соединена с общей точкой шунтируемых ими резисторных секций посредством контактора.