СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЕМ
HEATER CONTROL SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе управления нагревателем. Она подходит для электрических нагревателей, используемых в системах вентиляции и/или кондиционирования воздуха.
В разных заявках известен ряд решений для систем управления нагревательными устройствами. Среди них можно упомянуть системы, специально предназначенные для управления мощностью нагревателей в блоках транспортирования воздуха и кондиционирования воздуха. Они выполняют функцию включения и выключения электрических нагревателей с помощью твердотельных реле, которыми управляет сигнал от системы управления. В известных системах управления нагревателями с двумя твердотельными реле есть ШИМ-контроллер (с широтно-импульсной модуляцией), между главным контроллером и реле, который, в зависимости от сигнала от главного контроллера, отправляет на реле необходимые сигналы, управляющие временем включения и выключения нагревателей.
В описании патента PL 194636 Польши раскрывается система автоматического управления работой нагревателей с валом, соединенная с электронным устройством для измерения температуры. В ней есть электромагнитные реле и дополнительные реле, в которых управляющие катушки и группа контактов соединены подходящим образом с контактами устройств измерения температуры, датчиком времени, переключающим элементом на монтажной плате, вспомогательной системой монтажной платы и силовыми схемами.
В патентной заявке US 2002/0096511 описывается устройство управления температурой для электрического нагревательного оборудования. Оно содержит твердотельные реле, соединенные между источником переменного тока и электрическим нагревательным оборудованием, соединенным с контроллером. Контроллер содержит процессор с интерфейсом данных и дисплей, питаемые схемой выпрямителя с адаптером переменного тока. Аналоговые входы соединены с температурными датчиками нагревательных элементов и входной схемой выпрямителя. Центральный процессор выдает управляющие сигналы для переключения реле. Твердотельные реле обеспечивают постоянное или прерывистое входное напряжение переменного тока, отрезая один цикл формы волны от формы волны входного напряжения переменного тока.
В европейской патентной заявке EP 2365732 A1 описывается система и способ управления мощностью, подаваемой на нагревательный элемент. Система содержит источник напряжения переменного тока, выпрямитель для обеспечения необходимого напряжения, контроллер с ШИМ-модулятором и модулятор напряжения постоянного тока для достижения определенного уровня напряжения и подачи аналогового напряжения на нагревательный элемент, исходя из сигнала широтно-импульсной модуляции. Система также имеет пользовательский интерфейс, температурный датчик, микроконтроллер, соединенный с модулятором напряжения, и схему обратной связи модулятора между модулятором напряжения и микроконтроллером. В данной системе установленная целевая температура сравнивается с измеренной фактической температурой, и модулируется сигнал широтно-импульсной модуляции, исходя из результата сравнения температур. Следующий сигнал модулируется, исходя из закодированного результата сравнения ожидаемого и фактического значений напряжения постоянного тока, и ожидаемое значение постоянного тока, закодированное в сигнале широтно-импульсной модуляции, изменяется, исходя из результата сравнения температур и/или результата сравнения напряжений.
Система управления нагревателем, имеющая электрические нагревательные элементы, питаемые от источника трехфазного переменного тока через твердотельные реле, соединенные с контроллером, и снабженная блоком предохранительного выключателя согласно настоящему изобретению, характеризуется тем, что каждый из нагревательных элементов соединен с отдельным твердотельным реле пропорционального управления, и все твердотельные реле пропорционального управления соединены с контроллером через повторитель управляющих сигналов.
Повторитель управляющих сигналов представляет собой операционный усилитель, вход которого соединен с аналоговым выходом контроллера малой амперной нагрузки, и выход соединен со входом управления каждого из трех нагревательных элементов, соединенных по симметричной схеме соединения «треугольником».
Предпочтительно, повторитель управляющих сигналов получает питание от внешнего источника.
Преимущество настоящего изобретения заключается в более эффективном управлении нагревательными элементами стандартным промышленным контроллером с использованием твердотельных реле пропорционального управления.
На графическом материале проиллюстрирован вариант осуществления системы управления нагревателем согласно настоящему изобретению, при этом на фиг. 1 показана конфигурация подачи питания и управления, и на фиг. 2 показана конфигурация повторителя управляющих сигналов.
В примерном варианте осуществления система управления нагревателем выполнена для вентиляции нагревателя, имеющего три нагревательных элемента G, соединенных по симметричной схеме соединения «треугольником» и получающих питание от системы трехфазного питания с переменным током 400 В, 50 Гц. Система снабжена основным переключателем Q и блоком предохранительного выключателя, состоящим из электромагнитного контактора K1, объединенного с термостатом A и выключателем B давления. Термостат A измеряет температуру внутри нагревателя, - если она превышает определенное значение, происходит отключение источника питания. Благодаря использованию выключателя B давления, осуществляют измерение статического давления вентилятора, - если вентилятор не работает, подача питания будет отсутствовать. Каждый из трех нагревательных элементы G соединен с отдельным твердотельным реле K1, K2, K3 пропорционального управления. Вход управления каждого из твердотельных реле пропорционального управления соединен с выходом операционного усилителя, который представляет собой повторитель W управляющих сигналов, вход которого соединен с аналоговым выходом контроллера S с малым коэффициентом использования тока.
Повторитель управляющих сигналов имеет напряжение в 24 В, подаваемое от внешнего источника Z питания, для исключения вероятности перегрузки контроллера. Контроллер S согласно одному из двух обычных промышленных стандартов обеспечивает аналоговый выход в диапазоне 0-10 В, с малым коэффициентом использования тока. Для каждого используемого твердотельного реле K1, K2, K3 пропорционального управления требуется ток управления, максимальное значение которого составляет 20 мА. Для одновременного управления тремя реле требуется суммарный ток управления не более 60 мА, что создает излишнюю нагрузку для одного контроллера S. Повторитель W управляющих сигналов отделяет выход контроллера S от силы тока управления твердотельных реле K1, K2, K3 пропорционального управления и усиливает управляющий сигнал, подаваемый от контроллера S. В системе используются реле, которыми управляет токовый сигнал 4-20 мА, и повторитель W управляющих сигналов реализован в виде операционного усилителя в системе, обеспечивающей входное полное сопротивление больше 70 Q выходного каскада на биполярном транзисторе с высокой допустимой нагрузкой по току. Аналоговый сигнал согласно промышленному стандарту в 0-10 В, не более 1 мА, подается из контроллера S на вход повторителя W управляющих сигналов, и его выходной сигнал составляет 0-10 В, не более 100 мА, с обеспечением требуемого для одновременного управления тремя реле значения тока управления в диапазоне 12-60 мА.
Система согласно настоящему изобретению, благодаря использованию твердотельных реле пропорционального управления, обеспечивает более эффективное управление нагревательными элементами нагревателя, продлевая их срок службы, и использование повторителя управляющих сигналов обеспечивает возможность управления данным типом реле с помощью стандартного промышленного контроллера, вместо отдельного контроллера для каждого реле.