ТАЙМЕР ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЯХ Российский патент 2005 года по МПК F25D21/08 H01H43/14 

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для периодических включений исполнительных устройств автоматики переменного тока, например, холодильных устройств.

Известен таймер (патент РФ №2167463, пр. 03.04.2000 г.), содержащий источник питания, счетчик времени, нагреватель, датчик окончания оттайки, компрессор, трехконтактное реле, подвижный контакт которого подключен к второму полюсу источника питания, счетный вход счетчика времени через нагреватель соединен со вторым неподвижным контактом реле и через датчик окончания оттайки соединен с первым полюсом источника питания, общий вывод счетчика времени соединен с первым неподвижным контактом реле и через компрессор соединен с первым полюсом источника питания, а вывод - с первым выводом обмотки реле, при этом второй вывод обмотки реле подключен к второму полюсу источника питания через дополнительно включенную управляющую цепь, представляющую собой последовательно соединенные пороговый элемент, выпрямитель и первый балластный резистор, входы выпрямителя включены между неподвижными переключающими контактами трехконтактного электромагнитного реле через второй балластный резистор.

Резисторы в известной схеме таймера являются гасящими элементами и предназначены для гашения напряжения источника питания. При этом основная функция второго балластного резистора - накопление энергии на выходе выпрямителя, достаточной для срабатывания реле.

В результате срабатывания реле (при переключении его подвижных контактов из положения “а” в положение “б”) параллельно второму балластному резистору подключается первый балластный резистор, основная функция которого заключается в обеспечении совместно со вторым балластным резистором удержания реле в сработанном состоянии.

Недостатком известной схемы таймера являются значительные потери энергии на выходе выпрямителя, связанные с тем, что при нахождении подвижных контактов реле в первоначальном положении - “а” (до срабатывания реле), первый балластный резистор оказывается подключенным параллельно выпрямителю, т.е. первый балластный резистор шунтирует выпрямитель. При этом через первый балластный резистор происходит утечка тока, питающего выпрямитель. Чем ниже значение сопротивления первого балластного резистора, тем больше ток утечки, проходящий через данный резистор.

При повышении значения сопротивления первого балластного резистора снижаются возможности по удержанию трехконтактного реле в сработанном состоянии (положение “б” подвижного контакта реле). В положении “б” подвижного контакта реле первый и второй балластные резисторы включаются параллельно, поэтому при значительных величинах сопротивления первого балластного резистора значение тока на выходе выпрямителя может быть недостаточно для удержания реле.

Таким образом, величина сопротивления первого балластного резистора зависит от величины сопротивления второго балластного резистора и от величины тока, необходимого для удержания реле. Т.е. выбор каждого из указанных схемных элементов зависит друг от друга и ограничен друг другом.

Кроме того, нормальное функционирование и работоспособность известного таймера обеспечиваются только в том случае, если выпрямитель, питающий обмотку реле, выполнен двухполупериодным, т.е. работает в каждый полупериод сетевого напряжения. При этом связь второго входа выпрямителя с первым неподвижным контактом реле необходима для того, чтобы обеспечить двухполупериодный режим работы выпрямителя.

При использовании в схеме таймера оттайки двухполупериодного выпрямителя расположение гасящих элементов относительно элементов схемы, в частности выпрямителя, строго определено. Второй гасящий элемент обязательно должен быть включен между первым входом выпрямителя и вторым неподвижным контактом реле, а первый гасящий элемент обязательно должен быть включен между первым входом выпрямителя и вторым полюсом источника питания. Только при таком расположении гасящих элементов каждый из них будет выполнять свою функцию, а именно: второй гасящий элемент обеспечит уровень напряжения на выходе выпрямителя, необходимое для срабатывания реле, а первый гасящий элемент совместно с первым - будут удерживать реле в сработанном состоянии.

При ином расположении гасящих элементов относительно выпрямителя функционирование таймера будет нарушено, т.к. гасящие элементы не будут в этом случае выполнять свои функции - обеспечения срабатывания реле и удержания его в сработанном состоянии.

Таким образом, известный таймер будет являться работоспособным, а каждый гасящий элемент выполнять свою функцию только при таком их расположении, как указано в формуле и описании таймера по патенту №2167463.

Строгая заданность месторасположения элементов схемы снижает возможность изменения габаритов схемы таймера, снижает возможность маневра в отношении габаритов таймера в случае, если таймер необходимо встраивать в уже готовые объекты. Кроме того, использование двухполупериодного выпрямителя определяет значительные габариты известной конструкции таймера.

Кроме того, известный таймер может быть использован в холодильных устройствах, электрическая схема которых предусматривает подключение общего вывода счетчика времени к неподвижному контакту электромагнитного реле, например, в морозильниках “STINOL”-106, 112.

Использование известной по патенту №2167463 схемы таймера в холодильных устройствах другого типа (электрическая схема которых предусматривает подключение общего вывода счетчика времени к подвижному контакту реле, например, холодильники "DAEWOO", модели FR-3501, 3502, 3503, FR-3801, 3802, 3803) невозможно. Простое переключение общего вывода счетчика времени на подвижный контакт электромагнитного реле не обеспечит заданный алгоритм работы схемы, т.к. таймер при таком подключении будет считать время работы компрессора и время паузы после оттайки независимо от положения контактов датчика оттайки (напряжение на счетчик времени будет подаваться в обоих положениях подвижного контакта реле).

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, - расширение арсенала технических средств, относящихся к таймерам холодильных устройств, снижение потребления электроэнергии за счет снижения ее потерь в процессе работы таймера, повышение степени универсальности таймера; а также - минимизация размеров и повышение степени маневренности в отношении габаритов таймера.

Поставленная задача решается тем, что в таймере холодильных устройств на однополупериодных выпрямителях, содержащем источник питания, счетчик времени, нагреватель, датчик окончания оттайки, компрессор, первый и второй однополупериодный выпрямитель, первый и второй гасящий элементы, трехконтактное реле, подвижный контакт которого подключен к второму полюсу источника питания; общий вывод счетчика времени соединен со вторым полюсом источника питания; счетный вход счетчика времени через датчик окончания оттайки соединен со вторым неподвижным контактом реле и через нагреватель соединен с первым полюсом источника питания; выход счетчика времени связан со вторым неподвижным контактом реле через две соединенные последовательно цепи, образованные, с одной стороны (первая цепь), - обмоткой реле и пороговым элементом и, с другой стороны (вторая цепь), - первым выпрямителем и первым гасящим элементом; выход счетчика связан с первым неподвижным контактом реле также через две соединенные последовательно цепи, образованные, с одной стороны (первая цепь), - обмоткой реле и пороговым элементом и, с другой стороны (третья цепь), - вторым выпрямителем и вторым гасящим элементом.

При решении поставленной задачи стояла проблема - использовав два однополупериодных выпрямителя вместо одного двухполупериодного, создать работоспособный таймер, конструкция которого минимизирована, имеет высокую степень маневренности по габаритам, применимый в схемах холодильных устройств, в которых общий вывод счетчика времени подключен к подвижному контакту реле.

Такая возможность обеспечена предлагаемой конструкцией таймера.

Таймер включен в систему оттайки холодильника.

При подаче напряжения сети подвижный контакт реле замкнут на первый неподвижный контакт.

От второго полюса источника питания ток через счетчик времени и нагреватель, поступает к первому полюсу источника питания, обеспечивая работу счетчика времени, который начинает отсчитывать время работы компрессора, пропорциональное числу колебаний питающей сети (или внутреннего генератора тактовых импульсов). При этом нагреватель не работает, т.к. его внутреннее сопротивление значительно меньше внутреннего сопротивления счетчика времени. Одновременно ток через нормально замкнутый первый неподвижный контакт “а” реле поступает на компрессор и далее - к первому полюсу источника питания. Компрессор работает, счетчик времени считает время работы компрессора. После набора холода замыкаются контакты датчика окончания оттайки, ток начинает течь по контуру от второго полюса источника питания через счетчик времени, обмотку реле, пороговый элемент, первый выпрямитель, первый гасящий элемент, датчик оттайки, нагреватель к первому полюсу источника питания. При этом нагреватель не работает, поскольку контакты реле находятся в положении “а”, при котором работает компрессор. При прохождении тока через первый гасящий элемент начинается переходный процесс установления выходного напряжения первого выпрямителя. После достижения напряжения на выходе первого выпрямителя значения достаточного для надежного срабатывания реле, открывается пороговый элемент и подается напряжение питания на второй контакт обмотки реле. Срабатывание реле и переключение контактов в положение “б” произойдет при условии подачи на первую обмотку катушки реле необходимого напряжения с выхода счетчика времени, соответствующего заданному интервалу времени.

При переключении контактов в положение “б”, поскольку контакты датчика оттайки замкнуты, включается нагреватель, начинается оттайка холодильника. При этом ток течет по цепи: от второго полюса источника питания через замкнутые контакты датчика оттайки, нагреватель к первому полюсу источника питания.

Одновременно через второй гасящий элемент подается напряжение на входы второго выпрямителя, на выходе которого устанавливается выходное напряжение. При этом компрессор не работает, а ток течет по цепи: второй полюс источника питания, счетчик времени, обмотка реле, пороговый элемент, второй выпрямитель, второй гасящий элемент, компрессор, первый полюс источника питания. При нахождении контактов реле в положении “б” первый выпрямитель и первый гасящий элемент не работают, т.к. вся цепь, образованная счетчиком времени, обмоткой реле, пороговым элементом, первым гасящим элементом и первым выпрямителем оказывается закороченной замкнутыми контактами датчика окончания оттайки. При нахождении контактов в положении “б” счетчик времени перестает работать, т.к. на его счетном входе отсутствует сигнал.

Когда оттайка произошла, при достижении заданной температуры контакты датчика окончания оттайки размыкаются. Через счетчик времени идет ток (по цепи: второй полюс источника питания, счетчик времени, нагреватель, первый полюс источника питания) и происходит отсчитывание паузы после оттайки, когда и компрессор, и нагреватель не работают, т.к. внутреннее сопротивление счетчика времени значительно больше сопротивления компрессора и нагревателя.

По окончании паузы счетчик времени переходит в исходное состояние, снимается напряжение с первого вывода обмотки реле, и контакты реле переключаются в положение “а”, цикл повторяется.

Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения будет обеспечена работа в необходимом (заданном) режиме таймера в целом.

При этом не имеет значение то, в какой последовательности относительно неподвижных контактов реле и цепи из последовательно соединенных обмотки реле и порогового элемента включены выпрямители и гасящие элементы. При любом расположении соответствующих гасящих элементов и выпрямителей относительно неподвижных контактов реле и цепи из последовательно соединенных обмотки реле и порогового элемента ток в соответствующие периоды работы таймера всегда будет протекать или через первый, или через второй гасящие элементы. В любой период работы таймера и полупериод напряжения питающей сети или первый, или второй гасящие элементы будут выполнять свою функцию - гашения излишнего напряжения.

При использовании однополупериодных выпрямителей получили возможность варьировать взаимное расположение выпрямителя и гасящего элемента. Это важно с точки зрения конструктивного выполнения таймера при жестких ограничениях в объеме устройства. Возможность такого маневра позволяет достичь более плотной компоновки схемы таймера, особенно учитывая, что гасящие элементы (особенно, если в их роли выступают резисторы) должны быть разнесены относительно друг друга с точки зрения соблюдения требований безопасности.

Таким образом, использование в схеме таймера вместо одного двухполупериодного выпрямителя двух однополупериодных обеспечит возможность варьирования местоположением элементов схемы относительно друг друга, что позволит в значительной степени при соблюдении всех требований безопасности более плотно расположить элементы относительно друг друга, обеспечив, тем самым дополнительные возможности по снижению габаритов таймера.

Введение второго выпрямителя не привело к увеличению габаритов таймера по сравнению с прототипом, т.к. габариты выпрямителей значительно меньше габаритов гасящих элементов, а также габариты однополупериодных выпрямителей меньше габаритов двухполупериодных.

Поскольку оба выпрямителя работают поочередно, токи через оба гасящих элемента текут также поочередно при соответствующем положении подвижного контакта (“а” или “б”), не происходит потерь энергии, поступающей на вход каждого выпрямителя. Выбор величины основной характеристики каждого гасящего элемента обусловлен исключительно необходимостью обеспечения срабатывания реле и удержания его в сработанном состоянии. Такой выбор осуществляется для каждого гасящего элемента самостоятельно независимо от параметров другого гасящего элемента. Т.е. каждый выпрямитель и все остальные схемные элементы таймера работают в оптимальном режиме без непроизводительных потерь энергии.

В качестве гасящих могут быть выбраны такие элементы, которые обеспечивают гашение излишнего напряжения своим сопротивлением (активным или реактивным). При этом величина энергии, накапливаемой на выходе выпрямителя, обратно пропорциональна величине этого сопротивления.

Величина этого сопротивления является основной характеристикой гасящего элемента.

Выбор величины основной характеристики гасящих элементов определяется только необходимым временем срабатывания трехконтактного реле и величиной напряжения, при котором будет обеспечено удержание реле в сработанном состоянии. Выбор значений основных характеристик обоих гасящих элементов определяется только вышеуказанными условиями и не зависит от величины основной характеристики другого гасящего элемента, поскольку при работе таймера оба гасящих элемента не влияют друг на друга.

Таким образом, обеспечено снижение потерь энергии при работе таймера, а также обеспечивается его универсальность за счет того, что выбор схемных элементов (первого и второго гасящих элементов) определяется только их функциями и не зависит один от другого, что позволяет с меньшими ограничениями изменять некоторые характеристики таймера (например, время срабатывания реле после выдачи сигнала счетчика или потребления таймера в режиме работы компрессора) в зависимости от условий его использования.

Предлагаемая конструкция таймера предназначена для использования в типах холодильных устройств, электрическая схема которых предусматривает подключение общего вывода счетчика времени к подвижному контакту электромагнитного реле, например, холодильники "DAEWOO", модели FR-3501, 3502, 3503, FR-3801, 3802, 3803.

Из уровня техники не выявлено конструкций таймеров, характеризующихся заявленной совокупностью признаков, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности - “новизна”.

Заявленная совокупность признаков изобретения, которая обеспечивает достижение поставленной задачи, позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности - “изобретательский уровень”.

На чертеже представлена блок-схема таймера. Таймер содержит:

1. Счетчик времени.

2. Трехконтактное электромагнитное реле.

3. Пороговый элемент.

4. Выпрямитель 1 питания.

5. Выпрямитель 2 питания.

6. Резистор 1.

7. Резистор 2.

8. Переключающие контакты трехконтактного электромагнитного реле.

9. 10, 11. Элементы периодического включения управляемого устройства; (9 - нагреватель; 10 - датчик окончания оттайки; 11 - компрессор).

12. Первый полюс источника питания.

13. Второй полюс источника питания.

Подвижный контакт реле 2 подключен к второму полюсу источника питания 13. Счетный вход счетчика 1 времени через датчик 10 окончания оттайки соединен со вторым неподвижным контактом реле 2 и через нагреватель 9 соединен с первым полюсом 12 источника питания. Общий вывод счетчика 1 времени соединен с подвижным контактом 8 реле 2. Выход счетчика 1 соединен со вторым неподвижным контактом реле “б” через соединенные последовательно: обмотку реле 2, пороговый элемент 3, выпрямитель 4 и резистор 6. Кроме того, выход счетчика 1 соединен с первым неподвижным контактом “а” реле через соединенные последовательно: обмотку реле 2, пороговый элемент 3, второй выпрямитель 5 и резистор 7. Выпрямители 4 и 5 предназначены для питания обмотки реле 2; резисторы 6 и 7 выполняют функции гасящих элементов. Выпрямители 4 и 5 выполнены однополупериодными и обеспечивают протекание тока: выпрямитель 4 - от второго полюса 13 источника питания, счетчик 1 времени, обмотку реле 2, пороговый элемент 3, выпрямитель 4, резистор 6, датчик 10, нагреватель 9 к первому полюсу 12 источника питания; выпрямитель 5 - от второго полюса 13 источника питания, счетчик 1 времени, обмотку реле 2, пороговый элемент 3, резистор 7, выпрямитель 5, компрессор 11, первый полюс 12 источника питания.

Устройство работает следующим образом.

Таймер включен в систему оттайки холодильника.

При подаче напряжения сети подвижный контакт реле 2 находится в нормально-замкнутом состоянии "а" переключающих контактов 8.

От второго полюса 13 источника питания ток через счетчик времени 1 и нагреватель 9, поступает к первому полюсу 12 источника питания, обеспечивая работу счетчика времени 1, который начинает отсчитывать время работы компрессора 1. Одновременно ток через нормально замкнутый первый неподвижный контакт “а” реле поступает на компрессор 11 и далее - к первому полюсу 12 источника питания. Компрессор 11 работает, счетчик 1 считает время работы компрессора 11. После набора холода замыкаются контакты датчика 10 окончания оттайки, ток начинает течь по контуру от второго полюса 13 источника питания через счетчик 1, обмотку реле 2, пороговый элемент 3, первый гасящий элемент - резистор 6, первый выпрямитель 4, датчик 10, нагреватель 9 к первому полюсу 12 источника питания.

После достижения напряжения на выходе выпрямителя 4 значения, достаточного для надежного срабатывания реле, открывается пороговый элемент 3 и подается напряжение питания на второй контакт обмотки реле 2. Срабатывание реле 2 и переключение контактов в положение “б” произойдет при условии подачи на первую обмотку катушки реле 2 необходимого напряжения с выхода счетчика 1 времени, соответствующего заданному интервалу времени.

При переключении контактов в положение “б” ток течет по цепи: от второго полюса источника питания через замкнутые контакты датчика оттайки, нагреватель к первому полюсу источника питания; идет процесс оттайки холодильника.

Одновременно через второй гасящий элемент - резистор 7 подается напряжение на входы выпрямителя 5, на выходе которого устанавливается выходное напряжение. Ток течет по цепи: второй полюс 13 источника питания, счетчик 1, обмотка реле 2, пороговый элемент 3, выпрямитель 5, резистор 7, компрессор, первый полюс 12 источника питания.

Когда оттайка произошла, при достижении заданной температуры контакты датчика 10 размыкаются. Через счетчик 1 идет ток и происходит отсчитывание паузы после оттайки, когда и компрессор 11 и нагреватель 9 не работают.

По окончании паузы счетчик 1 переходит в исходное состояние, снимается напряжение с первого вывода обмотки реле 2, и контакты реле 2 переключаются в положение “а”, цикл повторяется.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для периодических включений исполнительных устройств автоматики переменного тока. Таймер содержит источник питания, счетчик времени, нагреватель, датчик окончания оттайки, компрессор, трехконтактное реле, два однополупериодных выпрямителя, первый и второй гасящие элементы. Общий вывод счетчика времени соединен со вторым полюсом источника питания. Счетный вход счетчика времени через датчик окончания оттайки соединен со вторым неподвижным контактом реле и через нагреватель - с первым полюсом источника питания. Выход счетчика времени связан с неподвижными контактами реле посредством трех цепей, образованных обмоткой реле и пороговым элементом, первым выпрямителем и первым гасящим элементом, вторым выпрямителем и вторым гасящим элементом. Изобретение обеспечивает минимизацию размеров таймера. 1 ил.

Таймер холодильных устройств на однополупериодных выпрямителях, содержащий источник питания, счетчик времени, нагреватель, датчик окончания оттайки, компрессор, первый и второй выпрямители, первый и второй гасящие элементы, трехконтактное реле, подвижный контакт которого подключен к второму полюсу источника питания, общий вывод счетчика времени соединен со вторым полюсом источника питания, счетный вход счетчика времени через датчик окончания оттайки соединен со вторым неподвижным контактом реле и через нагреватель соединен с первым полюсом источника питания, выход счетчика времени связан со вторым неподвижным контактом реле через две соединенные последовательно цепи, образованные с одной стороны (первая цепь) - последовательно соединенными обмоткой реле и пороговым элементом, и с другой стороны (вторая цепь) - последовательно соединенными первым выпрямителем и первым гасящим элементом, выход счетчика связан с первым неподвижным контактом реле также через две соединенные последовательно цепи, образованные с одной стороны (первая цепь) - последовательно соединенными обмоткой реле и пороговым элементом, и с другой стороны (третья цепь) - последовательно соединенными вторым выпрямителем и вторым гасящим элементом.