ОБОГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использована во вторичных источниках питания.
Известны обогреватели шкафов автоматики (ОША), в которых подключение и отключение нагревательного элемента от сети осуществляется при помощи биметаллических термовыключателей. [1]
Они имеют следующие недостатки.
1. Низкая надежность.
2. Ограниченное количество срабатываний биметаллических термовыключателей
3. Низкая точность стабилизации температуры радиатора.
4. Широкая зона гистерезиса.
5. Высокая стоимость.
Известны ОША, в которых симистором управляет цифровой интеллектуальный блок. [2]
Прототип имеет следующие недостатки.
1. Высокая стоимость.
2. Большие массогабаритные характеристики обогревателя.
3. Низкое значение максимальной температуры обогревателя.
4. Необходимость использования высокотемпературного кабеля с большим количеством проводников.
5. Относительно большое потребление электрической энергии в режиме ожидания.
6. Сложность изготовления и эксплуатации.
7. Относительно низкая надежность.
Цель полезной модели - уменьшение стоимости и массогабаритных показателей обогревателя, увеличение максимальной температуры радиатора, сокращение количества проводников в высокотемпературном кабеле, уменьшение потребления электрической энергии в режиме ожидания, упрощение изготовления и эксплуатации, а также повышение надежности обогревателя.
Поставленная цель достигается тем, что питающий кабель обогревателя, состоящий из трех проводников, подводится к защитному корпусу, внутри которого сетевые проводники подключены к первой части схемы управления обогревателя, включающей в себя первое программируемое температурное реле и первый вторичный источник питания, а из защитного корпуса выходит кабель, состоящий из четырех проводников, два из которых связаны с напряжением сети, один с заземлением, и один с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, с другого конца кабеля, проводники, связанные с напряжением сети, подключены ко второй части схемы управления обогревателя и, последовательно соединенным, ключевому и нагревательному элементам, проводник заземления подключен к радиатору, а проводник, связанный с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, подключен к входу второй части схемы управления обогревателя, содержащей второй вторичный источник питания, второе программируемое температурное реле и генератор коротких импульсов, при этом, выход второй части схемы управления обогревателя подключен к управляющему входу ключевого элемента.
Во вторую часть схемы управления обогревателем, содержащую второй вторичный источник питания, второе программируемое температурное реле и генератор коротких импульсов, дополнительно установлен, синхронизированный с фазой напряжения сети, формирователь стробирующих импульсов.
На Фиг. 1 показана упрощенная принципиальная схема обогревателя.
Питающий кабель обогревателя (Фиг. 1) 1, состоящий из трех проводников, подводится к защитному корпусу 4, внутри которого сетевые проводники подключены к первой части схемы управления обогревателя 3, включающей в себя первое программируемое температурное реле 5 и первый вторичный источник питания 6, а из защитного корпуса 4 выходит кабель 2, состоящий из четырех проводников, два из которых связаны с напряжением сети, один с заземлением, и один с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя, с другого конца кабеля, проводники, связанные с напряжением сети, подключены ко второй части схемы управления обогревателя 10 и, последовательно соединенным, ключевому 11 и нагревательному 12 элементам, проводник заземления подключен к радиатору 13, а проводник, связанный с цифровым выходом первой части схемы управления обогревателя 3, подключен к входу второй части схемы управления обогревателя 10, содержащей второй вторичный источник питания 7, второе программируемое температурное реле 8 и генератор коротких импульсов 9, при этом, выход второй части схемы управления обогревателя 10 подключен к управляющему входу ключевого элемента 11.
Во вторую часть схемы управления обогревателем 10, содержащую второй вторичный источник питания 7, второе программируемое температурное реле 8 и генератор коротких импульсов 8, дополнительно установлен, синхронизированный с фазой напряжения сети, формирователь стробирующих импульсов.
Работает обогреватель следующим образом.
Как только температура окружающей среды опускается до нижней точки срабатывания первого программируемого температурного реле 5, цифровой сигнал с выхода первой части схемы управления обогревателя 3 поступает на вход второй части схемы управления обогревателя 10 и импульсы с генератора коротких импульсов 9 поступают на выход второй части схемы управления обогревателя 10 и управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 замыкается, по нагревательному элементу 12 начинает протекать ток, температура радиатора 13 начинает повышаться, и, как только температура радиатора 13 и второго программируемого температурного реле 8 достигнет верхнего запрограммированного значения температуры, перестают поступать импульсы с выхода второй части схемы управления обогревателя 10 на управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 размыкается, поступление энергии от сети в нагревательный элемент 12 прекращается и радиатор постепенно остывает. Как только температура радиатора и второго программируемого температурного реле опустится до нижней запрограммированной точки, снова появляются импульсы на управляющем входе ключевого элемента 11, он замыкается, энергия начинает поступать в нагревательный элемент 12, температура радиатора 13 повышается. Этот процесс повторяется до тех пор, пока постепенно повышающаяся температура окружающей среды, защитного корпуса 4 и первого температурного реле не достигнут верхней, установленной в первом программируемом температурном реле, величины. Цифровой сигнал с выхода первой части схемы управления обогревателя 3 не поступает на вход второй части схемы управления обогревателя 10 и импульсы с генератора коротких импульсов 9 не поступают на выход второй части схемы управления обогревателя 10 и управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 размыкается, по нагревательному элементу 12 ток не протекает, температура радиатора 13, окружающей среды, защитного корпуса 4 и программируемого температурного реле 5 начинают понижаться. Как только температура окружающей среды и первого программируемого температурного реле 5 достигнет нижнего запрограммированного значения температуры, цифровой сигнал с выхода первой части схемы управления обогревателя 3 поступает на вход второй части схемы управления обогревателя 10. Импульсы с генератора коротких импульсов 9 поступают на выход второй части схемы управления обогревателя 10 и управляющий вход ключевого элемента 11. Ключевой элемент 11 замыкается, по нагревательному элементу 12 начинает протекать ток, температура радиатора 13 и окружающей среды начинают повышаться.
Таким образом, обеспечивается ограничение температуры радиатора 13 и за счет стабилизации температуры окружающей среды - обогрев различных предметов и оборудования внутри шкафа. Понижение температуры внешней окружающей среды компенсируется увеличением соотношения включенного и выключенного состояния нагревательного элемента.
Основными функциями обогревателя является защита от низких температур, сырости и обледенения. Поэтому, в зависимости от назначения обогревателя, среднее значение поддерживаемой температуры обычно находится в пределах от +1 до +45 градусов Цельсия, а зона гистерезиса, разница между верхней и нижней температурой срабатывания, почти всегда устанавливается на минимальном уровне и составляет обычно не более двух градусов Цельсия. Однако, в результате инерционности и неравномерности процесса прогрева окружающей среды, зона гистерезиса в отдельных точках обогреваемого объекта может значительно увеличиваться и иметь разные значения. Это в полной мере справедливо и для тепловых процессов радиатора.
Очевидно, что с повышением температуры радиатора, количество, излучаемой им тепловой энергии, увеличивается. Поэтому, для излучения конкретного количества тепловой энергии в определенных условиях, более горячий радиатор может иметь меньшие габаритные размеры и массу. По сравнению с прототипом [2], предлагаема структура позволяет увеличить среднее максимальное значение температуры радиатора с 80 до 125 градусов Цельсия. При этом возможный диапазон программирования средней температуры радиатора увеличивается, точность - не ниже, зона гистерезиса не превышает 5 градусов Цельсия, что позволяет использовать их практически во всех случаях, за исключением крайне редко встречающихся. Проблема использования контроллеров, надежно работающих при температурах до 135 градусов Цельсия, заключается, в частности, в их высокой стоимости. Очевидно, что осуществить обмен информацией с контроллером, используя всего один дополнительный провод, кроме двух проводников с напряжением сети и одним проводником заземления, сложно. Поэтому в прототипе используется кабель с большим количеством дополнительных проводников.
Специфика работы обогревателя предполагает длительные периоды работы в режиме ожидания, когда нагревательный элемент не включается. Ток потребления обогревателя в этом режиме должен быть как можно меньше. В предлагаемом обогревателе задача уменьшения этого тока решается за счет применения генератора коротких импульсов и управления ключевым элементом короткими импульсами тока, что в свою очередь приводит к уменьшению тока потребления второго вторичного источника питания 7 в режиме ожидания. Дополнительно уменьшить ток обогревателя в режиме ожидания позволяет применение синхронизированного с фазой сети формирователя стробирующих импульсов, который помогает сформировать или одиночные импульсы или пачки коротких импульсов в начале каждого полупериода.
Очевидно, что отсутствие пульта управления с соединительным кабелем, разъемов, упрощение схемы, отсутствие контроллеров, уменьшение количества проводников в кабеле, отсутствие вне заводских регулировок, и т.д. говорят не только о кардинальном упрощении изготовления и эксплуатации, а и уменьшении стоимости обогревателя. Себестоимость предлагаемого обогревателя оказалась приблизительно равной обогревателю с низкими техническими характеристиками [1], что связано с высокой стоимостью биметаллических термовыключателей.
Значительно более высокая надежность предлагаемого обогревателя по сравнению с прототипом, объясняется простотой конструкции и меньшим количеством элементов.
Источники информации принятые во внимание при экспертизе
1. obogrev-kip.ru/uploads/file/osha_teh_opisanie.pdf
2. http://www.rizur.ru/cat_osha.htm