PL228612B1 - Układ sterowania nagrzewnicą - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 413127 (51) Int.CI.

H05B 1/02 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 14.07.2015 (54) Układ sterowania nagrzewnicą

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.01.2017 BUP 02/17	(73) Uprawniony z patentu: VTS SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Gdańsk, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2018 WUP 04/18	(72) Twórca(y) wynalazku:
TADEUSZ KAZIMIERZ SIEK, Suchy Dwór, PL

CM co

CM

CM

Ω.

PL 228 612 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania nagrzewnicą. Znajduje on zastosowanie w nagrzewnicach elektrycznych stosowanych w układach wentylacyjnych i/lub klimatyzacyjnych.

Znanych jest wiele rozwiązań układów przeznaczonych do sterowania pracą urządzeń grzewczych w różnych miejscach ich stosowania. Wśród nich wyróżnić można układy specjalnie przystosowane do sterowania mocą nagrzewnic w centralach wentylacyjno-klimatyzacyjnych. Realizują one funkcję włączania i wyłączania grzałek elektrycznych za pomocą przekaźników półprzewodnikowych sterowanych sygnałem z układu regulacji. W znanych układach sterowania nagrzewnic z przekaźnikami półprzewodnikowymi dwustanowymi, między sterownikiem nadrzędnym i przekaźnikiem znajduje się sterownik PWM (Pulse Width Modulation), z modulacją szerokości impulsu, który w zależności od wartości sygnału ze sterownika nadrzędnego podaje do przekaźników odpowiednie sygnały sterujące czasem włączenia i wyłączenia grzałek.

W polskim opisie patentowym PL194636 ujawniono układ automatycznego sterowania nagrzewnicami szybowymi połączony z elektronicznymi urządzeniami do pomiaru temperatury. Posiada on przekaźniki elektromagnetyczne i przekaźniki pomocnicze, których cewki sterujące i styki połączone są w odpowiedni sposób ze stykami urządzeń do pomiaru temperatury, przekaźnikiem czasowym, obwodami załączającymi, obwodami podtrzymania systemów i obwodami zasilania.

Z publikacji zgłoszenia patentowego US2002/0096511 znane jest urządzenie sterujące dla elektrycznych elementów grzewczych. Zawiera ono przekaźniki półprzewodnikowe włączone między źródło prądu zmiennego i elementy grzewcze i połączone ze sterownikiem. Sterownik zawiera procesor z interfejsem danych i wyświetlaczem, zasilany przez obwód prostownika z zasilacza AC. Analogowe wejścia procesora połączone są z czujnikami temperatury elementów grzewczych i z wejściem obwodu prostownika. Z procesora wyprowadzany jest sygnał sterujący do przełączania przekaźników. Przekaźniki półprzewodnikowe dostarczają wejściowe napięcie AC w sposób ciągły lub z przerwami przez odcięcie jednego cyklu z przebiegu napięcia AC.

Znane jest z europejskiego zgłoszenia patentowego o numerze publikacji EP2365732A1 rozwiązanie dotyczące systemu i metody sterowania mocą elementu grzewczego. Układ zawiera źródło napięcia zmiennego, prostownik dla zapewnienia odpowiedniego poziomu napięcia stałego, sterownik z modulacją szerokości impulsu oraz modulator napięcia stałego dla uzyskania określonego poziomu napięcia stałego i dostarczenia analogowego sygnału napięcia stałego do elementu grzewczego, bazując na sygnale z modulacją szerokości impulsu. System posiada także interfejs użytkownika, czujnik temperatury, mikrokontroler połączony z modulatorem napięcia stałego i obwód sprzężenia zwrotnego między modulatorem napięcia stałego i mikrokontrolerem. W systemie tym ustawiona docelowa temperatura porównywana jest z mierzoną aktualną temperaturą i bazując na wyniku porównania modulowany jest sygnał z modulacją szerokości impulsu. Dalej modulowany jest ten sygnał bazując na wyniku porównania zakodowanej oczekiwanej i bieżącej wartości napięcia stałego, zmieniana oczekiwana wartość napięcia stałego zakodowana w sygnale z modulacją szerokości impulsu, bazując na wyniku porównania temperatur i/lub wyniku porównania napięć.

Układ sterowania nagrzewnicą mający elektryczne elementy grzejne zasilane z trójfazowego źródła prądu zmiennego za pośrednictwem przekaźników półprzewodnikowych połączonych ze sterownikiem i zaopatrzony w zespół wyłącznika bezpieczeństwa według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy z elementów grzejnych połączony jest z oddzielnym przekaźnikiem półprzewodnikowym sterowanym proporcjonalnie, a wszystkie przekaźniki półprzewodnikowe sterowane proporcjonalnie połączone są ze sterownikiem za pośrednictwem wtórnika sygnału sterującego.

Wtórnikiem sygnału sterującego jest wzmacniacz operacyjny, którego wejście połączone jest z wyjściem analogowym sterownika o niskiej wydajności prądowej, a wyjście połączone jest z wejściem sterującym każdego z trzech elementów grzejnych połączonych w układzie symetrycznego trójkąta.

Korzystnie wtórnik sygnału sterującego zasilany jest z zewnętrznego źródła zasilania.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest efektywniejsze sterowanie elementami grzejnymi dzięki zastosowaniu przekaźników półprzewodnikowych sterowanych proporcjonalnie z wykorzystaniem jednego standardowego sterownika przemysłowego.

Przykład realizacji układu sterowania nagrzewnicą według wynalazku zilustrowany jest rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu zasilania i sterowania, a fig. 2 przedstawia schemat wtórnika sygnału sterującego.

PL 228 612 B1

W przykładowej realizacji układ sterowania nagrzewnicą przeznaczony jest do nagrzewnicy wentylacyjnej posiadającej trzy elementy grzejne G połączone w układzie symetrycznego trójkąta zasilane z trójfazowej sieci prądu przemiennego 400 V 50 Hz. Układ zaopatrzony jest w wyłącznik główny Q, a także zespół wyłącznika bezpieczeństwa składający się ze stycznika elektromagnetycznego K1 połączonego z termostatem A i z presostatem B. Za pomocą termostatu A mierzona jest temperatura wewnątrz nagrzewnicy - jeśli przekroczy określoną wartość, następuje odłączenie zasilania. Za pomocą presostatu B realizowany jest pomiar ciśnienia sprężu wentylatora - jeśli wentylator nie pracuje, zasilanie nie włącza się. Każdy z trzech elementów grzejnych G połączony jest z oddzielnym przekaźnikiem półprzewodnikowym sterowanym proporcjonalnie K1, K2, K3. Wejście sterujące każdego z przekaźników półprzewodnikowych sterowanych proporcjonalnie połączone jest z wyjściem wzmacniacza operacyjnego będącego wtórnikiem sygnału sterującego W, którego wejście połączone jest z wyjściem analogowym sterownika S o niskiej wydajności prądowej. Wtórnik sygnału sterującego W zasilany jest napięciem 24 V z zewnętrznego źródła zasilania Z, aby nie przeciążać sterownika. Sterownik S, według jednego z dwóch typowych standardów przemysłowych, ma wyjście analogowe 0-10 V o niskiej wydajności prądowej. Każdy z zastosowanych przekaźników półprzewodnikowych sterowanych proporcjonalnie K1, K2, K3 wymaga prądu sterującego o maksymalnej wartości 20 mA. Jednoczesne sterowanie trzech takich przekaźników wymaga sumarycznego prądu sterującego o maksymalnej wartości 60 mA, co stanowi zbyt duże obciążenie dla pojedynczego sterownika S. Wtórnik sygnału sterującego W separuje wyjście sterownika S od obciążenia prądem sterującym przekaźniki półprzewodnikowe sterowane proporcjonalnie K1, K2, K3 i wzmacnia sygnał sterujący podawany ze sterownika S. W układzie zastosowano przekaźniki sterowane sygnałem prądowym 4-20 mA, a wtórnik sygnału sterującego W zrealizowano w postaci wzmacniacza operacyjnego w układzie zapewniającym impedancję wejściową powyżej 70 Ω o stopniu końcowym na tranzystorze bipolarnym o dużej obciążalności prądowej. Na wejście wtórnika sygnału sterującego W podawany jest ze sterownika S analogowy sygnał sterujący według standardu przemysłowego 0-10 V, max 1 mA, a na jego wyjściu generowany jest sygnał 0-10 V, max 100 mA, zapewniający wymaganą dla jednoczesnego sterowania trzech przekaźników wartość prądu sterującego w zakresie 12-60 mA.

Układ według wynalazku, dzięki zastosowaniu przekaźników półprzewodnikowych sterowanych proporcjonalnie umożliwia efektywniejsze sterowanie pracą elementów grzejnych nagrzewnicy przedłużające ich żywotność, a zastosowanie wtórnika sygnału sterującego umożliwia sterowanie tego typu przekaźników z jednego typowego sterownika przemysłowego, zamiast stosowania oddzielnego sterownika dla każdego przekaźnika.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ sterowania nagrzewnicą mający elektryczne elementy grzejne zasilane z trójfazowego źródła prądu zmiennego za pośrednictwem przekaźników półprzewodnikowych połączonych ze sterownikiem i zaopatrzony w zespół wyłącznika bezpieczeństwa, znamienny tym, że każdy z elementów grzejnych (G) połączony jest z oddzielnym przekaźnikiem półprzewodnikowym sterowanym proporcjonalnie (K1, K2, K3), a wszystkie przekaźniki półprzewodnikowe sterowane proporcjonalnie (K1, K2, K3) połączone są ze sterownikiem (S) za pośrednictwem wtórnika sygnału sterującego (W).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wtórnikiem sygnału sterującego (W) jest wzmacniacz operacyjny, którego wejście połączone jest z wyjściem analogowym sterownika (S) o niskiej wydajności prądowej, a wyjście połączone jest z wejściem sterującym każdego z trzech elementów grzejnych (G) połączonych w układzie symetrycznego trójkąta.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że wtórnik sygnału sterującego (W) zasilany jest z zewnętrznego źródła zasilania (Z).