Электронный регулятор температуры

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие НИИ средств автоматизации(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие НИИ средств автоматизации(57) Электронный регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные термочувствительный мост, компаратор и ключевой элемент, а также конденсатор фильтра питания, включенный параллельно входам питания термочувствительного моста и компаратора, отличающийся тем, что в него введены ключ сопряжения, силовой ключ, согласующая цепочка, стабилитрон, диод фильтра питания, первый и второй ограничительные резисторы, диод защиты, а также входная шина питанияпит и выходная шина НАГРУЗКА, при этом силовой ключ подключен по схеме с общим коллектором к входной шине питанияпит, вход силового ключа через ключ сопряжения соединен с выходом ключевого элемента, выход силового ключа подключен через первый ограничительный резистор к аноду диода защиты и через 505 согласующую цепочку, выполненную из последовательно соединенных резистора и диода, - к катоду стабилитрона, который через второй ограничительный резистор подключен к входной шине питанияпит и через диод фильтра питания к конденсатору фильтра питания, второй вывод конденсатора фильтра питания соединен с анодом стабилитрона и анодом диода защиты, катод которого подключен к выходной шине НАГРУЗКА. Полезная модель относится к автоматике, в частности к устройствам для регулирования температуры, и может быть использована в качестве электронного токового датчика температуры релейного типа в системе автоматического регулирования температуры воздуха с последовательной схемой подключения к сети питания постоянного тока (системах автоматического регулирования температуры), например, в салонах пассажирских вагонов электропоездов. Известен электромеханический датчик-реле температуры ТЖ-В 1, используемый в качестве командного устройства в системе автоматического регулирования температуры в салонах пассажирских вагонов электропоездов и обеспечивающий коммутацию через свою контактную пару напряжения источника питания постоянного тока на нагрузку (катушку управления исполнительного контактора). К недостаткам электромеханического датчика-реле температуры относятся сложность конструкции и большой удельный вес в ее составе цветных металлов, в том числе и меди наличие термосистемы с жидким наполнителем сложность настройки механической контактной группы на срабатывание при заданной температуре большая инерционность срабатывания датчика. Наиболее близким решением по отношению к заявляемому является устройство для регулирования температуры 2. Устройство содержит последовательно соединенные термочувствительный мост, компаратор, ключевой элемент, а также, включенный параллельно входам питания термочувствительного моста и компаратора,конденсатор фильтра питания. Питание устройства осуществляется от сети переменного тока по параллельной схеме, а схемное решение силовой части устройства реализовано на элементах, предназначенных для работы с переменным током. Прототип невозможно применить в системе автоматического регулирования температуры в салонах пассажирских вагонов электропоездов, так как ее структура предполагает подключение устройства к сети питания постоянного тока по последовательной схеме, при этом устройство должно управлять исполнительным контактором системы, что требует в схемном решении силовой части устройства применения элементов, работающих от постоянного тока. В основу полезной модели положена задача создания электронного регулятора температуры, адаптированного для применения в системе автоматического регулирования температуры в салонах вагонов электропоездов без изменения трассировки электрических цепей вагонов и обеспечивающего повышение качества эксплуатационных параметров и надежности системы в целом. Предлагаемое техническое решение адаптирует прототип для применения в системе автоматического регулирования температуры за счет ввода схемы, выполняющей одновременно функцию взвешенного источника питания, включенного в сеть питания постоянного тока, для обслуживания термочувствительного моста и компаратора, а также функцию силового ключа для управления исполнительным контактором системы. Сущность полезной модели состоит в том, что в электронный регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные термочувствительный мост, компаратор и ключевой элемент, а также включенный параллельно входам питания термочувствительного моста и компаратора конденсатор фильтра питания, введены ключ сопряжения, силовой ключ, согласующая цепочка, стабилитрон, диод фильтра питания,первый и второй ограничительные резисторы, диод защиты, а также входная шина питанияпит и выходная шина НАГРУЗКА, при этом силовой ключ подключен по схеме с общим коллектором к входной шине питанияпит, вход силового ключа через ключ сопряжения соединен с выходом ключевого элемента, выход силового ключа подключен через первый ограничительный резистор к аноду диода защиты и через согласующую цепочку, выполненную из последовательно соединенных резистора и диода, - к катоду стабилитрона, который через второй ограничительный резистор подключен к входной шине питанияпит и через диод фильтра питания к конденсатору фильтра питания, второй вывод конденсатора фильтра питания соединен с анодом стабилитрона и анодом диода защиты, катод которого подключен к выходной шине НАГРУЗКА. 2 505 На фиг. 1 представлена схема электронного регулятора температуры. На фиг. 2 приведен пример использования электронного регулятора температуры в составе системы автоматического регулирования температуры. Электронный регулятор температуры (фиг. 1) содержит последовательно соединенные термочувствительный мост 1, компаратор 2, ключевой элемент 3, конденсатор 4 фильтра питания, подключенный параллельно входам питания термочувствительного моста 1 и компаратора 2, а также ключ 5 сопряжения, силовой ключ 6, согласующую цепочку 7, стабилитрон 8, диод 9 фильтра питания, первый и второй ограничительные резисторы 10, 11, диод 12 защиты, входную шину 13 питанияпит, выходную шину 14 НАГРУЗКА,при этом силовой ключ 6 выполнен на транзисторе 15 и подключен по схеме с общим коллектором через резистор 16 к входной шине 13 питанияпит, параллельно резистору 16 подключен индикатор единичный 17, анод которого подключен к входной шине 13 питанияпит. База транзистора 15 через резистор 18 (вход силового ключа 6) подключена к коллектору транзистора 19(выходу ключа 5 сопряжения), переход база-эмиттер транзистора 15 зашунтирован резистором 20, а эмиттер транзистора 15 (выход силового ключа 6) через первый ограничительный резистор 10 подключен к аноду диода 12 защиты и через согласующую цепочку 7, выполненную из последовательно соединенных резистора 21 и диода 22 (выход цепочки), - к катоду стабилитрона 8, который через второй ограничительный резистор 11 подключен к входной шине 13 питанияпит и через диод 9 фильтра питания к конденсатору 4 фильтра питания, второй вывод конденсатора 4 фильтра питания соединен с анодом стабилитрона 8 и анодом диода 12 защиты, катод которого подключен к выходной шине 14 НАГРУЗКА. Ключ 5 сопряжения выполнен на транзисторе 19 и подключен по схеме с общим эмиттером к входной шине 13 питанияпит, переход база-эмиттер транзистора 19 зашунтирован резистором 23, при этом база транзистора 19 через резистор 24 (вход ключа 5 сопряжения) подключена к выходу ключевого элемента 3. При использовании в системе (фиг. 2) электронный регулятор температуры подключается последовательно с нагрузкой (катушкой управления 25 исполнительного контактора 26) к источнику питания 27 постоянного тока. ТЭНы 28, осуществляющие обогрев воздуха в салонах вагонов, подключаются через контакт 29 исполнительного контактора 26 к силовой сети. Электронный регулятор температуры работает следующим образом. При подаче напряжения питания постоянного тока электронный регулятор может находиться в зависимости от температуры окружающего воздуха в состоянии ВКЛЮЧЕНО, либо в состоянии ВЫКЛЮЧЕНО. При температуре окружающего воздуха ниже заданной термочувствительным мостом 1 электронный регулятор устанавливается в состояние ВКЛЮЧЕНО. В этом случае на термозависимом выходе термочувствительного моста 1 присутствует напряжение,обеспечивающее формирование на выходе компаратора 2 высокого уровня напряжения, ключевой элемент 3 открывается, что обеспечивает открытое состояние транзистора 19 ключа 5 сопряжения и соответственно открытое состояние транзистора 15 силового ключа 6. Открытый силовой ключ 6 коммутирует ток через первый ограничительный резистор 10 и параллельно подключенную к резистору 10 цепь, образованную согласующей цепочкой 7 и стабилитроном 8. Далее ток протекает через диод 12 защиты в выходную шину 14 НАГРУЗКА и через нагрузку (катушку управления 25 исполнительного контактора 26) замыкается на источнике питания 27, вызывая включение контактора 26. Исполнительный контактор 26 включает ТЭНы 28, обеспечивая тем самым нагрев воздуха. В этом случае часть тока, протекающая через стабилитрон 8, формирует стабилизированное напряжение питания, поступающее через диод 9 фильтра питания на конденсатор 4 фильтра питания, а также на термочувствительный мост 1 и компаратор 2, а напряжение, выделяемое на резисторе 16, вызывает свечение индикатора единичного 17, что сигнализирует о включенном состоянии электронного регулятора. Как только температура окружающего воздуха достигнет заданного значения, электронный регулятор устанавливается в состояние ВЫКЛЮЧЕНО. В этом случае уровень напряжения на термозависимом выходе термочувствительного моста 1 достигает порога, заданного термочувствительным мостом 1, при этом компаратор 2 меняет свое состояние, формируя на своем выходе низкий уровень напряжения, ключевой элемент 3 закрывается, что обеспечивает переключение в закрытое состояние транзистора 19 ключа 5 сопряжения и соответственно переключение в закрытое состояние транзистора 15 силового ключа 6 и выключение индикатора единичного 17. Отсутствие свечения индикатора единичного 17 сигнализирует о выключенном состоянии электронного регулятора. При закрытом состоянии силового ключа 6 ток протекает через последовательную цепь, образованную вторым ограничительным резистором 11, стабилитроном 8 и диодом 12 защиты, в выходную шину 14 НАГРУЗКА и далее через нагрузку (катушку управления 25 исполнительного контактора 26) замыкается на источнике питания 27. 505 В этом случае ток, протекая через стабилитрон 8, формирует стабилизированное напряжение питания электронного регулятора, а величина тока, протекающего через нагрузку 25, ограничена вторым ограничительным резистором 11 и недостаточна для удержания исполнительного контактора 26 во включенном состоянии, что приводит к выключению контактора 26, отключению ТЭНов 28 и прекращению нагрева воздуха. Далее процесс регулирования температуры повторяется. Конструкция предлагаемого электронного регулятора температуры представляет собой плату управления,помещенную в металлический корпус, имеющий ряд отверстий для вентиляции воздуха у термочувствительного элемента. Электронный регулятор температуры получил название Регулятор температуры РТЭ. На УП НИИСА разработана и изготовлена опытная партия РТЭ. Опытная партия РТЭ прошла натурные испытания на базе Мотор-вагонного депо Минского отделения Белорусской железной дороги. Результаты испытаний положительные. РТЭ устанавливается и подключается в местах установки датчиков-реле температуры ТЖ-В в салонах пассажирских вагонов электропоездов. Таким образом, внедрение РТЭ, взамен морально устаревших датчиков-реле температуры ТЖ-В, не требует изменения существующей трассировки электрических цепей вагонов и позволяет повысить качество эксплуатационных параметров и надежность системы автоматического регулирования температуры. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.