Предохранительное устройство для отключения питания электроутюга

 

Использование: для обеспечения пожаробезопасности подвижных устройств с нагревательными элементами, в частности в электроутюгах. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 движения и положения, устройство 2 преобразования, времязадающее устройство 3, источник 4 опорных напряжений, компараторы 5, 6, датчик 7 пусковых импульсов, блок 8 формирования пусковых импульсов тиристора 9, нагревательный элемент 10 и источник питания переменного тока 11. В описании приведены конструкции входящих в устройство блоков. 8 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам обеспечения пожаробезопасности подвижных устройств с нагревательными элементами, и может использоваться в электроутюгах для отключения электропитания нагревательного элемента при неподвижном горизонтальном или вертикальном положении электроутюга.

Известно предохранительное устройство для электроутюга по патенту ФРГ N 3732156, Н05В 1/02, содержащее сенсор положения, таймер, управляющий устройством переключения. Сенсор представляет из себя инерционный переключатель, имеющий три электрода, два из которых замыкаются ртутным шариком в состоянии покоя, а два других при движении корпуса. Таймер состоит из резисторов и конденсатора и питается от сети через выпрямительный диод. Управляющее устройство состоит из газосветной лампы и фотосопротивления. При зарядке конденсатора таймера, которая происходит в состоянии покоя, засвечивается газосветная лампа. Фотосопротивление, освещаемое ею, изменяет свое сопротивление, и срабатывает электромагнит, размыкающий свои контакты, через которые питается нагревательный элемент. Происходит отключение нагревательного элемента от сети, при этом электромагнит, якорь которого уравновешен двумя пружинами, работает в режиме зуммера, извещая об отключении нагревательного элемента.

Недостатками известного устройства являются: значительная нестабильность параметров таймера из-за необходимости получения значительной постоянной времени (30 с для отключения нагревательного элемента в горизонтальном положении и 8 мин в вертикальном) на простой RC-цепи; для олучения такого времени величины сопротивления и емкости должны быть значительными, что связано со значительными габаритами, весом и током утечки, а также большим разбросом параметров резисторов и конденсатора и его тока утечки; эти недостатки увеличиваются из-за того, что элементы таймера подключаются прямо к сети питания, т.е. должны быть высоковольтными, что также снижает их стабильность; наличие ртутного сенсора требует высокой герметичности и надежности изготовления, которые должны сохраняться длительное время эксплуатации; механическое устройство переключения с двумя балансировочными пружинами требует тонкой настройки моментов пружин так, чтобы при срабатывании электромагнита контакты были надежно разомкнуты, а нижний контакт, притягиваясь к якорю, вибрировал как зуммер, не замыкая при этом контактную пару; надежность сохранения такого состояния в течение всего времени эксплуатации не может быть обеспечена из-за старения материала пружин и потери ими упругих свойств и изменения электромагнитной силы электромагнита; наличие контактной пары, по которой протекает сильный ток 5 10 А при напряжении 220 В, уравновешенной пружинами, действие которых должен преодолевать электромагнит, приводит к плавному (не релейному) размыканию контактной пары; такое размыкание может сопровождаться электрической дугой и подгаром контактов, что в процессе эксплуатации приводит к нарушению проводимости контактов и создает возможность их сваривания.

Таким образом, к концу срока эксплуатации известное устройство имеет недостаточную надежность и низкую пожаробезопасность, так как электромагнит может не разомкнуть контакты и нагревательный элемент не отключится от сети питания.

Известно предохранительное устройство для автоматического отключения электропитания подвижных устройств, в частности для электроутюга, по патенту ФРГ N 3702361, Н05В 1/02.

Устройство представляет собой корпус с цилиндрической полостью, имеющей вогнутое дно. В центре дна выполнено отверстие, образующее лунку, в которое при горизонтальном положении западает электропроводный шарик. При западании в отверстие шарик замыкает два первых контактных элемента, замыкание которых электропроводным шариком включает первое сопротивление накала, находящееся в тепловой связи с термореле, выключающим питание нагревательного элемента электроутюга через определенное время. Шарик замыкает эти контакты в горизонтальном положении электроутюга на подошве.

Устройство содержит также два вторых контактных элемента, которые шарик замыкает при положении электроутюга на подставке. Замыкание вторых контактов шариком включает второе сопротивление накала, находящееся также в тепловой связи с термореле, которое размыкает цепь питания нагревательного элемента через другое определенное время.

Время выключения питания в горизонтальном и вертикальном неподвижных состояниях определяется параметрами сопротивлений накала и тепловой связи между ними и термореле.

При горизонтальном возвратно-поступательном движении шарик выскакивает из лунки и, катаясь по вогнутому дну, вновь западает в лунку при останове.

Недостатками известного устройства являются: недостаточная чувствительность устройства к ускорению возвратно-поступательного горизонтального движения из-за наличия лунки на дне корпуса, в которую западает шарик, так как при достаточно плавном движении электроутюга шарик из лунки может не выкатиться, что приведет к отключению нагревательного элемента; время срабатывания термореле определяется временем включенного состояния сопротивления накала и его тепловой инерцией; при плавном движении электроутюга или частых остановах сопротивление накала будет большую часть времени включено шариком, замыкающим первые контакты, что может вызвать отключение нагревательного элемента при нормальной работе; такая возможность вызывает неудобство и дезорганизует работу пользователя; недостаточная пожаробезопасность устройства, связанная с тем, что время включения теплового реле определяется не временными параметрами электросхемы, а тепловой инерцией нагрева сопротивления накала, стабильностью тепловой связи сопротивления накала с термореле, тепловой инерцией термореле и характером движения электроутюга перед его остановом в горизонтальном положении.

Эти параметры зависят от температуры окружающей среды, качества сборки и чистоты поверхностей элементов, длительности эксплуатации и имеют значительный временной разброс; таким образом, время отключения нагревательного элемента колеблется в значительных пределах и не может быть установлено на технически обоснованном уровне; недостаточная пожаробезопасность устройства, связанная с тем, что для отключения нагревательного элемента используется термореле, нагреваемое сопротивлением накала, которое не отключается от сети питания; при длительном нагреве и пониженной теплоотдаче корпуса, которая возникает, например, если оставленный на подошве электроутюг закрыт плотной тканью, нагрев сопротивления накала может привести к перегреву и возгоранию ткани.

Наиболее близким техническим решением является предохранительное устройство для электроутюга по патенту ГДР N 259883, кл. D06F 75/24, содержащее датчик ускорения и положения, выполненный из немагнитного материала, имеющий линейную характеристику, в котором находится тело качения, и устройство преобразования, состоящее из пружины сжатия, выполненной из немагнитного материала, на одном конце пружины укреплен постоянный магнит, приводящий в действие магнитный выключатель, расположенный на другом конце пружины. Выход магнитного выключателя связан с блоком электроники, содержащем времязадающую схему, подключенную к схеме стробирования пускового импульса тиристора, второй вход которой соединен с датчиком пускового импульса, входы датчика соединены с анодом и катодом тиристора, соединенного последовательно с нагревательным элементом и сетью электропитания. Управляющий электрод тиристора соединен с выходом схемы стробирования пускового импульса. Тело качения выполнено из немагнитного материала и имеет вес, больший, чем сила пружины сжатия.

В горизонтальном неподвижном положении пружина сжатия отталкивает постоянный магнит от магнитного выключателя и на его выходе устанавливается высокий потенциал.

В вертикальном неподвижном положении тело качения (шарик) сжимает пружину, магнит приближается к магнитному выключателю и на его выходе устанавливается низкий потенциал.

При движении электроутюга в горизонтальной плоскости шарик из-за ускорения движения сжимает пружину и отталкивается ею в исходное положение. Это приводит к появлению на выходе магнитного выключателя импульсов переключения с высокого потенциала на низкий и наоборот.

Высокий потенциал устанавливает времязадающую схему на малое время (20 - 40 с) формирования выходного сигнала, а низкий потенциал на длительное время (3 4 мин) формирования выходного сигнала.

Выходной сигнал времязадающей схемы запирает схему стробирования пускового импульса, тиристор запирается и нагревательный элемент отключается от электропитания.

Устройство-прототип имеет следующие недостатки.

Сложность динамической балансировки инерционного механизма датчика, связанная с тем, что шарик должен иметь достаточную массу, чтобы при малых ускорениях (горизонтальное спокойное глажение) он мог, сжимая пружину, включать магнитном магнитный выключатель, а пружина должна иметь достаточную упругость, чтобы при горизонтальном неподвижном положении оттолкнуть и удерживать шарик в разжатом состоянии.

Осевой характер датчика ускорения и положения, воспринимающего только ускорение вдоль продольной оси электроутюга, что не позволяет гладить утюгом путем боковых возвратно-поступательных движений, так как такие движения воспринимаются датчиком как неподвижное горизонтальное состояние и нагревательный элемент через 20 40 с отключается.

Кроме того, датчик недостаточно надежно реагирует на неподвижное положение электроутюга, упавшего на бок из вертикального положения. Электроутюг, упавший на бок, может оказаться в полувертикальном положении носом выше задней опоры, например при падении на стопку белья. Тогда сила давления шарика Ро, приведенная к оси датчика, будет равна P_o= G·cosα,
где G вес шарика;
α- угол между вертикалью и продольной оси датчика.

При угле α≅ 60° величина Po≥0,5G, т.е. шарик с силой, равной или большей половины своего веса, сжимает пружину, что может привести к включению магнитного выключателя, и положение упавшего на бок утюга будет оценено как вертикальное. Времязадающая схема сформирует сигнал отключения нагревательного элемента через 3 4 мин (а для современных электроутюгов это время составляет 8 10 мин), что неизбежно приведет к возгоранию ткани.

Необходимость предъявления специфических требований к материалам, из которых изготавливаются пружина, корпус и шарик датчика, так как в датчике используется магнитный переключатель.

Предлагаемое устройство решает задачу выключения электропитания нагревательного элемента электроутюга через заданное для каждого положения предельное время при неподвижном горизонтальном или вертикальном положении и включения нагревательного элемента при возвратно-поступательном движении электроутюга в горизонтальной плоскости в любом направлении с использованием оптоэлектронного датчика движения и положения.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в
повышении чувствительности устройства к ускорению в горизонтальной плоскости за счет свободного перемещения шарика на гладком выгнутом основании без пружин и препятствующих элементов (впадин, контактов и т.п.);
расширении функциональных возможностей, заключающихся в задании необходимой величины чувствительности к ускорению изменением массы шарика;
получении аксиально-симметричной характеристики устройства к ускорению в горизонтальной плоскости за счет симметричной вогнутой сегментообразной поверхности дна замкнутой полости, что обеспечивает использование устройства при возвратно-поступательных движениях в любом направлении в горизонтальной плоскости, в частности для электроутюга при глажении боковыми движениями;
упрощении конструкции устройства за счет отсутствия в датчике электрических контактов и механических частей, требующих балансировки;
повышении точности формирования временных интервалов допустимого неподвижного состояния в горизонтальной и вертикальной плоскостях за счет использования в качестве времязадающего устройства интегратора на основе операционного усилителя и источника опорных напряжений;
повышении точности фиксации временных интервалов допустимого неподвижного горизонтального и вертикального состояния за счет подключения к выходу времязадающего устройства двух компараторов, вторые входы которых подключены к источнику опорных напряжений;
использовании одного датчика движения и положения для отключения нагревательного элемента при неподвижном состоянии в двух плоскостях за счет соединения его выхода с времязадающим устройством и блокировочным входом первого компаратора;
повышении надежности и долговечности устройства за счет новой конструкции датчика движения и положения с безконтактным устройством преобразования, не содержащим контактных и пружинных элементов.

Технический результат изобретения достигается тем, что в предохранительное устройство для отключения питания электроутюга, содержащее датчик движения и положения, имеющий корпус с крышкой, образующие внутреннюю замкнутую полость, в которой размещен свободный шарик, устройство преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал, выход которого соединен с первым входом времязадающего устройства, блок формирования пусковых импульсов, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, а первый вход с выходом датчика пусковых импульсов, первый и второй входы которого соединены с выходами источника питания переменного тока, к которым подсоединены соединенные последовательно нагревательный элемент и переход анод-катод тиристора, введены первый и второй компараторы и источник опорного напряжения, а корпус датчика движения и положения имеет в осевом сечении вогнутое сегментообразное дно с отверстием в нижней точке, в котором установлен светоизлучатель устройства преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал, излучающей поверхностью обращенный в сторону замкнутой внутренней полости корпуса с крышкой датчика движения и положения, на поверхности дна корпуса установлена светопрозрачная прокладка, при этом свободный шарик выполнен светонепроницаемым и имеет диаметр больше диаметра отверстия в нижней точке дна корпуса, а в крышке датчика движения и положения соосно с отверстием в дне корпуса выполнено отверстие, в котором установлен фотоприемник устройства преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал, причем выход фотоприемника соединен с третьим входом первого компаратора, второй вход времязадающего устройства соединен с третьим выходом источника опорных напряжений, а его выход с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам источника опорных напряжений, а выходы соответственно к третьему и второму входам блока формирования импульсов.

Существенными признаками предлагаемого устройства, отличительными от прототипа, являются
выполнение дна внутренней полости датчика движения и положения в виде вогнутого сегмента в осевом сечении с отверстием в нижней точке;
установка светоизлучателя устройства преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал в корпусе, излучающей поверхностью обращенного в сторону замкнутой внутренней полости корпуса с крышкой датчика движения и положения;
установка на поверхности дна корпуса светопрозрачной прокладки;
выполнение свободного шарика светонепроницаемым с диаметром больше диаметра отверстия в нижней точке дна корпуса;
выполнение в крышке датчика движения и положения соосно с отверстием в дне корпуса отверстия, в котором установлен фотоприемник устройства преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал;
первый и второй компараторы, первые входы которых соединены с выходом времязадающего устройства, вторые входы -с соответствующими выходами источника опорных напряжений, а выходы соответственно с вторым и третьим входами блока формирования импульсов;
источник опорных напряжений, выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго компараторов и вторым входом времязадающего устройства;
связь выхода датчика движения и положения с третьим входом первого компаратора.

В неподвижном горизонтальном положении шарик занимает на светопроводящей прокладке нижнюю точку дна корпуса и перекрывает световой поток от светоизлучателя к фотоприемнику. Устройство преобразования формирует на выходе низкий потенциал.

В неподвижном вертикальном положении шарик останавливается на боковой поверхности замкнутой полости, и на выходе устройства преобразования формируется высокий потенциал.

Потенциал (низкий или высокий) с выхода устройства преобразования обеспечивает работу времязадающего устройства в режиме интегрирования, при этом напряжение на его выходе от начального уровня линейно уменьшается в течение времени интегрирования.

Низкий потенциал на выходе устройства преобразования, поступая на третий вход первого компаратора, разрешает сравнение выходного напряжения времязадающего блока с опорным напряжением на втором входе компаратора.

Момент сравнения наступает через заданное предельное время горизонтального неподвижного положения (например, 30 с), и первый компаратор срабатывает и блокирует поступление пусковых импульсов с датчика пусковых импульсов на выход блока формирования пусковых импульсов тиристоров.

Высокий потенциал на выходе устройства преобразования блокирует работу первого компаратора, времязадающее устройство продолжает работать в режиме интегрирования, его выходное напряжение сравнивается на входе второго компаратора с другим опорным напряжением, при этом момент сравнения наступает через заданное предельное время вертикального неподвижного положения (например, 8 мин), второй компаратор срабатывает и аналогично первому компаратору блоирует поступление пусковых импульсов на выход блока формирования пусковых импульсов тиристора.

Тиристор выключается и отключает нагревательный элемент от источника питания.

При наличии ускорения в горизонтальной плоскости в любом направлении шарик смещается с нижней точки дна и открывает путь световому потоку. Так как поверхность светопроводящей прокладки гладкая, не имеет отверстия или мешающих движению шарика контактных элементов, шарик не западает в лунку и в связи с этим чувствительность датчика к ускорению возвратно-поступательного движения выше, чем у прототипа.

Так как шарик в предлагаемом устройстве не связан с необходимостью изготовления его из металла, чувствительность к ускорению может быть значительно увеличена и может меняться в широких пределах выбором материала шарика и изменением его массы.

При возвратно-поступательных движениях в любом направлении в горизонтальной плоскости шарик катается относительно центра дна, пересекая световой поток светоизлучателя, и на выходе устройства преобразования формируются импульсы перехода потенциала с высокого уровня на низкий и наоборот.

Каждый импульс возвращает выходное напряжение времязадающего блока в начальное состояние, и напряжение на его выходе не доходит до напряжения сравнения первого и второго компараторов.

Выходной сигнал обоих компараторов низкого уровня и импульсы с датчика пусковых импульсов поступают на выход блока формирования пусковых импульсов тиристора, включают тиристор, который подключает нагревательный элемент к источнику питания переменного тока.

Наличие в предлагаемом устройстве времязадающего устройства на основе интегратора опорного напряжения позволяет точно сформировать предельные временные интервалы допустимого неподвижного состояния электроутюга, а сравнение выходного напряжения интегратора на входах компараторов с опорным напряжением от точного источника опорных напряжений позволяет точно фиксировать время допустимого неподвижного состояния электроутюга в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что повышает пожаробезопасность электроутюга с предлагаемым устройством.

Отсутствие в датчике движения и положения и в устройстве преобразования пружинных и контактных элементов упрощает конструкцию, повышает надежность и долговечность устройства.

Соединение выхода устройства преобразования с блокирующим входом первого компаратора, выхода времязадающего блока с первыми входами двух компараторов, на вторые входы которых подается разное опорное напряжение от источника опорных напряжений, позволяет использовать один датчик движения и положения для отключения нагревательного элемента в горизонтальном и вертикальном неподвижном положении электроутюга.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - конструкция датчика движения и положения; на фиг.3 пример выполнения устройства преобразования; на фиг.4 пример выполнения схемы времязадающего устройства; на фиг. 5 -пример выполнения источника опорных напряжений; на фиг.6 пример выполнения первого компаратора; на фиг.7 пример выполнения блока формирования пусковых импульсов тиристора; на фиг.8 временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит (фиг.1) датчик движения и положения 1, который состоит (фиг. 2) из корпуса 1.1, имеющего сегментообразное вогнутое дно 1.2 с отверстием 1.3 в нижней точке дна, в которое установлен светоизлучатель 2.1 устройства преобразования 2, крышки 1.4, образующей с корпусом 1.1 замкнутую полость 1.5, с отверстием 1.6, в которое установлен фотоприемник 2.2 устройства преобразования 2, светопрозрачной прокладки 1.8 и шарика 1.7, устройство преобразования 2, времязадающее устройство 3, источник опорных напряжений 4, первый и второй компараторы 5,6, датчик пусковых импульсов 7, блок формирования пусковых импульсов тиристора 8, тиристор 9, нагревательный элемент 10, источник питания переменного тока 11.

Устройство преобразования 2 содержит (фиг.3) светоизлучатель 2.1, фотоприемник 2.2, резисторы 2.3, 2.4, инвертор 2.5.

Времязадающее устройство 3 (фиг.4) содержит делитель опорного напряжения на резисторах 3.1, 3.2, резисторы 3.3.3.6, операционный усилитель 3.7, ключевой транзистор 3.8, конденсатор 3.9, конденсатор 3.10, диод 3.11.

Источник опорных напряжений 4 (фиг.5) содержит конденсатор 4.1, стабилитрон 4.2, диод 4.3, конденсатор фильтра 4.4, делитель на резисторах 4.5, 4.6, конденсатор 4.7, операционный усилитель 4.8, делитель опорных напряжений на резисторах 4.9, 4.10, 4.11 с общей точкой ОТ.

Первый компаратор 5 (фиг.6) содержит диод 5.1, резистор 5.2, операционный усилитель 5.3.

Блок формирования пусковых импульсов тиристора 8 (фиг.7) содержит элемент ИЛИ 8.1, диод 8.2, резисторы 8.3, 8.4, транзисторы 8.5, 8.6, резисторы 8.7.8.9, конденсатор 8.10, резистор 8.11.

На временной диаграмме фиг.8 обозначено напряжение на выходе источника питания 11 1, выходные импульсы датчика пусковых импульсов 7 2, выходные импульсы устройства преобразования 2 3, выходное напряжение времязадающего устройства 3 4, пунктиром обозначены выходные потенциалы источника опорных напряжений на вторых входах компараторов 5, 6, выходной сигнал компаратора 5
5, компаратора 6 6, выходные импульсы блока формирования пусковых импульсов тиристора 8 7, напряжение на выходах нагревательного элемента 10 8.

Буквами на фиг.8 обозначены
а зона горизонтального движения электроутюга;
б зона неподвижного горизонтального положения электроутюга;
в зона выключения нагревательного элемента после срабатывания компаратора 5 (точка Х, график 4);
г зона горизонтального движения электроутюга;
д зона неподвижного вертикального положения электроутюга;
е зона выключения нагревательного элемента после срабатывания компаратора 6 (точка Y, график 4).

Датчик движения и положения 1 предназначен для определения состояния электроутюга и формирования светового сигнала неподвижного горизонтального или вертикального положения электроутюга и наличия его движения и соединен с входом устройства преобразования 2.

Датчик 1 имеет корпус 1.1 с полостью, имеющей сегментообразное вогнутое дно 1.2. В нижней точке дна 1.2 выполнено отверстие 1.3, в которое установлен светоизлучатель 2.1 устройства преобразования 2, например светоизлучающий диод типа Ал341, излучающей частью в сторону замкнутого объема 1.5. Корпус 1.1 закрыт крышкой 1.4, имеющей внутреннюю полость, которая вместе с внутренней полостью корпуса 1.1 образует замкнутую полость 1.5, предназначенную для свободного размещения шарика 1.7.

Шарик 1.7 имеет диаметр больше диаметра отверстия 1.3 в корпусе для перекрытия светового потока светоизлучателя 2.1.

Крышка 1.4 имеет отверстие 1.6, соосное с отверстием 1.3, в которое установлен фотоприемник 2.2 устройства преобразования 2, предназначенный для приема светового излучения от светоизлучателя 1.7 и преобразования его в электрический сигнал.

В горизонтальном неподвижном положении датчика 1 шарик 1.7 занимает на светопроводящей прокладке 1.8 нижнее положение, соответствующее осевой линии отверстия 1.3, и перекрывает свет светоизлучателя 2.1, перекрывая световой поток от светоизлучателя 2.1 к фотоприемнику 2.2.

В вертикальном неподвижном положении датчика 1 шарик 1.7 скатывается на боковую поверхность замкнутой полости 1.5 и световой поток от светоизлучателя 2.1 попадает на фотоприемник 2.2.

При возвратно-поступательном движении датчика 1 в любом горизонтальном направлении шарик катается вокруг положения равновесия, пересекая световой поток светоизлучателя 2.1.

Корпус 1.1 и крышка 1.4 датчика 1 могут быть выполнены из металла или пластмассы и иметь внешнюю форму как в виде цилиндра, так и любую другую.

Корпус 1.1 имеет сегментообразную внутреннюю полость 1.2, симметричную относительно вертикальной осевой линии. В частности, сегментообразная полость 1.2 может быть частью шаровой поверхности большого радиуса. По вертикальной осевой линии в центре сегмента в самой нижней точке дна 1.2 выполнено отверстие для установки светоизлучателя, в частности светодиода 2.1.

Корпус 1.1 и крышка 1.4 соединены так, что образуют замкнутую полость 1.5, в которой свободно может перемещаться шарик 1.7.

На дне 1.2 корпуса 1.1 установлена светопрозрачная прокладка 1.8, выполненная, например, из формующейся полимерной пленки. Прокладка 1.8 перекрывает отверстие 1.8 и обеспечивает гладкую ровную поверхность дна для шарика 1.7 без углубления в центре дна. Такое выполнение дна повышает чувствительность датчика к ускорению, так как шарик не имеет препятствий для движения ни в виде углублений на дне, ни в виде противодействующей пружины, как это имеет место в аналоге и прототипе.

Устройство преобразования 2 предназначено для преобразования светового потока от светоизлучателя 2.1, управляемого шариком 1.7, в электрические сигналы на выходе.

Устройство преобразования 2 может быть выполнено, например, на схеме фиг. 3. Светоизлучатель 2.1 выполнен в виде светодиода с задающим ток резистором 2.3, Фотоприемник 2.3 выполнен в виде фототранзистора, например, типа ФТ-1К с нагрузочным резистором 2.4, к коллектору фототранзистора 2.2 подключен формирующий инвертор 2.5. При неподвижном горизонтальном положении электроутюга, когда шарик 1.7 находится в нижней точке дна на прокладке 1.8 и перекрывает световой поток светоизлучателя 2.1, фотоприемник 2.2 не получает света, его сопротивление велико и на выходе устройства преобразования образуется нулевой сигнал.

При неподвижном вертикальном положении электроутюга, когда шарик 1.7 находится на боковой поверхности замкнутой полости 1.5, светоизлучатель 2.1 освещает фотоприемник 2.2, его выходное сопротивление мало и на выходе устройства преобразования 2 через инвертор 2.5 образуется единичный сигнал.

Времязадающее устройство 3 предназначено для формирования линейно изменяющегося напряжения, величина которого пропорциональна времени, и соединено с первыми входами первого и второго компараторов 5, 6 и с выходом источника опорных напряжений 4.

Времязадающее устройство 3 может быть выполнено, например, по схеме фиг. 4 на основе линейного интегратора на операционном усилителе 3.7 с большой постоянной времени, определяемой конденсатором 39. В режиме интегрирования усилитель 3.7 работает при закрытом транзисторе 3.8. При открытом и насыщенном транзисторе усилитель 3.7 работает в режиме инвертирующего операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления.

Транзистор 3.8 закрыт, когда на вход 1 подан нулевой или единичный потенциал, т.е. когда датчик 1 находится в горизонтальном или вертикальном неподвижном положении, т.к. потенциал на входе 1 не пропускается разделительным конденсатором 3.10. Тогда напряжение на выходе усилителя 3.7 изменяется от начального значения U_нач. в сторону уменьшения относительно общей шины U_n по линейному закону.

Импульсы на входе 1, которые поступают на вход 1 при движении электроутюга, дифференцируются RC-цепью 3.10, 3.11 и включают транзистор 3.8, восстанавливая на выходе интегратора (выход усилителя 3.7) начальное напряжение U_нач.. На вход 2 устройства 3 подается стабилизированное постоянное напряжение от источника опорных напряжений 4, которое на делителе опорного напряжения на резисторах 3.1, 3.2 создает на входе операционного усилителя 3.7 интегрируемую разность потенциалов. Дифференцирующий конденсатор 3.10, диод 3.11 и резисторы 3.4.3.6 служат для включения транзистора 3.8.

Источник опорных напряжений 4 предназначен для формирования высокостабильного постоянного напряжения для измерительной цепи интегратора времязадающего устройства 3 и соединен с его вторым входом и для формирования стабилизированных опорных напряжений на вторых входах компараторов 5, 6, с которыми последовательно сравнивается выходное напряжение интегратора устройства 3.

Источник опорных напряжений 4 может быть выполнен, например, по схеме фиг.5.

Источник 4 имеет стабилизатор переменного напряжения на конденсаторе 4.1 и стабилитроне 4.2, выпрямитель 4.3, фильтр 4.4, входной делитель на резисторах 4.4, 4.5 и сглаживающем конденсаторе 4.7, операционный усилитель 4.8 для развязки выходного напряжения.

Выход усилителя 4.8 подключен к последовательно соединенным резисторам 4.9, 4.10, 4.11, с которых снимаются опорные напряжения, поступающие на вторые входы компараторов 5, 6 (выходы 1, 2) и напряжение на вход 2 времязадающего блока 3.

Компараторы 5, 6, вторые входы которых соединены с выходами источника опорных напряжений 4, предназначены для сравнения величины выходного напряжения с опорным напряжением, поступающим с соответствующего выхода источника 4.

Компаратор 5, формирующий сигнал предельного времени нахождения электроутюга в горизонтальном неподвижном состоянии, соединен третьим входом с выходом устройства преобразования 2.

Компаратор 5, имеющий вход 3 блокировки сравнения напряжений на первом и втором входах, может быть выполнен, например, по схеме фиг.6.

При горизонтальном положении электроутюга с выхода устройства преобразования 2 поступает на вход 3 компаратора 5 низкий потенциал (нулевой сигнал), и диод 5.1 закрыт и не влияет на сравнение напряжений на входах 1, 2.

При неподвижном вертикальном положении электроутюга с выхода устройства преобразования 2 на вход 3 компаратора 5 поступает высокий потенциал (единичный сигнал), открывает диод 5.1 и попадает на инвертирующий вход собственно компаратора 5.3. На еговыходе образуется низкий потенциал независимо от величин напряжений на входах 1 и 2. Этим передается управление на компаратор 6.

При снижении напряжения на первом входе компаратора 5, соединенном с выходом времязадающего устройства 3, до величины опорного напряжения на его втором входе, поступающего с источника опорных напряжений 4, компаратор 5 формирует на выходе высокий уровень, являющийся сигналом того, что электроутюг находится в горизонтальном неподвижном положении заданное время интегрирования.

Компаратор 6 предназначен для формирования сигнала предельного нахождения электроутюга в неподвижном вертикальном состоянии.

Компаратор 6 срабатывает при дальнейшем снижении выходного напряжения интегратора блока 3.

Схема компаратора 6 аналогична схеме компаратора 5 с исключением диода 5.1.

Выходы компараторов 5, 6 соединены со вторым и третьим входами блока формирования пусковых импульсов тиристора 8, первый вход которого соединен с датчиком пусковых импульсов 7.

Датчик пусковых импульсов 7 предназначен для преобразования переменного напряжения источника питания 11 в прямоугольные импульсы, синфазные с переменным напряжением и имеющие положительный фронт при переходе через нуль при нарастании напряжения и отрицательный фронт при переходе через нуль при спаде напряжения.

Датчик пусковых импульсов может быть выполнен на основе операционного усилителя, включенного по схеме нуль-органа (см. книгу П.Хоровиц, У.Хилл "Искусство схемотехники", М. "Мир", 1983, с.213, 245, рис.3.83).

Блок формирования пусковых импульсов 8, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора, а четвертый вход соединен с источником питания переменного тока 11, предназначен для формирования коротких пусковых импульсов, совпадающих с моментами перехода переменного напряжения через нулевой потенциал, при наличии разрешающего потенциала с выхода компаратора 5 и компаратора 6.

Блок 8 может быть выполнен, например, по схеме фиг.7.

Входы 1 и 2 блока 8 соединены со входами элемента ИЛИ 8.1, выход которого через развязывающий диод 8.2 соединен с базой транзистора 8.5 ключевого транзисторного усилителя на транзисторах 8.5, 8.6 с коллекторной нагрузкой на резисторах 8.8, 8.9. Выход усилителя через дифференцирующую цепь из конденсатора 8.10 и резистора 8.11 соединено с выходом блока 8.

Высокий потенциал (или импульс) с компаратора 5 или 6, поступающий на вход элемента ИЛИ 8.1, низкий потенциал с его выхода через диод 8.2 поступает на усилитель 8.5, 8.6 закрывает усилитель. На выходе блока 8 импульсы не формируются.

При наличии на входах 2, 3 блока 8 (входы элемента ИЛИ 8.1) низкого потенциала на выходе элемента ИЛИ 8.1 образуется высокий потенциал, и диод 8.2 закрыт, и импульсы со входа 1 поступают на вход транзисторного усилителя 8.5, 8.6, дифференцируются цепочкой 8.10, 8.11 в моменты перехода переменного напряжения через нулевой потенциал и запускают тиристор 9 по управляющему электроду.

Тиристор 9 соединен последовательно с нагревательным элементом 10 и подключен к источнику питания переменного тока 11.

Тиристор 9 предназначен для подключения нагревательного элемента 10 к источнику питания во включенном состоянии и для отключения нагревательного элемента 10 при выключенном состоянии.

Предохранительное устройство для отключения питания электроутюга работает следующим образом.

При неподвижном горизонтальном положении электроутюга датчик движения и положения расположен так, что шарик 1.7 перекрывает световой поток светоизлучателя 2.1 к фотоприемнику 2.2. На выходеустройства преобразования 2 формируется низкий потенциал (см. фиг.8, график 3, зона б), который на входе 3 компаратора 5 обеспечивает работу компаратора 5 в режиме сравнения выходного напряжения времязадающего устройства 3 с опорным напряжением источника 4 и рарешает работу устройста 3 (вход 1) в режиме интегрирования.

Времязадающее устройство 3, интегрируя постоянное напряжение, поступающее на его второй вход с выхода 3 источника 4, формирует на выходе линейно-убывающее во времени напряжение (см. фиг. 8, график 4 зона б). Через время, предельно допустимое для нахождения электроутюга в горизонтальном неподвижном состоянии, напряжение на выходе устройства 3 сравняется с опорным напряжением (точка Х) на втором входе компаратора 5 (см. фиг.8, график 4, зона б, в), последний сформирует а своем выходе высокий потенциал (см. фиг. 5, график 5 зона в), который запретит прохождение импульсов с выхода датчика пусковых импульсов 7 (см. фиг.8, график 7, зона в) на выход блока 8. Тиритсор 8 выключается и отключает нагревательный элемент 10 от источника питания 11 (см. фиг.8, график 8, зона в).

При неподвижном вертикальном положении датчик движения и положения 1 располагается так, что шарик 1.7 находится на боковой поверхности замкнутого объема 1.5. Световой поток светоизлучателя 2.1 освещает фотоприемник 2.2 и устройство преобразования 2 формирует высокий потенциал (см. фиг.8, график 3, зона д), который блокирует на входе 3 компаратора 5 его работу в режиме сравнения, обеспечивает этим возможность работы компаратора 6. Этот же потенциал на входе 1 времязадающего устройства 3 обеспечивает его работу в режиме интегрирования напряжения, поступающего на вход 3 с источника 4 аналогично интегрированию его при горизонтальном положении электроутюга (см. фиг. 8, график 4, зона д).

Через время предельно допустимое для нахождения электроутюгав неподвижном вертикальном положении, например, 8 мин, напряжение на выходе устройства 3 сравняется с опорным напряжением (точка У) на втором входе компаратора 6 (см. фиг. 8, график 4, зона д, е), последний сформирует на своем выходе высокий потенциал (см. фиг.8, график 6, зона е), который запретит прохождение импульсов с выхода датчика пусковых импульсов 7 на выход блока 8 (см. фиг.8, график 7, зона е), тиристор 8 выключится и отключит нагревательный элемент 10 (см. фиг.8, график 8, зона е).

При движении электроутюга в горизонтальной плоскости в любом направлении шарик 1.7 от действия ускорения при возвратно-поступательном движении пересекает световой поток светоизлучателя 2.1, на выходе устройства преобразования 2 формируются импульсы напряжения (см. фиг.8, график 3, зоны а, в), фронт каждого импульса, поступая на вход 1 времязадающего устройства 3 устанавливает его в начальное состояние, прерывая интегрирование опорного напряжения, поступающего на вход 2 от источника 4 (см. фиг.8, график 4). Компараторы 5, 6 не срабатывают, на их выходах остаются низкие потенциалы, разрешающие прохождение импульсов от датчика пусковых импульсов 7 (см. фиг.8, график 7, зоны а, б, г, д).

Пусковые импульсы, усиленные блоком формирования пусковых импульсов 8, включают тиристор 9, который подключает нагревательный элемент 10 к источнику питания 11 (см. фиг.8, график 8, зоны а, б, г, д).

При остановке электроутюга в горизонтальном или вертикальном положении через заданное предельное время пусковые импульсы на выходе блока 8 перестают формироваться, тиристор 9 отключается и отключает нагревательный элемент 10 от источника питания 11 (см. фиг.8, график 8, зоны в, е).

Формула изобретения

Предохранительное устройство для отключения питания электроутюга, содержащее датчик движения и положения, имеющий корпус с крышкой, образующие внутреннюю замкнутую полость, в которой размещен свободный шарик, устройство преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал, выход которого соединен с первым входом времязадающего устройства, блок формирования пусковых импульсов, выход которого соединен с управляющим входом тиристора, а первый вход с выходом датчика пусковых импульсов, первый и второй входы которого соединены с выходами источника питания переменного тока, к которым подсоединены соединенные последовательно нагревательный элемент и переход анод катод тиристора, отличающееся тем, что корпус датчика движения и положения имеет в осевом сечении вогнутое сегментообразное дно с отверстием в нижней точке, в котором установлен светоизлучатель устройства преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал, излучающей поверхностью обращенный в сторону замкнутой внутренней полости корпуса с крышкой датчика движения и положения, на поверхности дна корпуса установлена светопрозрачная прокладка, при этом свободный шарик выполнен светонепроницаемым и имеет диаметр больше диаметра отверстия в нижней точке дна корпуса, а в крышке датчика движения и положения соосно с отверстием в дне корпуса выполнено отверстие, в котором установлен фотоприемник устройства преобразования положения свободного шарика в электрический сигнал, причем выход фотоприемника соединен с третьим входом первого компаратора, второй вход времязадающего устройства соединен с третьи выходом источника опорных напряжений, а его выход с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам источника опорных напряжений, а выходы
соответственно к третьему и второму входам блока формирования пусковых импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8