Устройство для регулирования температуры Советский патент 1993 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано, например, в комплексах обработки кинопленки для стабилизации температуры химико-фотографических растворов, промывной воды и сушащего воздуха.

Известны системы автоматического регулирования температуры, содержащие датчик температуры, электронный регуля тор, тиристоры и нагреватель 1. В этих системах электронный регулятор содержит фазосдвигающее устройство, в результате действия которого изменяется фаза включения тиристора, что приводит к регулированию действующего значения тока в нагревателе и его температурного режима. Однако при фазовом регулировании тиристоры излучают в сеть значительную радиопомеху, которая приводит к сбоям в применяемых совместно цифровых вычислительных средствах.

..Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования представляющее собой систему автоматического регулирования температу|Ьы 2.

Это устройство содержит датчик температу ры. ти ристорный регулирующий элемент, гюдключ енный к нагревателю и формирователь синхроимпульсов, а также логическую схему управления. При этом обеспечивается поддержание заданной температуры периодическим включением тиристорного регулирующего элемента в начале периода напряжения питания, не создавая радиопомех.

Однако это техническое решение не лишено некоторых недостатков, таких как.позиционный закон регулирования, что не позволяет получить высокую точность регу- лирования, а также ограниченная мощность однофазного нагревателя, т.к. включение мощного однофазного нагревателя приводит к перекосу фаз в трехфазной сети ограниченной мощности.

Цель изобретения - увеличение точно- .сти регулирования при упрощении схемы и расширение области применения устройства на трехфазную нагрузку.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры; содержащее датчик температуры, тиристорный регулирующий элемент, подключенный к нагревателю, и формирователь синхроимпульсов, введены D-триггеры и интегрирующий усилитель, выходом связанный с D-входом D-триггера, С-вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, а п рямой выход со вхо-

дом тиристорного регулирующего элемента и с первым информационным входом интегрирующего усилителя, второй информационный вход которого соединен с выходом датчика температуры.

Наиболее рационально применение изобретения для работы устройства на трехфазную нагрузку, при этом устройство содержит в каждой последующей фазе 10 D-триггер и подключенный к его С-входу формирователь синхроимпульсов, а также тиристорный регулирующий элемент, связанный с инверсным выходом D-триггера, причем инверсный выход D-триггера первой

15 фазы соединен с D-входом D-триггера второй фазы, прямой выход которого соединен с D-входом D-триггера третьей фазы.

Новые свойства в .предлагаемом техническом решении проявляются в том, что ин20 тегрирующий усилитель совместно с D-триггером, охваченные обратной связью, превращаются в пропорциональное звено, работа которого, кроме того, синхронизирована с Сетью сетевыми синхроимпульсами,

25 поступающими на С-вход D-триггера. Получившийся однофазный регулятор проще прототипа, т.к. содержит меньше элементов, однако обеспечивает увеличение точно- сти регулирования, т.к. пропорциональный

30 закон регулирования в системе обеспечивает большую точность, чем позиционный.

D-триггеры в интегральном исполнении выпускаются по несколько триггеров в одном корпусе, что использовано для по.луче35 ния дополнительного положительного эффекта - расширение функциональных возможностей за счет рациональногоуправ- ления трехфазным регулирующим элементом при трехфазной нагрузке, причем это

40 осуществляется почти без увеличения габаритов регулятора. Цепочка последователь- но включенных триггеров передает сигнал со сдвигом на 1203 эл. град. Более того, эта схема имеет потенциальные возможности

45 для ручного управления нагревом или, наоборот, выключения нагрева (при аварийной ситуации) за счет подачи дополнительных сигналов на S- или R-входы всех D-тригге.РОВ; .;

50 Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для регули- рования температуры.

Устройство содержит датчик 1 темпера55 туры, тиристорный регулирующий элемент 2, подключенный к трехфазному нагревателю 3, который является объектом регулирования, формирователи 4, 5 и 6 синхроимпульсов, интегрирующий усилитель 7, выполненный в виде операционного

б

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовало, например, в комплексах обработки кинопленки для стабилизации температуры химико-фотографических растворов, промывной воды и сушащего воздуха. Цель изобретения: увеличение точности регулирования при упрощении схемы и расширение области применения устройства на трехфазную нагрузку. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 температуры, тиристорный регулирующий элемент 2, трехфазный нагреватель 3, формирователи 4, 5 и 6 синхроимпульсов, интегрирующий усилитель 7, выполненный в виде операционного усилителя 8 с конденсатором 9 и резисторами 10 и 14, D-триггеры 11, 12, 13. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

усилителя 8 с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи и резисторами 10 и 14, подключенными к его входу, D-тригге- ры 11,12 и 13.

Тиристорный регулирующий элемент 2 содержит силовые оптронные симметричные тиристоры 15, 16 и 17. Клемма 18 ручного включения нагрева и клемма 19 отключения нагрева.

Датчик 1 подключен ко второму информационному входу интегрирующего усилителя 7, выход которого соединен с D-входом D-триггера 11, выход которого подключен к первому управляющему входу тиристорно- го регулирующего элемента 2 и одновременно к первому информационному входу интегрирующего усилителя. Выходы форм и: рователей 4, 5, 6 синхроимпульсов подключены к С-входам D-триггеров 11,.12., 13 соответственно, инверсный выход первого D-триггера 11 соединен с D-входом второго D-триггера .12, выход которого соединен с D-входом третьего D-триггера 13, а инверсные выходы D-триггеров 12 и 13 подключены ко второму и третьему управляющим входам тиристорного регулирующего элемента 2.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

Формирователи 4, 5 и 6 вырабатывают синхроимпульсы из напряжения трехфазной питающей сети в момент прохождения напряжения через ноль, причем синхроимпульсы формирователя 5 сдвинуты на. 120 эл.град. по отношению к импульсам формирователя 4, а формирователя 6 - на 120 эл.град. по отношению к импульсам формирователя 5.

Выходное напряжение датчика 1 температуры, имеющее отрицательную полярность, инвертируется интегрирующим усилителем 7, постепенно повышаясь до уровня срабатывания D-.триггера 11 по D- входу. Однако срабатывание D-триггера 11 происходит не в этот момент, а при появлении на его С-входе ближайшего синхроимпульса, который .опрокидывает D-триггер, на выходе которого появляется сигнал высокого уровня, в результате чего открывается оптронный тиристор 15 и на нагреватель 3 подается напряжение первой фазы питающей сети.

Одновременно на инверсном выходе D- триггера 11 сигнал высокого уровня сменился на нулевой, и второй D-триггер 12 будет опрокинут через 120эл.град. синхроимпульсов формирователя 5, на инверсном выходе D-триггера 12 появится сигнал высокого уровня, в результате чего откроется оптронный тирйстор 16 и на нагреватель 3 подается напряжение второй фазы, а на неинперс- ном выходе D-триггера 12 сигнал высокого уровня сменится на нулевой, в результате чего с D-триггером 13 произойдет то же самое, что и с D-тригтером 12, только с запаздыванием еще на 120 эл.град., и откроется оптронный тиристор 17, что приведет к появлению третьей фазы напряжения на нагревателе 3.

Одновременно при первом срабатывании D-триггера 11 его выходное напряжение

высокого уровня подается на резистор 14.

Если до этого момента конденсатор 9 заряжается только через сопротивление 10,

го с этого момента времени он стал одновременно разряжаться через резистор 14. Напряжение на выходе интегрирующего усилителя станет уменьшаться, и посте- пеи:-о уменьшится до нулевого уровня,

при котором ближайший синхроимпульс формирователя 4 переведет D-триггер 11 в состояние нулевого уровни на выходе. В результате этого закроется оптронный тиристор 15, и нагреватель 3 перестанет

получать энергию из первой фазы сетевого напряжения, а конденсатор 9 опять начнет заряжаться. Одновременное этим на инверсном выходе D-триггера 11 появится сигнал высокого уровня, что через 120 эл.град. приведет к переключению D-триггера 12 и выключению оптронного тиристора 16 и второй фазы (в момент прихода ближайшего синхроимпульса от формирователя 5). Аналогично произойдет переключение D-триггера 13 и выключится оптронный тиристор 17 и третья фаза напряжения.

По мере заряда и разряда конденсатора 9 D-триггерн будут то включаться, то выключаться.

Соотношение времен включенного и выключенного Состояний D-трмггёров, а соответственно, и тиристорного регулирующего элемента 2 определяет среднюю энергию, выделяемую в нагревателе 3 и, естественно, температуру его нагрева.

Посмотрим, по какому закону регулирования работает предложенная система.

Конденсатор 9 в процессе работы то заряжается то разряжается до одних и тех же уровней напряжения. Следовательно, величина электрического заряда, принимаемого и отдаваемого конденсатором, одна и та же и определяется произведением тока на время его протекания:

isx Ti. (i0 - iux) Т.

где TI - время заряда конденсатора; Та - время разряда конденсатора:

(D

IPX входной ток интегрирующего уси- пителя через сопротивление Рвх рёзигтора 10

JJnx. RBX

10 - входной ток интегрирующего усили- тепя через сопротивление RO ррзистора 14.

Из равенства (1) получаем отношение времен заряда и разряда, выраженное ме ррз отношение токов:

IBX

вх

IBX

-1

Коэффициент заполнения К периодической последовательности выходных импульсов D-триггера 11 может быть выражен через эти токи:

Т2

Т2

Т +Т (TL + 1)T2-

1

Т2

+

Заменим в этом выражении отношение времен на отношение токов из уравнений

(2):

К

1

IB

-1+1

В полученном окончательном уравнении (4) коэффициент заполнения прямо пропорционален входному току интегрирующего усилителя.

Таким образом, при охвате отрица- тельной обратной связью через резистор 14 последовательно включенных интегрирующего усилителя и D-триггера, коэффици- ент заполнения выходных импульсов D-триггера прямо пропорционален входно- му сигналу.

Следовательно, система работает по пропорциональному закону регулирования, обеспечивая при этом более точную стабилизацию температуры и лучшее качество пе- реходных процессов, чем это может быть достигнуто прототипом, и в то же время ее функциональные возможности шире за счет того, что предлагаемое техническое решение позволяет применять более.мощные

Ю

15

iO

Б

30

35

п«к

g«

трехфазныз нагреватели в качестве объекта регулир овэчия и не допускать при этом перекоса фаз. :

Дополнительные удобства эксплуатации дает наличие у D-триггеров R- и S-вхо- дов управления, которые объединены и выведены на клеммы 18 и 19. В рабочем состояний системы на эти клеммы подается напряжение нулевого потенциала. Пои необходимости ручного управление у,, ревом на клемму 18 подается напряжение высокого потенциала. А при аварийных ситуациях, когда нагрев необходимо отключить, напряжение высокого уровня подается на клемму

19-

Прё Дйагаемое техническое решение при сохранении положительных свойств прототипа - отсутствие излучения радиопомех, -позволяет упростить схему управления, й7 в то же время, увеличить точность регулирования системы при однофазной на- грузкёга также расширить область применения с ч е т в о з м бж н о с т и включения трехфазной нагрузки.

Формула изобретения

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью расширения области применения устройства на трехфазную на- .рузку, оно содержит в каждой последующей фазе. D-триггер и подключенный к его С-входу формирователь синхроимпульсов, а также тиристорный регулирующий элемент, связанный с инверсным выходом D-триггера, причём инверсный выход D-триггера первой фазы соединен с D-входом D-триггера второй фазы, прямой выход которого соединен с D-входом D-триггера третьей фазы.