ОБОГРЕВАТЕЛЬ
HEATER

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано в устройствах, преобразующих электрическую энергию в тепловую.
Известны обогреватели, в которых используются термовыключатели на основе биметаллических пластин [1,2]. Основными недостатками данных устройств являются относительно низкая надежность, невысокая точность поддерживаемой температуры, широкая зона гистерезиса.
Известны обогреватели, в которых величина тока через нагревательный элемент регулируется симистором, а контроль осуществляется внешним устройством на основе микропроцессора [1,2]. Недостатками являются высокая стоимость, низкая надежность.
Прототип [3,] имеет недостатки, заключающиеся в сложности технологии изготовления, высокой стоимости и низкой надежности.
Цель изобретения - повышение надежности, снижение стоимости, улучшение производственных и эксплуатационных характеристик обогревателей.
Указанная цель достигается тем, что:
обогреватель, сетевой питающий кабель которого, состоящий из двух силовых проводников, а при необходимости заземления защитного корпуса или деталей конструкции нагревательного элемента, из трех проводников, подводится к защитному корпусу, внутри которого первый силовой проводник питающего кабеля подключен к первому силовому проводнику разделительного кабеля непосредственно, а второй силовой проводник сетевого кабеля подключен ко второму силовому проводнику разделительного кабеля через ключ переменного тока, состоящий минимум из двух полевых транзисторов и связанный со схемой управления, включающей в себя датчик температуры и устройство установки температуры срабатывания, связанное с блоком питания, подключенным к силовым проводникам питающего кабеля и при необходимости к точке соединения ключа переменного тока со вторым силовым проводником разделительного кабеля, на противоположной стороне которого силовые проводники подключены к нагревательному элементу.
На фиг. 1 показана функциональная схема обогревателя.
Обогреватель, сетевой питающий кабель которого 1, состоящий из двух силовых проводников, а при необходимости заземления защитного корпуса 2 или деталей конструкции нагревательного элемента 14, из трех проводников, подводится к защитному корпусу 2, внутри которого первый силовой проводник 3 питающего кабеля 1 подключен к первому силовому проводнику 4 разделительного кабеля 5 непосредственно, а второй силовой проводник 6 сетевого кабеля 1 подключен ко второму силовому проводнику 7 разделительного кабеля 5 через ключ переменного тока 8, состоящий минимум из двух полевых транзисторов и связанный со схемой управления, включающей в себя датчик температуры 10 и устройство установки температуры срабатывания 11, связанную с блоком питания 12, подключенным к силовым проводникам питающего кабеля 1 и при необходимости к точке соединения ключа переменного тока 8 со вторым силовым проводником 7 разделительного кабеля 5, на противоположной стороне которого силовые проводники подключены к нагревательному элементу 13.
Работает обогреватель следующим образом.
Датчик температуры 10 измеряет температуру защитного корпуса 2, а схема управления 9 сравнивает это значение с величиной, заданной в устройстве установки температуры срабатывания 11, и в зависимости от величины и знака разницы включает или выключает ключ переменного тока 8, что приводит к выделению нагревательным элементом 13 нужного количества тепловой энергии. До тех пор, пока мощности нагревательного элемента будет достаточно, снижения температуры окружающей среды ниже значения, установленного в 11, происходить не будет.
Длина разделительного кабеля 5 определяется приемлемым количеством тепловой энергии, поступающей к защитному корпусу от нагревательного элемента.
Кроме тепловой энергии, поступающей через разделительный кабель, на точность определения температуры окружающей среды датчиком температуры влияет тепловая энергия, выделяющаяся в источнике питания и схеме управления, а также энергия, выделяющаяся при протекании тока через транзисторы.
В связи с инерционностью тепловых процессов количество включений транзисторов в единицу времени мало, соответственно и среднее значение тока на заряд емкостей исток - затвор мало. Мощность потребления схемы управления несколько милливатт, а мощность потребления блока питания порядка 10 милливатт, поэтому они тоже практически не влияют на температуру защитного корпуса.
Удвоенное значение сопротивления сток-исток, достаточно высоковольтного и одного из самых дешевых полевых транзисторов IRF740, составляет 1,1 Ома. При мощности нагревательного элемента 100 ватт и работе обогревателя от сети 220 вольт в защитном корпусе выделится не более 0,3 ватта. Экспериментальные исследования показали, что 0,3 ватта приводят к появлению разницы температур между защитным корпусом с двумя подсоединенными кабелями и окружающей средой не более чем в несколько десятых долей градуса Цельсия. С увеличением мощности обогревателя выделяющаяся в защитном корпусе мощность будет расти пропорционально квадрату тока. Поэтому целесообразно использовать транзисторы с более низким значением сопротивления исток-сток и их параллельное соединение.
Предлагаемый обогреватель, по сравнению с прототипом, дешевле, удобней в эксплуатации, технологичнее и надежнее, так как состоит из меньшего количества комплектующих элементов и не имеет узлов, работающих при высоких температурах [3, 4].
Недостатком предлагаемого обогревателя является необходимость ограничения температуры на поверхности нагревательного элемента, сужающая область его применения. Поэтому предлагаемый обогреватель наиболее эффективен при использовании в качестве нагревательного элемента саморегулирующегося кабеля [5], терморезисторов [6] или резистивных нагревателей, перегрев которых по каким-либо причинам невозможен.
Источники информации
1. http://www.rizur.ru/cat_osha.htm
2. http://www.neotechnology.ru/products/view/1428
3. Патент РФ №151977
4. Патент РФ №2592859
5. https://www.obogrev.net/catalog/cable/samreg/
6. http://monolit.by/ru/