УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ИЗДЕЛИЯ ОТ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ И ПРОНИКНОВЕНИЯ ВЛАГИ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам, обеспечивающим защиту от переохлаждения при помощи нагрева электронных изделий, содержащих электрические силовые приборы, электролитические конденсаторы, дроссельные элементы и т.д., которые одновременно защищаются от проникновения влаги.
Известен ряд электронных изделий, работающих в широком диапазоне температур окружающего воздуха, например, от минус 60 до плюс 40°С, в полевых условиях, без постоянного обслуживающего персонала. Устройства могут быть расположены в труднодоступных местах, например, системы управления установок погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН). Такие устройства включают в себя комплектную трансформаторную подстанцию или комплектное устройство управления и защиты, а также специальный трансформатор. Другим примером указанных устройств можно назвать, например, статические преобразователи и т.п.
Названные условия работы накладывают жесткие требования по степени защиты указанных изделий от электропроводной пыли, проникновения влаги и переохлаждения. Решения, которые используются в электронных изделиях для выполнения требований по защите, различны.
Известно радиоэлектронное устройство, представленное в патенте Российской Федерации на изобретение №2042294, М. кл. 6 Н 05 К 7/20, H 01 L 25/04, опубл. 20.08.1995, Бюл. №23.
Данное устройство включает герметичный контейнер, внутри которого на вертикальных стенках неподвижно установлены электронные изделия. В контейнере находятся нагреватели, которые погружены в диэлектрическую жидкость. В диэлектрическую жидкость затоплена также часть электронных
изделий, которые представляют собой полупроводниковые кристаллы, установленные на монтажных платах. Часть контейнера известного устройства образует конденсатор. Нагреватели и электронные изделия электрически связаны с сетью питания и блоком управления. После включения нагревателей с некоторой задержкой, достаточной для формирования пленки жидкости, включаются и электронные изделия, работающие одновременно с нагревателями. Таким образом, достигается такой нагрев жидкости, который достаточен для поддержания необходимой интенсивности ее кипения для эффективного охлаждения кристаллов. Известное устройство используется в системах охлаждения вычислительных машин с высоким быстродействием и не может быть применено без доработки для указанных выше электронных изделий в процессе их защиты от переохлаждения и проникновения влаги.
Известно устройство для нагрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, описанное в патенте Российской Федерации на изобретение №2229757, М. кл. 7 H 01 L 23/36, Н 05 К 7/20, опубл. 27.05.2004.
Устройство состоит из охладителя, на котором размещены электронные изделия (силовые полупроводниковые элементы) и датчик температуры. Под охладителем установлена емкость, входящая в состав замкнутого контура нагрева и заполненная незамерзающей жидкостью. Нагреватель может быть расположен в емкости с жидкостью. Устройство включает также насос, напорный трубопровод, расширительный бачек с жидкостью и сливной трубопровод. Кроме того, устройство снабжено блоком управления, электрически связанным с датчиком температуры, электронагревателем и насосом. Блок управления регулирует температуру жидкости в режиме нагрева и охлаждения. При низкой температуре окружающего воздуха по команде с блока управления включается нагреватель. После нагрева жидкости включается насос и жидкость через него, а также напорный трубопровод поступает в охладитель и нагревает его. Тепло от охладителя передается силовым полупроводниковым приборам.
После нагрева охладителя сигнал с датчика температуры поступает в блок управления, который отключает электронагреватель и насос и включает преобразователь. Известное устройство не предусматривает защиту электронных изделий от проникновения влаги и сложно в реализации.
Известна конструкция встраиваемого блока управления, который используется в комплектных устройствах управления и защиты УЭЦН. (См. патент Украины на полезную модель №766, М. кл. 7 Н 05 К 5/00, опубл. 15.03.2001, Бюл. №2, а также свидетельство Российской Федерации на полезную модель №15945, М. кл. 7 Н 05 К 5/00, опубл. 20.11.2000, Бюл. №32).
Конструкция известного блока управления комплектного устройства обеспечивает одновременную защиту электронных изделий, размещаемых в его корпусе, как от переохлаждения, независимо от рабочего режима блока, так и от проникновения влаги. Указанный блок содержит такие элементы как датчик температуры и нагреватель. Блок управления включает также составной корпус, клавиатуру и элементы световой и символьной индикации, размещенные под светопропускающей пленкой, которая неподвижно закреплена со стороны передней плоскости корпуса. Блок управления электрически связан с датчиком температуры и нагревателем и по сигналу от датчика температуры, при понижении ее ниже критического значения, формирует сигнал на включение нагревателя или отключение его, когда температура достигает значения, соответствующего температуре, заданной для работы электронного изделия без подогрева. Указанные признаки являются общими с заявляемой конструкцией. Условные обозначения для клавиатуры, элементов световой и символьной индикации могут быть изображены, например, на упругой пленке.
Известное устройство не предусматривает защиту от переохлаждения именно силовых электронных изделий комплектного устройства, например, дроссельных элементов, электролитических конденсаторов и других силовых приборов.
В основу полезной модели поставлена задача разработки такого устройства, в котором совместное использование алгоритма работы блока управления в процессе защиты от переохлаждения, а также элементов его конструкции, обеспечивающей защиту от проникновения влаги, которые дополнены новыми конструктивными узлами, обеспечивают надежную защиту выше указанных электронных изделий от жестких условий работы при минимальном количестве средств.
Для решения поставленной задачи усовершенствуется устройство для защиты электронного изделия от переохлаждения и проникновения влаги, содержащее датчик температуры и нагреватель. Блок управления известного устройства включает составной корпус, клавиатуру и элементы световой и символьной индикации, размещенные под светопропускающей пленкой, которая неподвижно закреплена со стороны передней плоскости корпуса. Блок управления электрически связан с датчиком температуры и нагревателем. При понижении температуры ниже критического значения, по сигналу от датчика температуры блок управления формирует сигнал на включение нагревателя или отключение его, когда температура достигает значения, соответствующего температуре, заданной для работы электронного изделия без подогрева.
Согласно полезной модели устройство дополнительно содержит контактор, электрически связанный с питающей сетью, блоком управления и электронным изделием, которое неподвижно установлено совместно с датчиком температуры и нагревателем внутри составного герметичного бака, заполненного незамерзающей, изолирующей и несмешиваемой с водой жидкостью, например, трансформаторным маслом. При этом блок управления по достижении температуры, заданной для работы электронного изделия без подогрева, формирует сигнал на постоянное включение контактора.
Блок управления содержит, например, триггер и схему сравнения, один из входов которой связан с выходом датчика температуры, а второй
подключен к источнику сигнала, соответствующего значению температуры, заданной для работы электронного изделия без подогрева. Первый выход схемы сравнения связан с управляющим входом реле, вход которого подключен к сети питания, а выход к нагревателю. При этом второй выход схемы сравнения соединен с входом триггера, выход которого связан с входом управления контактора, другие входы которого подключены к сети питания, а выходы к электронному изделию.
Использование в качестве теплоносителя жидкости с определенными свойствами, которая покрывает электронное изделие, датчик температуры и нагреватель, при управлении устройством независимо от рабочего режима электронного изделия, по сигналам от датчика температуры, обеспечивает решение проблемы защиты от переохлаждения электронного изделия простыми средствами. При этом совместное размещение электронного изделия, нагревателя и датчика температуры в баке, который заполнен именно незамерзающей, изолирующей и несмешиваемой с водой жидкостью, например, трансформаторным маслом, позволяет теми же средствами, что и при защите от переохлаждения, дополнительно защитить изделие от влаги и даже от электропроводной пыли, что повышает надежность.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема предложенного устройства для защиты электронного изделия от переохлаждения и проникновения влаги, на фиг.2 - пример конструктивного выполнения блока управления, на фиг.3 - функциональная схема блока управления.
Устройство для защиты электронного изделия от переохлаждения и проникновения влаги (фиг.1) содержит датчик температуры 1, нагреватель 2 и блок управления 3, который может быть встраиваемым. Устройство дополнительно включает контактор 4, электрически связанный с блоком управления 3 и с помощью клемм 5 с питающей сетью, и составной герметичный бак 6, заполненный незамерзающей, изолирующей и несмешиваемой с водой жидкостью 7, например, трансформаторным маслом.
В баке 6 неподвижно установлены электронное изделие 8, электрически связанное с контактором 4, датчик температуры 1 и нагреватель 2. При этом датчик температуры 1 и нагреватель 2 электрически связаны с блоком управления 3, так что выход датчика температуры 1 подключен на вход блока 3, выход которого связан с входом нагревателя 2.
Незамерзающая, изолирующая и несмешиваемая с водой жидкость 7, например, трансформаторное масло, полностью покрывает электронное изделие 8, нагреватель 2 и датчик температуры 1. При этом блок управления 3, независимо от рабочего режима и до включения электронного изделия, по сигналу от датчика температуры 1, при понижении температуры (Т) до значения ниже критической, соответствующей заданной температуре (Тзад) для работы электронного изделия 8 без подогрева (Т<Тзад), формирует сигнал на включение нагревателя 2 или отключение его, когда температура (Т), контролируемая датчиком температуры 1, достигает заданного значения Тзад. При этом блок управления 3 по достижении температуры (Т), значения заданной для работы электронного изделия без подогрева - (Тзад) (Т≥Тзад), формирует сигнал на постоянное включение контактора 4.
Вход управления контактора 4 электрически связан с выходом управления блока 3. Другие входы контактора подключены к сети питания через клеммы 5, а выходы - к электронному изделию 8. Выходы электронного изделия 8 связаны через клеммы 9 с потребителем (на чертеже не показан). Электрические связи элементов 1, 2 и 8, размещенных в баке 6, конструктивно выполнены в виде герметичных вводов 10. Такая компоновка бака 6 исключает проникновение в него влаги.
Блок управления 3 (фиг.2) включает, например, составной корпус 11. Передняя панель 12 корпуса 11 закрыта упругой светопропускающей пленкой 13, установленной со стороны передней плоскости корпуса, где изображены условные обозначения для клавиатуры 14, а также элементов световой 15 и символьной 16 индикации. Блок 3 включает также печатную плату 17 и как минимум один электрический разъем 18, размещенный,
например, на задней стенке корпуса 11. Пленка 13, например, неподвижно закреплена на панели 12 и закрывает с наружной стороны отверстия в ней для клавиатуры и элементов световой и символьной индикации. В качестве клавиатуры 14 в предлагаемом устройстве может быть использована мембранная клавиатура, расположенная под пленкой 13. Такая конструкция блока 3 исключает проникновение в него влаги.
Функциональная схема блока 3, используемая для автономного управления защитой от переохлаждения (фиг.3), содержит например, схему сравнения 19, один из входов которой связан с выходом датчика температуры 1, а второй подключен к источнику сигнала Тзад, соответствующего температуре, заданной для работы электронного изделия 8 без подогрева. Первый выход схемы сравнения 19 связан с управляющим входом реле 20, вход которого подключен к сети питания, а выход - к нагревателю 2. Второй выход схемы сравнения 19 соединен с входом триггера 21, выход которого связан с входом управления контактора 4, другие входы которого подключены к сети питания через клеммы 5, а выходы к электронному изделию 8.
Устройство в процессе защиты от переохлаждения электронного изделия 8, размещенного в баке 6, заполненном трансформаторным маслом, работает следующим образом.
При подаче напряжения от источника питания на клеммы 5 включается блок управления 3. Если температура жидкости 7 в баке 6 ниже, чем Тзад, загорается элемент световой индикации 15, который индицирует состояние подготовки к рабочему режиму устройства. При этом на элементах символьной индикации 16 появляется надпись с указанием температуры жидкости 7 в баке 6. В этом состоянии контакты контактора 4 разомкнуты, а контакты реле 20, через которые подается напряжение на нагреватель 2, замкнуты. Нагреватель 2, нагревая жидкость 7, обеспечивает нагрев электронного изделия 8 и датчика температуры 1 в процессе теплообмена. По достижении температуры (Т), контролируемой датчиком температуры 1,
значения Тзад происходит отключение нагревателя 2, и элемент световой индикации 15 индицирует разрешение к включению рабочего режима электронного изделия 8. При этом сигнал разрешения запоминается триггером 21, который через контактор 4 подключает электронное изделие 8 к питающей сети. Элементы световой индикации 15 показывают включение рабочего режима электронного изделия 8. На элементах символьной индикации 16 отображается надпись, указывающая на наличие напряжения на входах электронного изделия 8.
Описанная выше автономная работа блока управления 3 в режиме защиты от переохлаждения, которая иллюстрировалась элементами световой и символьной индикации, обеспечивалась работой входящих в него схемы сравнения 19 и триггера 21. При этом схема 19 сравнивает сигнал от датчика температуры 1 (Т) с сигналом (Тзад), соответствующим температуре, заданной для работы электронного изделия 8 без подогрева. Если Т<Тзад, то с первого выхода схемы сравнения 19 подается сигнал на реле 20, которое подключает нагреватель 2 к питающей сети через клеммы 5. По достижении сигнала от датчика температуры 1 (Т) значения, соответствующего Тзад, реле 20 отключает нагреватель 2, а со второго выхода схемы сравнения 19 подается сигнал на вход триггера 21. Данный сигнал запоминается триггером 21 и поступает на вход управления контактора 4. Контактор замыкается и через него подается напряжение на электронное изделие 8.