Устройство для регулирования температуры резистивного нагревателя

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры, в частности, для инфракрасного обогрева животных. Цель изобретения - уменьшение колебаний напряжения в питающей сети. Устройство для регулирования температуры резистивного нагревателя содержит блок синхронизации, делитель частоты, цифровой задатчик температуры, выключатель, блок памяти, цифровой датчик температуры, силовой блок, нагреватель, задатчик временных интервалов и цифровой вольтметр. Устройство обеспечивает автоматическое поддержание и требуемый закон изменения температуры перегрева и длительность цикла обогрева с заданной точностью в зависимости от возраста животных и температуры окружающей среды. В устройстве устранены значительные колебания напряжения, возникающие в сельских распределительных сетях при регулировании активной нагрузки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 05 Р 23/ I.9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Y(2i ) 424551 О/24-24 (22) 18.05.87 (46) 23.04.89. Бюл. № 15 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола, Львовский сельскохозяйственный институт и

Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П.Горячкина (72) Л.Б.Гавриленко, И.П.Карплюк, А.Е.Фриш, А.И.Селивахин, В.Г.Турковский и Н.А.Медиковский (53) 62.50 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 801840, кл. А 01 К 29/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1335950, кл, G 05 D 23/19, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к систе мам автоматического регулирования темИзобретение относится к системам автоматического регулирования, температуры и может быть использовано для регулирования температуры в процессах с заданными температурно-временными характеристиками и, в частности,. для инфракрасного обогрева животных.

Цель изобретения — уменьшение ко,— лебаний напряжения в питающей сети.

На фиг, 1.изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема силового блока. пературы,. в частности для инфракрасного обогрева животных. Цель изобретения — уменьшение колебаний напряжения в питающей сети, Устройство для регулирования температуры реэис тивного нагревателя содержит блок сигхрониэации, целитель частоты, цифровой эадатчик температуры, выключатель, блок памяти, цифровой датчик температуры, силовой блок, нагреватель, задатчик временньп, интервалов и цифровой вольтметр. Устройство обеспечивает автоматическое поддержание и требуемый закон изменения температуры перегрева и длительность цикла обогрева с заданной точностью в зависимости от возраста животных и температуры окружающей среды. В устройстве устранены значительные колебания напряжения, возникающие в сельских распределительных сетях при регулировании активной нагрузки. 2 ил.

Устройство (фиг. 1) содержит блок., 1 синхронизации,. делитель 2 частоты, цифровой задатчик 3 температуры, вычитатель 4, блок 5 памяти, цифровой датчик 6 температуры, силовой блок .7, нагреватель 8, эадатчик 9 временных интервалов, цифровой вольт. метр 10. Силовой блок (фиг.2) содержит входы 1,1-14 и выходы 15 и 16, счетчик 17, инвертор 18, триггер 19, элемент 2ИЛИ вЂ” НЕ 20, усилитель 21, импульсный трансформатор 22, согла1474617 сующие блоки 23.1 и 23.2, компаратор

24 с демпфирующими диодами на входе, элемент 25 зацержки, инвертор 26, триггеры 27. 1 и 27.2, .одновибратор

28 с времязадающей RC-цепью, тиристорный ключевой элемент 29, к выходу

15 силового блока параллельно нагревателю 8 подсоединена конденсаторная батарея 30, другие электроды нагревателя и батареи соединены с нулевым проводом 16 питающей сети.

Блок 1 синхронизации формирует последовательность импульсов,длительность которых задается времязадающими цепями одновибратора., а временное расположение †. переходами напряжения питающей сети через нуль в обоих направлениях.

Начало процесса сопровождается сбросом в нулевое состояние всех триггеров делителей. Цепи сброса, а также ускоренной. установки делителей делителж 2 частоты, необходимой при пропадании напряжения питающей сети в случае аварии, цени управления цифровым вольтметром, а также устройства индикации текущего времени выращивания не показаны.

Устройство работает следуккцим; образом.

Блок 1 синхронизации формирует импульсы с частотой, равной удвоенной,частоте сети„ С выхода делителя

2 частоты коды, соответствующие пересчитанному в требуемое. число раз количеству импульсов блока 1; (т.е. текущему моменту времени выращивания t) éoñòóïeþò на адресные входы задатчика 3 температуры и задатчика

9 врежнных интервалов соответственно.

Задатчики 3 и 9 формируют сигналы управления (" Включение", "Выключение", "Интенсивность" ) нагревателем 8, в качестве которого используются инфракрасные излучатели, в соответствии с хранящейся в памяти задатчиков программой обогрева.

На первом выходе задатчика 3 формируются сигналы, соответствукщие величинам необходимых для данного (например, возраст выращиваемых животных t = В) перегревов П = cP(B).

Сформированные таким образом сигналы управления (П) поступают на входы уменьшаемого вычитателя 4, а на его входы вычитаемого поступают сигналы с датчика 6 температуры (T" ), определяемые средней температурой окружающей среды в помещении выращивания в данное время t. На выходах вычитателя 4 образуется сигнал (код), соответствукщий необходимому для данного возраста (В) и температуры окружающей среды (Т ) воздействию

Р (Р =П-Т). Сигнал (код) P поступает на блок

5 памяти, представляющий собой ПЗУ, который по совокупности сигналов Р, сигналов (кодов) цифрового вольтметра 10 (V), а также имеющейся информации о характеристиках нагревателей

8 (Е), помещения выращивания (Б) и вида выращиваемых животных (Ж) формирует сигнал М, соответствующий требуемому перегреву (П) для данного возраста (В) и вида (Ж) выращиваемых животных в данном помещении (Б) при температуре окружающей среды (T ) и величине напряжения (V) питающей сети, измеренных в данный момент времени t датчиком 6 и вольтметром 10. Следовательно, M=F (Z,Á,Æ, Р,V) .

Сигналы с второго выхода задатчика 3 и второго выхода делителя 2 частоты управляют адресными входами задатчика 9, на выходе которого образуется сигнал (Л), соответствующий длительности и времени наступления пауз в циклах обогрева, необходимых при данном возрасте (В) выращиваемых животных данного вида (Ж) в данном помещении (Б) ° При этом Л = F (В, Ж, Б). Временная диаграмма суточного цикла воздействия формируемая под управлением сигналов (кодов),.поступающих с выходов делителя 2 частоты и задатчика 3.

Сигнал Л на выходе задатчика 9 временных интервалов может принимать значения логических "0" или "1".

Если на вход 12 силового блока 7 с выхода задатчика 9 поступает сиг-. нал, равный логической " 1", он независимо от состояния других входов силового блока 7 производит выключение .нагревателей 8.

Сигнал (код) М; с выхода блока 5 памяти поступает на вход 11 силового блока 7 и вызывает на его выходах

15 и 16 воздействие соответствующей

М; интенсивности.

Блок 7 осуществляет согласование нагревателей 8 через входящие в его состав силовые ключи на базе тирис5 торов 29 с трансформаторным управле нием с выходами блока 5 памяти, задатчика 9 и блока 1 сигнализации.

Количество полупериодов..тока, "пропускаемых" блоком 7 в нагреватели 8, равно величинам кодов М;, сформированным на выходе блока 5 (входе 11 блока 7). При наличии управляющего сигнала с выхода задатчика 9 (логичаская "1") на входе 12 блока 7 (импульсы тока "не пропускаются" блоком 7 в нагреватели 8) формируется пауза в процессе обогрева животных.

С целью экономии электрической мощности, рассеиваемой на тиристорных ключах 29 блока 7, схемы ориентированы на широтно-импульсный метод регулирования, при котором число

"пропускаемых" полупериодов равно величине сформированного блоком 5 кода М;, а их временное расположение зависит от момента перехода напряжения питающей сети через нуль (вход 13.блока 7) и схемной реализации блока 7 °

Предложенный вариант исполнения блока 7 (фиг.2) позволяет "пропускать" в нагрузку либо все пропускаемые импульсы or 1-ro до M-ro (Мштук, М " N, Np — период регулирования в начале периода регулирования), либо в конце регулирования импульсы с номерами от (Np — N)-. ão. до N -го.

По сигналу с выхода делителя 2 частоты на вход 14 силового блока

7.триггер 19 через инвертор 18 устанавливается в "0", одновременно в счетчик 1? на.информационные. входы

11 заносится код с выхода блока 5 памяти {информация об интенсивности обогрева животных). После этого на- чинается счет импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 1,7 через вход 13 с блока t синхронизации. Количество разрядов счетчика выбрано так, чтобы его переполнение наступало через Np-N импульсов блока 1, триггер 19 устанавливается в "1", разрешая прохождение импульсов на вход усилителя 2.1.через элемент

2ИЛИ-HE 20 с блока 1 синхронизации или от одновибратора 28.

С приходом импульса управления, синхронного с переходом напряжения питающей сети через куль, на управляющих электродах тиристоров возникает. положительное относительно их катодов отпирающее напряжение и

1474617 6 открывается тот из тиристоров, на аноде которого присутствует в данный момент положителькое относительно катода напряжение.

В следующий полупериод напряжения U отпирается другой из тиристоров. г

В момент, когда напряжение на катоде снижается до напряжения удержания и тиристор должен выключаться, компаратор 24 (получив сигналы через согласующие блоки 23) формирует на своем выходе перепад напряжения соответствующей полярности. По любому из фронтов этого перепада устанавливаются в "1" либо триггер 27.1, либо триггер 27.2 (через инвертор 26).

Сигналы с инверсных выходов триггеров

27 запускают одновибратор 28, формирующий импульсы, длительность которых определяется параметрами RC-цепи одновибратора, а временное расположение — моментом наступления равенства

25 напряжений на "входе" н"выходе" пары тиристоров 29. Импульсы одновибратора возвращают соответствующий триггер 27 в "0" и через элемент 2ИЛИ-HE и усилитель "подпитывают" управляющие электроды тиристоров 29, препятствуя прекращению тока в нагрузке от момента наступления равенства снижающегося по модулю напряжения Ч с напряжением на нагрузке 8 до очередного перехода Ч, через нуль.в каж35 дом иэ полупериодов. Ток в нагрузку пропускается во все M полупериодов напряжения питающей .сети за период регулирования. Схема позволяет уменьшить расход электроэнергии за счет уменьшения мощности, выделяемой на элементе 29. Угол отсечки в выходном о токе не превьппает 4-60 в связи с тем, что акодное напряжение, достаточное для включения тиристоров, не превьппает 7-10 В.

Мощность, пропускаемая в нагреватели 8, может. составлять величины порядка десятков .киловатт.

Таким образом., устройство обеспечивает автоматическое поддержание- . и требуемый закон изменения температуры перегрева (П) и длительность циклов обогрева (Т) с заданной точностью в зависимости от возраста животных (В) и температуры окружающей среды (Т ) в данном помещении для выращивания (Б) при изменении

1474617 8 напряжения питающей сети V в широких пределах.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры резистивного.нагревателя, содержащее. цифровые датчик и задатчик температуры, вычитатель,, делитель частоты, блок, синхронизации, блок памяти, задатчик временных интервалов, цифровой вольтметр, нагреватель и силовой блок, который содержит, счетчик, инвертор, первый триггер, уси-,. литель, тиристорный ключевой элемент, вход уменъшаемого вычитателя соединен с одним из выходов задатчика температуры, вход вычитаемого соединен с выходом цифрового датчика температу.ры, выход вычитателя подключен к од1 ному из входов блока памяти, входы блока синхронизаЦии и цифрового вольтметра соединены с сетью переменного тока, выход цифрового вольтметра подключен к второму входу блока памяти, выход которого соединен с установочным входом силового блока, гасящий, счетный и управляющий входы которого подключены соответственно к выходам задатчика временных интервалов, блока синхронизации и первому выходу делителя частоты, второй выход которого подключен к первому входу задатчика временных интервалов, второй вход которого соединен.:с другим выходом цифрового задатчика температуры, соединенного входом с третьим выходом делителя частоты, вход которого. подключен к выходу блока синхронизации, в силовом блоке информационные входы счет" чика, его К-вход и счетный вход являются соответственно первым, вторым и третьим входами силового блдка, L-вход счетчика является четвертым входом силового блока и соединен с входом инвертора, выход которого соединен с R-входом первого тригге- . ра, S-вход которого соединен с. выходом "Перенос" счетчика, выход усилителя соединен с началом.первичной обмотки,трансформатора выходного каскада, конец которой соединен с источником постоянного напряжения, первичная обмотка траисфармдтора зашунтирована демпфирующим диодом, начало первой. вторичной обмотки трансформатора соединено с управляющим электродом первого тиристора, катод которого соединен с концом, первой вторичной обмотки и анодом второго тиристора,управляющий электрод которого соединен с концом второй вторичной обмотки трансформатора, своим началом соединенной с анодом первого тиристора и катодом второго тиристора, первый выход силового блока через нагреватель подключен к нулевой шине питающей сети, к фазной шине которой подключен второй выход силового блока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения колебаний напряжения в питаю2О щей сети, параллельно нагревателю включена конденсаторная батарея, а в силовой блок введены первый и второй согласующие блоки, компаратор, демпфирующие диоды, второй, третий

25 триггеры, элемент задержки, инвертор, одновибратор, элемент 2ИЛИ-НЕ, причем входы комна зашунтированы демпфирующими диодами, включенными встречно-параллельно, выход комgp паратора соединен со, счетным входом второго триггера и через элемент задержки и инвертор — со счетным входом третьего триггера, инверсные выходы триггеров соединены с управляющими входами одновибратора, выход

35 которого соединен с R-входами второго и третьего триггеров и с одним из входов одной полонины элемента

2ИЛИ-НЕ, один из входов другой половины элемента 2ИЛИ-НЕ соединен с третьим входом силового блока, другие входы обеих половин элемента

2ИЛИ-НЕ и синхронизирующий вход одновибратора соединены с выходом пер45 вого триггера, выход элемента 2ИЛИ-НЕ соединен с входом усилителя, начало второй вторичной обмотки трансформатора через первый согласующий блок соединено с первым выходом силового блока, конец первой вторичной обмотки трансформатора через второй согласующий блок подключен к второму выходу силового блока, вторые выходы согласующих блоков соединены с соответствующими входами компарато—

55 ра

l 4746I 7

1474617 га

Редактор В.Данко Тираж 788

Заказ 1892/45

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 (2) Ц

A) 19 (7) 11 (Я) 12

Составитель В.Шефтель

Техред N.Äèäûê Корректор Л.Патай .