Устройство для регулирования температуры Советский патент 1989 года по МПК G05D23/24 

Изобретение относится к автоматике и,в частности,к устройствам для регулирования температуры с использованием резистивных термочувствительных элементов, и может быть использовано в различных отраслях хозяйства.

Цель изобретения - снижение энергопотребления .

На фиг.I приведена схема устройства; на фиг.2 - то же, с различным выполнением термочувствительного триггерного элемента; на фиг.З - то же, вариант.

Устройство содержит тиристор 1, нагрузку 2,термочувствительный триггерный элемент 3, первый диод 4,второй диод 5, резистор 6, конденсатор 7, стабилитрон 8, шины сети переменного тока 9 и 10, термочувствительный триггерный элемент в одном из вариантов выполнения содержит термочувствительный делитель напряжения 11, pea лизованный на терморезисторе 12 и переменном резисторе 13, делитель напряжения 14 на резисторах 15, 16, несимметричный триггер 17 на ключевых элементах (транзисторах) 18 и .19. Кроме того, в состав термочувствительного триггерного элемента вхо- ди-т параллельная RC-цепь 20. .

СО

00

со

00

В другом варианте выполнения термочувствительный триггерный элемент также содержит термочувствительный делитель напряжения 1 1 , делитель напр яжения 14, но вместо несимметричного тоиггера 17 в него введен двух- каскадный усилитель постоянного С тока 21 с каскадами 22 и 23 и допол-: нительный резистор 24.

Устройство работает следующим образом,

В исходном состоянии при подключении его к сети переменного тока напряжение на базе транзистора 18, определяемое сопротивлениями задатчика температуры 13 и датчика температуры 12, меньше напряжения порога переключения несимметричного триггера 17, поэтому при превышении положительной полуволной напряжения нулевого уровня до величины напряжения стабилизации (приблизительно 5-15 В) стабилитрона 8 несимметричный триг- гер переключается в состояние, ког- да транзисторы выходного каскада 19 открыты, а транзистор 18 закрыт, при этом накопительный конденсатор 7 разряжается в управляющий переход тиристора 1, тиристор открывается

и подключает на положительный полупериод нагрузку 2 к шинам 9 и 10 сети переменного тока.

При дальнейшем превышении полоуправляющим импульсом накопительный конденсатор 7 сначала заряжается до величины напряжения стабилизации стабилитрона 8, а в конце положительного полупериода в результате переключения несимметричного триггера (так как потенциал выхода резистивного делителя уменьшается до порога переключения несимметричного триггера) частично разряжается до момента окончания положительного полупериода, так как в отрицательный полупериод вход синхронизации термочувствительного триггерного элемента 3 обесточивается и транзисторы выходного каскада 19 выключаются..Емкость конденсатора 7 рассчитывается так, чтобы в начале следующего положительного полупериода напр;1жения частично разряженного конденсатора 7 было достаточно для обеспечения требуемой величины амплитуды н длительности импуль-- са управления тиристором 1.

При повьппении температуры контролируемой среды сопротивление датчика температуры 12 уменьшается и потенциал выхода термочувствительного делителя 11 возрастает, при зтом напряжение на базе транзистора 18, определяемое суммой сигналов, снимаемых с выходов термочувствительного 1I и резистивного 14 делителей, возрастает, и момент переключения несиммет-

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры. Целью изобретения является снижение энергопотребления. Устройство содержит термочувствительный триггерный элемент, управляющий работой тиристора, включенного последовательно с нагрузкой в сеть переменного тока, и снижает энергопотребление за счет наличия параллельно соединенных стабилитрона и конденсатора, подключенных параллельно входу питания триггерного элемента, а также связей его входов управления и синхронизации с сетью через соответствующие диоды и резистор. При этом термочувствительный триггерный элемент может быть реализован как на несимметричном триггере и термочувствительном и резистивном делителях, так и на двухкаскадном усилителе постоянного тока, охваченном цепью положительной обратной связи, на термочувствительном делителе напряжения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

жительной полуволной напряжения нуле-35 ричного триггера 17 в конце положивого уровня потенциал выхода (-средней точки) резистивного делителя 14, выполненного на резисторах 15 и 16, возрастает и достигает порога пере- ключения несимметричного триггера, в результате чего транзисторы выходного каскада 19 закрываются, а транзистор 18 открывается, при этом процесс переключения происходит скачкообразно благодаря наличию цепи положительно обратной связи между каскадами несимметричного триггера. Глубина положительно обратной связи и соотношение сопротивлений оезисторов резистивного делителя 14 рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить необходимую длительность управляющего импульса, т.е. чтобы переключение несимметричного триггера происходило не раньше момента достижения током нагрузки 2 значения тока удержания . тиристора 1.

В оставшуюся часть положительного полупериода частично разряжен1«11й

40

15

50

55

тельного полупериода приближается к моменту окончания зтого полупериода. Таким образом, продолжительность импульса в конце положительного полупериода уменьшается.

При дальнейшем повышении температуры потенциал выхода термочувствительного делителя превышает порог переключения несимметричного триггера, и поэтому даже после уменьшения напряжения на выходе резистивного де лителя в конце псшожительного полупериода до величины, определяемой только составляющей термочувствитель ного делителяt несимметричный триггер не переключается в состояние, когда транзисторы выходного каскада 19 открыты и .таким образом импульсы в конце положительного полупериода прекратятся.

Однако в начале положительного полупериода импульсы будут продолжаться, так как за время отрицательного полупериода накопительный кон

тельного полупериода приближается к моменту окончания зтого полупериода. Таким образом, продолжительность импульса в конце положительного по; лупериода уменьшается.

При дальнейшем повышении температуры потенциал выхода термочувствительного делителя превышает порог переключения несимметричного триггера, и поэтому даже после уменьшения напряжения на выходе резистивного делителя в конце псшожительного полупериода до величины, определяемой только составляющей термочувствительного делителяt несимметричный триггер не переключается в состояние, когда транзисторы выходного каскада 19 открыты и .таким образом импульсы в конце положительного полупериода прекратятся.

Однако в начале положительного полупериода импульсы будут продолжаться, так как за время отрицательного полупериода накопительный кон514

частично разряжатьденсатор 7 будет ся через термочувствительный делитель, и потенциал выхода (средней точки) термочувствительного делителя 11 в начале положительного полупериода будет ниже напряжения порога переключения несимметричного триггера, при этом будет обеспечиваться необходимая амплитуда и продолжительность импульсов, запускающих тиристор 1, за счет действия глубокой положительной обратной- связи, что позволит применить данное устройство для коммутации нагрузок различной мощности, например, для коммутации нагревателей при поддержании требуемой температуры воды в аквариумах различной емкости, при этом при замене аквариумов и нагревателей потребителю не требуется производить дополнительную переналадку или подстройку терморегулятора.

При дальнейшем повьшении температуры до заданного резистором 13 значения напряжение на базе транзистора 18 в начале положительного полупериода превысит порог переключения несимметричного триггера 17 и импульсы, запускающие тиристор 1, прекратятся.

После периода охлаждения процесс нагрева повторится аналогично описанному (импульсы в конце положительного полупериода при этом будут отсутствовать).

Обеспечить режим работы регулятора без импульсов в конце положительного полупериода можно, исключив процесс выхода на заданный температурный режим при значительном отклонении температуры контролируемой среды от заданной (т.е. при значительном разбалансе термочувствительного делителя), для этого нужно установить резистор 22 в положение, при котором установка температуры незначительно превьшает температуру нагреваемой среды (контролируемой среды) и по ме

ре нагрева контролируемой среды плав- 50 Целью снижения энергопотребления,,

но (небольшими ступенями) увеличивать уставку температуры до жел-аемой. При этом можно уменьшить потребляемую регулятором мощность на величину, необходимую для обеспечения импульса в конце положительного полупериода, уменьшив емкость накопительного конденсатора увеличив сопротивление его разрядной цепи.

одна из щин сетн переменного тока подключена через первый диод к управляющему входу термочувствительн триггерного элемента, связанному ч 55 рез резистор с его входом синхрони зации, другой вход питання термочу вигельного триггерного элемента по ключен через второй диод к его вхо синхронизации и через параллельно

Особениость работы схемы устройства по фиг.2 заключается в том, что импульса управления в конце положительного полупериода вообще не может быть, за счет наличия по входу синхронизации КС-цепи 20, конденсатор которой заряжается в начале положительного прлупериода, и через синх- ронизирующую цепь поступает ток в базу каскада 19, в конце положительного полупериода конденсатор заряжен и ток в базу не поступает (поступающего тока через резистор RC-цепи не- достаточно для отпирания транзисторов каскада 19). В течение отрицательного полупериода конденсатор RC-цепи 20 разряжается через ее резистор. В дальнейшем процесс повторяется ана- логично.

Устройство по фиг.З работает аналогичным образом за исключением того, что несимметричный триггер образован за счет охвата цепью положИ- тельной обратной связи, состоящей из термочувствительного делителя 11«. двухкаскадного усилителя постоянного. тока 21 (каскады 22 и 23).

Данное устройство просто в изго- товлении и наладке, имеет малое энергопотребление и уровень коммутационных помех.

Формула изобретения

температуры, содержащее тиристор, нагрузку, термочувствительный триг- герный элемент, два диода, резистор,

конденсатор, стабилитрон и шины сети переменного тока, одна из которых подключена через нагрузку к аноду тиристора, катод которого соединен с : другой щиной сети переменного тока,

связанной с одним из входов питания термочувствительного триггерного элемента выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, отличающееся тем, что, с

одна из щин сетн переменного тока подключена через первый диод к управляющему входу термочувствительного триггерного элемента, связанному че-: 55 рез резистор с его входом синхронизации, другой вход питання термочувст- вигельного триггерного элемента подключен через второй диод к его входу синхронизации и через параллельно сое71

диненные стабилитрон и конденсатор к другой шине сети переменного тока.

4. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем,что термочувствительный триггерный элемент содержит термочувствительный делитель напряжения,резистивный делитель напряжения, дополнительный резистор.и двухкаскадный усилитель постоянного тока, одни из входов питания каскадов которого соединены с одним из входов питания термочувствительного триггерного эле- 5 мента, связанного через термочувствительный делитель напряжения с другим входом питания второго каскада двух- каскадного усилителя постоянного тока, другой вход питания первого касния первого ключевого элемента которого связан с входом синхронизации20 када которого соединен с входом синх- термочувствительного триггерного эле- ронизации термочувствительного триг- мента, подключенного входом управления через резистивный делитель напрягерного элемента, подключенного входом управления через резистивный делитель напряжения к выходу термочувст делителя напряжения, вход несиммет- 25 витального делителя напряжения, вход ричного триггера подключен к выходудвухкаскадного усилителя постоянного

жения к выходу.термочувствительного

резистивного делителя напряжения, а выход - к выходу термочувствительного триггерного элемента.

Риг,1

8

0

с другим входом питания первого ключевого элемента несимметричного триггера.

тока подключен к выходу резистивного делителя напряжения, а выход - к выходу термочувствительного триггерного 30 элемента, вход питания которого . соединен через дополнительный резистор с входом питания второго каскада двухкаскадного усилителя постоянного тока.

fe.