Реверсивный регулятор температуры
REVERSIBLE TEMPERATURE CONTROLLER

Изобретение относится к автоматическому регулированию, в частности к регулированию температуры в термостате с термоэлектрической батареей, реверсирование постоянного тока в которой позволяет осуществлять режим нагрева или охлаждения.
Аналогом является «Регулятор температуры», описанный в авторском свидетельстве №771631 с приоритетом от 05.01.1979 г. В нем описано устройство, содержащее последовательно соединенные датчик температуры и усилитель, а также каналы управления, каждый из которых содержит последовательно соединенные пороговый элемент, элемент совпадения, формирователь импульсов управления, и управляемый выпрямитель, при этом он содержит последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения и сумматор, второй вход которого связан с выходом усилителя, а выход - с входами пороговых элементов каждого канала управления.
Недостатком аналога является то, что широтно-модулированные импульсы тока, протекающего через цепи нагрузки, служат источником помех для окружающей аппаратуры и усложняют режим работы термоэлектрической батареи.
Прототипом является «Реверсивный пропорциональный регулятор» описанный в авторском свидетельстве №1170438 с приоритетом от 10.09.1982 г. В нем описано устройство, содержащее последовательно соединенные датчик, усилитель, широтно-импульсный модулятор с противофазными выходами и двухканальный блок защиты, который через ключевые элементы в каждом канале подключен к блокам запуска тиристоров, нагрузку и два управляемых тиристорных моста, включенных встречно-параллельно и управляющие входами подключенных к выходам соответствующих блоков запуска тиристоров, в котором содержится два тиристора, катод каждого из которых соединен с отрицательным выводом соответствующего тиристорного моста, а анод каждого тиристора - с положительным выводом соответствующего управляющего тиристорного моста и с выводом нагрузки.
Недостатком указанного устройства является то, что широтно-модулированные импульсы тока, протекающего через цепи нагрузки, служат источником помех для окружающей аппаратуры и усложняют режим работы термоэлектрической батареи.
Задача изобретения - снижение уровня помех, наводимых силовыми цепями устройства и обеспечение облегченного режима работы термоэлектрической батареи.
Функциональная схема реверсивного регулятора температуры представлена на фиг.1, а временная диаграмма работы - на фиг. 2.
Реверсивный регулятор температуры содержит:
1. Датчик.
2. Усилитель.
3. Широтно-импульсный модулятор с противофазными выходами (ШИМ).
4. Блок защиты.
5. Первый блок управления.
6. Второй блок управления.
7. Первый сглаживающий фильтр.
8. Второй сглаживающий фильтр.
9. Термоэлектрическая батарея.
10. Первый исполнительный ключевой элемент (ИКЭ).
11. Второй исполнительный ключевой элемент.
12. Первый направляющий ключевой элемент (НКЭ).
13. Второй направляющий ключевой элемент.
Связи между элементами в реверсивном регуляторе температуры построены следующим образом:
К датчику (1) последовательно подключены усилитель (2) и ШИМ (3), противофазные выходы которого подключены к входам двухканального блока защиты (4), первый и второй выходы которого подключены к первому (5) и второму (6) блоку управления соответственно. Первый (7) и второй (8) сглаживающие фильтры, состоят из диода D, дросселя L и конденсатора С. Вход каждого фильтра образован соединением катода диода и первого вывода дросселя, а выход образован соединением второго вывода дросселя и первого вывода конденсатора и подключен к термоэлектрической батарее (9). К первому входу термоэлектрической батареи (9) подключен первый НКЭ (12) и второй сглаживающий фильтр (8), а к ее второму входу - второй НКЭ (13) и первый сглаживающий фильтр. Общая точка каждого фильтра образована соединением анода диода и вторым выводом конденсатора и подключена к отрицательному выводу источника электропитания. Входы управления первого (10) и второго (11) ИКЭ подключены к первым выходам первого (5) и второго (6) блока управления соответственно. Первые выводы первого (12) и второго (13) НКЭ соединены с отрицательным выводом источника электропитания. Управляющий вход первого НКЭ (12) подключен к второму выходу первого блока управления (5), а управляющий вход второго НКЭ (13) подключен ко второму выходу второго блока управления (6).
В качестве исполнительных и направляющих ключевых элементов могут быть применены полевые транзисторы.
Реверсивный регулятор температуры работает следующим образом.
При отклонении температуры объекта от заданного значения на выходе датчика (1), являющегося чувствительным элементом устройства, формируется сигнал рассогласования и после усилителя (2) подается на вход ШИМ (3), который формирует управляющие импульсы, поступающие на блок защиты (4).
В режиме нагрева сигнал с первого выхода блока защиты (4) поступает на вход первого блока управления (5), который сигналом со второго выхода открывает первый НКЭ (12), а ШИМ-сигналом с первого выхода осуществляет широтно-импульсное управление первым ИКЭ (10). При этом с помощью первого сглаживающего фильтра (7) обеспечивается протекание через термоэлектрическую батарею (9) постоянного сглаженного тока в направлении отрицательного вывода источника электропитания.
В режиме охлаждения сигнал со второго выхода блока защиты (4) поступает на вход второго блока управления (6), который сигналом со второго выхода открывает второй НКЭ (13), а ШИМ-сигналом с первого выхода осуществляет широтно-импульсное управление вторым ИКЭ (11). Через термоэлектрическую батарею (9) протекает постоянный сглаженный ток в обратном направлении: с выхода второго сглаживающего фильтра (8) через второй НКЭ (13) к отрицательному выводу источника электропитания (фиг. 2е).
Блок защиты (4) функционирует таким образом, что одновременно в открытом состоянии могут находиться или первый ИКЭ (10) и первый НКЭ (12) или второй ИКЭ (11) и второй НКЭ (13). Тем самым исключается возможность короткого замыкания.
Сглаживание широтно-модулированных импульсов тока, поступающих в термоэлектрическую батарею с выходов первого (10) и второго (11) ИКЭ, осуществляется следующим образом. При открытом первом ИКЭ (10) или втором ИКЭ (11) ток от источника электропитания проходит в термоэлектрическую батарею 9 через дроссель L первого (7) или второго (8) сглаживающего фильтра соответственно, в котором накапливается энергия и одновременно с этим заряжается конденсатор С. При закрытых ИКЭ накопленная в дросселе и конденсаторе энергия передается в термоэлектрическую батарею (9). Диод D служит для защиты от перенапряжений при работе ИКЭ. Величина тока определяется длительностью широтно-модулированных импульсов, поступающих на вход первого сглаживающего фильтра (7) (фиг. 2 б) или второго сглаживающего фильтра (8) (фиг. 2 г). Сглаживание широтно-модулированных импульсов тока снижает уровень помех в цепях аппаратуры и облегчает режим работы термоэлектрической батареи (9), устраняя обратные выбросы тока в ее элементах.
Техническим результатом является снижение уровня помех, наводимых силовыми цепями устройства, и обеспечение облегченного режима работы термоэлектрической батареи за счет устранения импульсов тока в ее элементах.
Реверсивный регулятор температуры содержит последовательно соединенные датчик (1), усилитель (2), широтно-импульсный модулятор с противофазными выходами (3), двухканальный блок защиты (4), к выходам которого подключены два блока управления (5, 6), первые выводы которых подключены к управляющим входам первого (10) и второго (11) исполнительных ключевых элементов соответственно, входы которых соединены с положительным выводом источника электропитания, вторые выводы блоков управления (5, 6) подключены к управляющим входам первого (12) и второго (13) направляющих ключевых элементов соответственно, входы которых соединены с первым и вторым выводом термоэлектрической батареи (9), а выходы - с отрицательным выводом источника электропитания, отличается тем, что в него введены первый (7) и второй (8) сглаживающие фильтры, входы которых подключены к выходам первого (10) и второго (11) исполнительных ключевых элементов соответственно, выходы подключены к второму и первому выводам термоэлектрической батареи (9) соответственно, а их общие точки соединены с отрицательным выводом источника электропитания.