Устройство управления электроподогревом Советский патент 1991 года по МПК G05D23/24 

ничнвающий резистор 6, блок 8 коммутации, блок 9 контроля температуры электронагревателя, датчик 10 температуры электронагревателя, блок It

контроля температуры объекта, датчик 13 температуры объекта 12, стабилизатор 14 и источник 15 питания. 3 ЗоПо ф-лы, 5 ил„

Изобретение относится к технике регулирования и контроля температуры электрообогреваемых объектов, работающих в частности во взрывоопасных зонах при низкой температуре окружающей среды. Цель изобретения - повышение функциональной надежности и точности контроля температуры. Для этого устройство содержит электронагреватель 1, блок 2 контроля перегрева, блок 3 защиты коммутатора тока, предохранители 5, 7, токоогра

Изобретение относится к технике регулирования и контроля температуры электрообогреваемых объектов, в частности, работающих во взрывоопасных зонах при низкой температуре окружающей среды, например технологичес- 1 кого оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов в газовой промышленности, а также в нефтяной и других отраслях промышленное- ти.

Цель изобретения - повышение функциональной надежности и точности контроля температуры.

На фиг„ 1 представлена структурная схема устройства; на Фиг0 2 - пример реализации коммутатора тока и блока защиты коммутатора тока; на фиг„ 3 - схемы управления тиристорами и блока коммутации; на фигь 4 - функциональная схема блока контроля перегрева; на фш% 5 - функциональная схема блока контроля температуры электронагревателя.

Устройство управления электроподогревом содержит электронагреватель 1, выводами подключенный к блоку 2 контроля перегрева и блоку 3 защиты коммутатора тока, один вход которого соединен с выходом коммутатора 4 тока соединенным с фазным проводом питаю- щей сети, а второй вывод электронагревателя 1 подключен через первый предохранитель 5 к первому выводу то- коограничивающего резистора 6, второй вывод которого заземлен, и к первому выводу второго предохранителя 7, второй вывод которого соединен с нулевым проводом питающей сети. Другие входы блока 3 защиты коммутатора тока и коммутатора 4 тока соединены с соответствующими выходами блока 8 коммутации, один из входов которого соединен с выходом блока 9 контроля температуры электронагревателя, соединенного с датчиком 10 температуры электронагревателя, а другой вход - с выходом блока 11 контроля температуры объекта 12, соединенного с датчиком 13 температуры объекта,, Третий вход

блока 8 коммутации соединен с выходом стабилизатора 14 напряжения, вход которого соединен с источником 15 питания. Третий и четвертый входы блока 2 контроля перегрева соединены соответственно с первым и вторым выводами пусковой кнопки 16. Третий и четвертый выходы блока 8 коммутации соединены соответственно с цепями сигнализации Авария и Перегрев

Коммутатор 4 тока содержит два предохранителя 17., и 172, соединенных с тиристорами 18 и 19, и схему 20 управления. На вход тиристоров подается фаза питающей сети, а к выходу подключен блок 2 контроля перегрева.

Блок 3 защиты коммутатора тока состоит из тиристоров 21 и 22 и токоограничивающего резистора 23, соединенных с формирователем 24 запускающих импульсов.

Схема 20 управления состоит из однопереходного транзистора 25, время задающей цепи на конденсаторе 26 и резисторе 27, токоограничивающего резистора 28, параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне 29 и резисторе 30 и импульсного трансформатора 31, вторичные обмотки которого соединены с цепями управления тиристорами 18 и 19 коммутатора 4 тока.

Блок 8 коммутации включает в себя переключающий контакт 32 блока контроля температуры объекта, последовательно соединенные замыкающий 33 и размыкающий 34 контакты,параллельно соединенные размыкающий 35 и замыкающий 36 контакты, а также размыкающий контакт 37, последовательно соединенный с переключающим контактом 32.

Схема блока 11 контроля температуры построена и работает аналогично схеме блока 9 контроля температуры электронагревателя.

Формирователь 24 состоит из генертора импульсов, выполненного на одно переходном транзисторе 38, и времяза

дающей цепи на конденсаторе 39, резисторе 40 и токоограничивающем резисторе 41, Генератор импульсов запи тан от стабилизатора, выполненного на стабилитроне 42 и резисторе 43, получающем питание от выпрямителя, выполненного в виде диодного моста 44„ С генератором импульсов соединен импульсный трансформатор 45,. управляющий работой тиристоров.

Блок 2 контроля перегрева состоит из трансформатора 46 тока утечки, две обмотки которого соединены с электронагревателем 1, а третья обмотка - с первым входом компаратора 47, последовательно соединенного с инвертором 48, транзисторным ключом 49 и электромагнитным реле 50 с контактами 33, 35 и 37. Второй вход компаратора 47 соединен с резисторами 51-53, образующими делитель напряжения для задания порога срабатывани компаратора 47. Замыкающий контакт 54 реле 50 предназначен для блокиров ки реле в момент пуска0

Датчик 10 температуры электронагревателя состоит из токозадающего резистора 55 и чувствительного элемента 56. Датчик 10 подключен к блок 9 контроля температуры электронагревателя, состоящему из последовательно соединенных компаратора 57, инвертора 58, транзисторного ключа 59 и электромагнитного реле 60 с контактами 34 и,36. Компаратор 57 своим вторым входом соединен с резисторами 61-63, образующими делител напряжения для задания порога срабатывания компаратора 570

Устройство работает следующим образом При подаче переменного напряжения питающей сети на клеммы О и Ф устройства и кратковременном нажатии пусковой кнопки 16 (фиг„ 1) устройство начинает функционировать. При

этом открывается коммутатор 4, и ток через блоки 3 и 2 проходит на электронагреватель 1 и через него и предохранители 5 и 7 на клемму О питающей сети., Электронагреватель 1 начинает подогревать объект 12.

Достижение температурой подогреваемого объекта 12 установленного значения средней температуры Грубо, имеющей значение ниже, чем установленное значение средней температуры Точ- но, фиксируется блоком 11, при этом

0

5

срабатывает реле 60 и замыкает свой разомкнутый контакт 32, подготавливая цепь сигнализации о достижении температурой объекта среднего заданного значения Точно.

При достижении температурой подогреваемого объекта 12 среднего установленного значения Точно ток утечки на землю увеличивается, что фиксируется блоком 2, при этом закрывается коммутатор 4 и обеспечивается электронагреватель 1, а также обесточивается электромагнитное реле 50 блока 2 и замыкает свои контакты 37, находящиеся в цепи сигнализации о состоянии объекта, при этом включается сигнализация Перегрев, что свидетельствует о достижении средней температурой подогреваемого объекта 12 точного установленного значения. Если в процессе нагрева объекта 12 средняя заданная температура Грубо не достигла установленного значения, то контакты 32 реле 60 блока 11 находятся в замкнутом состоянии0Поэ- тому, если при этом срабатывает реле 50 блока 2, то замыкаются его контакты 37 и включается сигнализация 0 Авария, что говорит о неисправном состоянии электронагревателя 1.

Если объект нагрет до средней заданной температуры Точно, а температура Грубо не достигла установленного значения, это свидетельствует о неисправности электронагревателя 1 и аварийном отключении устройства.

Защита электронагревателя 1 от локального перегрева осуществляется установкой датчика 10 у начала электронагревателя 1 на небольшом участке, не контактирующем с телом подогреваемого объекта 12 и поэтому имеющем наибольшую температуру нагрева.

Для предотвращения возможности нахождения на электронагревателе 1 фазы питающей сети при закрытом коммутаторе 4 и создания взрывоопасной ситуации при низкой величине электроизоляции электронагревателя 1, что может произойти при неправильном подключении фазы и нуля питающей се5

0

5

0

ти к клеммам О и ф, в устройство введена цепь защиты от неправильного подключения фазы.

Если фаза питающей сети окажется подключенной на клемму О, а не

на клемму Ф, то при подаче в устройство питания ток, проходя через предохранитель 7 и токрограничиваю- щий резистор 6 (величина которого вы- бирается такой, чтобы ток, проходящий через него, превышал номинальный ток предохранителя 7), замыкается на землю, что приводит к перегоранию предохранителя 7 и обесточиванию устрой- ства„

При понижении сопротивления электроизоляции нагревателя 1 и срабатывании (обесточивании электронагревателя устройства включить его можно только кнопкой 16 Пуск после снижения средней температуры объекта ниже установленного значения Точно или исправив электронагреватель 1.

Если при работе устройства проис- ходит локальный перегрев участка нагревателя, это фиксируется блоком 9, работающим аналогично блоку 11. Последний воздействует на блок 8, который отключает коммутатор 4, при этом электронагреватель 1 обесточивается, тем самым устраняется взрывоопасная ситуация.

При понижении температуры локального перегрева до нормального значе- ния блок 9 возвращается в исходное состояние. Блок 8, воздействуя на коммутатор 4, открывает его, на электронагреватель 1 подается питание, и нагрев объекта 12 продолжается.

Известно, что электрическое сопротивление полимерных электроизоляционных материалов, в частности крем- нийорганической резины, из которой выполнена оболочка электронагревателя 1 устройства, понижается пропорцио- нально увеличению температуры.. Поэтому при обеспечении надлежащего те - плового контакта нагревателя с телом подогреваемого объекта сложной кон- фигурации, что обеспечивается укладкой гибкого нагревателя без зазоров между поверхностью подогреваемого объекта и нагревателем, величина распределенного сопротивления электроизоляции последнего пропорционально зависит от средней температуры подогреваемого объекта.

С ростом средней температуры подогреваемого объекта сопротивление электроизоляции нагревателя понижается, что. приводит к-увеличению тока утечки на корпус объекта подогрева, величина которого фиксируется блоком

5

о

Q с

5

0

контроля перегрева, отключающим электронагреватель от питающей сети при достижении током утечки, а значит, и средней температуры объекта подогрева установленного значения.

Для исключения потерь тепла от подогреваемого объекта в окружающую среду последний, в том числе и электронагреватель, покрыты слоем теплоизоляции и защитным водонепроницаемым кожухом, поэтому понижение сопротивления изоляции электронагревателя практически может изменить свое значение только по причине изменения температуры нагревателя Однако, если предположить, что по каким-то непредвиденным причинам, например повреждение защитного кожуха, на электронагреватель 1 попадет влага и электроизоляция последнего понижается, происходит отключение устройства, фиксируемое как достижение средней температурой подогреваемого объекта заданного значения„

В режиме нагрева объекта замыкающий контакт 33 электромагнитного реле 50 блока 2 (средняя температура объекта Точно) замкнут. Контакт 34 электромагнитного реле 60 блока 9 также замкнут. На первичную обмотку импульсного трансформатора 31 поступают импульсы с генератора импульсов на однопереходном транзисторе 25, которые с вторичных обмоток трансформатора 31 поступают на управляющие электроды тиристоров 18 и 19, и тиристоры находятся во включенном состоянии.

При нагреве объекта 12 до средне температуры Точно сопротивление изоляции электронагревателя 1 понижается, увеличивается ток утечки на землю. При этом ток, входящий в электронагреватель 1, становится больше тока, выходящего из последнего, что приводит к разбалансу токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора 46 блока 2. Появляется напряжение разбаланса, которое меньше напряжения, подаваемого на второй вход компаратора 47 с делителя, выполненного на резисторах 51-53, последний срабатывает, что фиксируется инвертором 48 и транзисторным ключом 49, при этом реле 50 обесточивается, размыкая, контакт 33 в блоке 8„ На первичную обмотку транс

9

форматора 31 схемы 20 перестают подаваться управляющие импульсы и тиристоры 18 и 19 закрываются, обесточивая электронагреватель 1.

Если в процессе нагрева происходит локальный перегрев участка электронагревателя 1, это фиксируется датчиком 10 и компаратором 57, воздействующим на инвертор 58 и транзисторный ключ 59 При этом происходит срабатывание реле 60 блока 9, которое своими контактами 34 в блоке 8 размыкает цепь управления запуском тиристоров 18 и 19 через схему 20, отключая их, при этом электронагреватель 1 обесточивается,,

Блок 3 защиты коммутатора тока работает следующим образомо

Если при работе устройства произ ло короткое замыкание в тиристоре 18 или 19 (Аиг„ 2), то последний находится в проводящем состоянии пр возникновении локального перегрева- электронагревателя 1 илк достижении объектом 12 подогрева заданной температуры Точно независимо от того сработала ли схема 20 на отключение коммутатора 4, при этом на электронагревателе 1 находится половина напряжения питания при выходе из стро одного из тиристоров 18 или 19 или полное напряжение при выходе из стр (коротком замыкании перехода) двух

тиристоров одновременно. В этом случае замыкается контакт 35 электромагнит ного реле 50 блока 2 или контакт 36 реле 60 блока 9,в формирователь 24 гиристора- ми 21 и 22 (фиг о 2 и 3) подается напряжение питания, и схема 20 открывает тиристоры 21 и 22, при этом предохранители 17 (фиг, 2) в зависимости от того, какой из тиристоров 18 или 19 вышел из строя, оказываются подключенными к нулю питающей цепи через токоограничивающий резистор 23, в результате чего происходит перегорание предохранителя М или 17, а в случае выхода из строя обоих тиристоров 18 и 19 происходит перегорание обоих предохранителей 17 ( и 172о При этом электронагреватель 1 отключается от питающей сети и может быть включен только после устранения неисправности и замены предохранителей. Формула изобретения

0

с

д

5

0

5

но соединенные источник питания, стабилизатор напряжения и блок коммутации, второй сигнальный вход и первый выход которого соединены соответственно с первыми выходом и входом коммутатора тока, подключенного вторым входом к фазному выводу питающей сети, рулевой вывод которой через последовательно соединенные первый и второй предохранители связан с электронагревателем, снабженным датчиком температуры электронагревателя, а также блок контроля температуры электронагревателяг подключенный входом к выходу датчика температуры электронагревателя, а выходом - к первому управляющему входу блока коммутации, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока контроля температуры объекта, подключенного входом к выходу датчика температуры объекта, отличающееся тем, что, с целью повышения функциональной надежности и точности контроля температуры, в него введены токоограничивающий резистор, блок контроля перегрева и блок защиты коммутатора тока, подключенный первым входом к второму выходу блока коммутации, а вторым входом - к второму выходу коммутатора тока и первому входу блока контроля перегрева, второй вход и выход которого соединены с соответствующими выводами электронагревателя, токоограничивающий резистор включен между общей шиной и точкой соединения предохранителей, а третий и четвертый выходы блока коммутации соединены с цепями сигнализации соответственно Авария и Перегрев.

0

0

между общей шиной и первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу делителя напряжения, включенного между выводом источника питания и общей шиной

матора соединены соответственно с катодом и управляющим выводом второго тиристора, а вход выпрямителя и объединенные анод первого тиристора и катод второго тиристора являются соответственно первым и вторым входами блокао

4„ Устройство по П„ 1, отличающееся тем, что блок контроля температуры электронагревателя содержит делитель напряжения и последовательно соединенные компаратор, инвертор, транзисторный ключ и электромагнитное реле, причем первый вход компаратора соединен с выходом делителя напряжения, включенного между выводом источника питания и общей шиной, второй вход компаратора и выход электромагнитного реле являются соответственно входом и выходом блока.

Фие.2

+Unum

J

Фиг.З

ФигЛ

63

Фиа.5