Устройство управления мощностью электронагревателя

 

Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: устройство управления мощностью электронагревателя содержит кнопочный задатчик мощности с двумя кнопками, однократное нажатие первой из которых вызывает увеличение мощности включенных электронагревательных элементов, а второй - уменьшение этой мощности, и выключателем ограничения максимальной мощности. Кнопки подключены через резисторы к источнику питания и через формирователи импульса первая - к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, вторая через элемент НЕ - ко второму входу элемента ИЛИ. Первый вход элемента ИЛИ подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, а выход - к счетному входу двоичного реверсивного счетчика, вход реверса которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, а вход установки начального состояния с выходом блока начальной установки. Выходы счетчика подключены к дешифратору, а выходы дешифратора - к индикатору. Кроме того, выход 0 дешифратора соединен со вторым контактом второй кнопки, выход 5 - со вторым контактом первой кнопки, а выход 3 через выключатель ограничения максимальной мощности со вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ. Устройство содержит также устройства контроля наличия нагреваемого объекта и его температуры и детектор нулевого уровня питающего напряжения, подключенные ко входам второго элемента ИЛИ-НЕ, три элемента И, первые входы которых присоединены к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, а вторые - к выходам счетчика, первый, второй и третий электронагревательные элементы, подключенные к шинам питания переменного тока через первый, второй и третий коммутаторы соответственно, управляющий вход каждого коммутатора соединен с выходом соответствующего элемента И, предохранительный термовыключатель, установленный между сетью переменного тока и шинами подвода питания переменного тока, и подключенный к ним источник питания. 1 табл., 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления бытовыми электронагревательными приборами, преимущественно электронагревателями.

Известно устройство для управления режимом работы электрического котла [1] содержащее датчик допустимой температуры с блоком разрешения пользования, управляющий блок, связанный через блок регулирования с двумя датчиками рабочей температуры и через блок аварийного отключения с датчиком аварийной температуры. Управляющий блок выполнен в виде симистора, в цепь управления которым включены последовательно анодные цепи двух тиристоров с цепями управления, блок регулирования выполнен в виде оптрона, входная часть которого параллельно соединена с датчиками рабочей температуры, а исполнительная с цепью управления одного тиристора, а блок аварийного отключения выполнен в виде дополнительного оптрона, входная часть которого параллельно подключена к своему тиристору и датчику аварийной температуры, а исполнительная к цепи управления второго тиристора. Устройство содержит также блок питания.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: блок питания; электронагревательный элемент; устройство контроля температуры нагреваемого объекта (воды); предохранительный термовыключатель (датчик аварийной температуры); коммутатор, соединенный последовательно с электронагревателем.

Недостатками известного устройства являются: отсутствие защиты от включения электронагревателя при наполнении бака водой, недостаточным для полного покрытия электронагревателей, что приведет к перегреву и перегоранию нагревательных элементов, из-за низкой теплоотдачи; датчик аварийной температуры не успеет сработать, т.к. перегрев частей нагревателей, не соприкасающихся с водой, произойдет с большей скоростью, чем нагрев воды; невозможность переключения мощности электронагревателей с помощью внешних органов управления в зависимости от потребности в нагретой воде, что при малом расходе воды приводит к ее перегреву мощным нагревателем, рассчитанным на максимальное заполнение бака; низкая надежность системы защиты от перегрева на основе датчика аварийной температуры, т. к. в случае отказа управляющего блока, срабатывание датчика аварийной температуры может не повлечь отключение электронагревателя, что вызовет его перегрев и сгорание.

Известен регулятор для управления выходной мощностью нескольких резистивных нагревательных элементов [2] содержащий многопозиционный переключатель, который позволяет включать элементы последовательно и параллельно в сеть переменного тока через коммутатор (симистор), а также схемы для изменения их рабочего цикла в обеих схемах включения и источник питания.

Признаки данного устройства, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: коммутатор, соединенный последовательно с электронагревательными элементами;
источник питания.

Недостатками известного устройства являются низкая надежность из-за отсутствия системы защиты от перегрева и наличия многопозиционных, сильноточных, механических переключателей, а также большие габариты этих переключателей.

Наиболее близким техническим решением прототипом к заявляемому устройству является регулятор мощности для управления включением мощного нагревательного элемента [3] содержащий кнопочный задатчик мощности резистивного электронагревателя, дешифратор сигналов задатчика, генератор импульсов, устройство индикации задаваемой мощности, синхронизатор, детектор нулевого уровня питающего напряжения, счетчик числа пересечений нулевого уровня питающим напряжением, блок памяти заданной мощности, компаратор, управляющий блок, элемент И, коммутатор, выполненный на симисторе, и включенный последовательно с электронагревателем источник питания и блок начальной установки. Кнопочный задатчик мощности электронагревателя имеет кнопку отключения нагревательного элемента и n кнопок выбора задаваемой мощности.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:
кнопочный задатчик мощности;
устройство индикации;
дешифратор;
детектор нулевого уровня питающего напряжения;
блок памяти заданной мощности;
коммутатор, включенный последовательно с электронагревателем;
элемент И, присоединенный к управляющему входу первого коммутатора;
источник питания;
блок начальной установки, соединенный с блоком памяти установки заданной мощности.

Недостатками устройства-прототипа являются:
наличие множества кнопок для задания необходимого значения мощности электронагревателя (число кнопок равно числу задаваемых значений мощности), что увеличивает габариты и снижает надежность устройства;
большая инерционность электронагревателя при использовании его с малой мощностью, что является причиной большого времени перехода от одного установившегося теплового состояния к другому выбранному пользователем состоянию и создает неудобство для пользователя; это объясняется тем, что габариты электронагревателя, его масса, в том числе и масса защитного кожуха, выбираются из условия максимальной тепловой мощности, выделяемой электронагревателем, и должны быть достаточно велики, чтобы исключить выход электронагревателя из строя; при использовании электронагревателя на малую мощность, его габариты и масса становятся избыточными;
отсутствие защиты электронагревателя от перегрева и, следовательно, его низкая надежность при использовании, например, для нагрева воды: ошибочное включение электронагревателя при отсутствии воды вызовет его перегрев и сгорание; кроме того, включение электронагревателя на большую, чем предусмотрено пользователем, мощность вследствие неисправности регулятора мощности может также привести к выходу электронагревателя из строя, вызванному его перегревом;
использование для нагрева (при малой мощности электронагревателя, заданной потребителем) только части полуволн переменного питающего напряжения вызывает большое циклическое изменение температуры электронагревателя и, следовательно, появление дополнительных переменных механических напряжений материала тепловыделяющего элемента, что снижает его надежность.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается:
в повышении надежности за счет применения в задатчике мощности всего двух кнопок и одного выключателя, введения в устройство управления дублирования системы защиты от перегрева и использования для нагрева электронагревателя всех полуволн питающего напряжения;
в улучшении потребительских качеств электронагревателя при малых значениях мощности, заданных потребителем, благодаря снижению тепловой инерционности электронагревателя за счет введения еще двух коммутаторов, что позволяет использовать три электронагревательных элемента, имеющих меньшую тепловую инерционность, в их номинальном режиме работы;
в уменьшении габаритов устройства за счет уменьшения числа кнопок управления.

Технический результата предлагаемого устройства достигается тем, что в устройство управления мощностью электронагревателя, содержащее кнопочный задатчик мощности с двумя кнопками, индикатор, дешифратор, детектор нулевого уровня питающего напряжения, блок памяти заданной мощности, первый коммутатор, первый элемент И, выход которого присоединен к управляющему входу первого коммутатора, блок начальной установки, соединенный с блоком памяти заданной мощности, источник питания, введены первый и второй резисторы, через которые первая и вторая кнопки задатчика мощности первым контактом присоединены к источнику питания, первый и второй формирователи импульса, подключенные к первым контактам первой и второй кнопок задатчика мощности соответственно, первый элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульса, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, соединяющий выход второго формирователя импульса со вторым входом элемента ИЛИ, устройство контроля наличия нагреваемого объекта, устройство контроля температуры нагреваемого объекта, второй элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения, второй вход с выходом устройства контроля наличия нагреваемого объекта, третий вход с выходом устройства контроля температуры нагреваемого объекта, а выход с первым входом первого элемента И, второй и третий элементы И, первые входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй и третий коммутаторы, управляющие входы которых подключены к выходам второго и третьего элементов И соответственно, предохранительный термовыключатель, включенный между сетью переменного тока и шинами подвода питания к устройству управления мощностью электронагревателя, выключатель ограничения максимальной мощности электронагревателей, в качестве блока памяти заданной мощности применен двоичный реверсивный счетчик, вход реверса 1 которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, счетный вход с выходом элемента ИЛИ, а выходы соединены со входами дешифратора и соответственно со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, выход "О" дешифратора соединен со вторым контактом второй кнопки задатчика мощности, выход "5" со вторым контактом первой кнопки задатчика мощности, а выход "3" через выключатель ограничения максимальной мощности к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, а индикатор присоединен к выходам дешифратора.

Существенными признаками заявляемого устройства, отличительными от прототипа, являются:
первый и второй резисторы, через которые первая и вторая кнопки задатчика мощности своим первым контактом присоединены к источнику питания;
первый и второй формирователи импульса, подключенные к первым контактам первой и второй кнопок задатчика мощности соответственно;
первый элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульса;
элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ;
элемент НЕ, соединяющий выход второго формирователя импульса со вторым входом элемента ИЛИ;
устройство контроля наличия нагреваемого объекта;
устройство контроля температуры нагреваемого объекта;
второй элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения, второй вход с выходом устройства наличия нагреваемого объекта, третий вход с выходом устройства контроля температуры нагреваемого объекта, а выход с первым входом первого элемента И;
второй и третий элементы И, первые входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ;
второй и третий коммутаторы, управляющие входы которых подключены к выходам второго и третьего элементов И соответственно;
предохранительный термовыключатель, включенный между сетью переменного тока и шинами подвода питания к устройству управления мощностью электронагревателя;
выключатель ограничения максимальной мощности электронагревателей;
применение в качестве блока памяти заданной мощности двоичного реверсивного счетчика, вход реверса которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, счетный вход с выходом элемента ИЛИ, а выходы соединены со входами дешифратора и соответственно со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И;
соединение выхода ")" дешифратора со вторым контактом второй кнопки задатчика мощности, выхода ":" со вторым контактом первой кнопки задатчика мощности, а выхода "#" через выключатель ограничения максимальной мощности к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ;
присоединение индикатора к выходам дешифратора.

Применение вместо одного коммутатора трех коммутаторов позволяет решить задачу уменьшения тепловой инерционности при использовании электронагревателя на малой мощности, за счет использования "элементарных" электронагревательных элементов, имеющих меньшую массу, чем один электронагреватель большей мощности. Таким образом улучшаются потребительские качества электронагревателя.

Применение в качестве блока памяти заданной мощности двоичного реверсивного счетчика, подключение его входа реверса к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, счетного входа к выходу элемента ИЛИ, выходов к дешифратору, а также присоединение первого контакта каждой из двух кнопок через резистор к источнику питания, второго контакта первой кнопки с выходом "5" дешифратора, второго контакта второй кнопки с выходом "0" дешифратора, подключение первого контакта первой кнопки через формирователь импульса к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, первого контакта второй кнопки управления через формирователь импульса и элемент НЕ ко второму входу элемента ИЛИ и соединение выхода первого элемента ИЛИ-НЕ с первым входом элемента ИЛИ решает задачу установки заданной мощности электронагревателя с помощью всего двух кнопок. Однократное нажатие первой кнопки вызывает увеличение суммарной мощности включенных электронагревательных элементов на величину, равную мощности первого электронагревательного элемента. Однократное нажатие второй кнопки вызывает уменьшение суммарной мощности включенных электронагревательных элементов на ту же величину.

Соединение выхода "3" дешифратора со вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ через выключатель позволяет ограничить максимальную мощность электронагревателя, что необходимо для исключения перегрева нагреваемого объекта. Например, в случае использования электронагревателя для нагрева воды в жаркое время года.

Таким образом решается задача повышения надежности и уменьшения габаритов устройства за счет уменьшения числа кнопок управления.

Введение устройств контроля наличия нагреваемого объекта и его температуры и подключение их вместе с детектором нулевого уровня питающего напряжения ко входам второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первым входам трех элементов И, а также включение между сетью переменного тока и шинами подвода питания к устройству предохранительного термовыключателя решает задачу защиты электронагревателя от перегрева, вызванного, например, отсутствием воды в электронагревателе, ее перегревом или выходом из строя устройства управления.

На фиг. 1 показана структурная схема управления; на фиг. 2 пример выполнения схемы блока начальной установки 6; на фиг. 3 пример выполнения схемы индикатора 9; на фиг. 4 пример выполнения схемы детектора нулевого уровня питающего напряжения 12; на фиг. 5 временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу детектора нулевого уровня питающего напряжения 12; на фиг. 6 пример выполнения схемы коммутаторов 17 19; на фиг. 7 пример выполнения термовыключателя.

Устройство управления мощностью электронагревателя содержит (фиг. 1) кнопки управления S1 и S2, соединенные с резисторами R1 и R2 соответственно, выключатель ограничения максимальной мощности S3, формирователи импульса 1 и 2, первый элемент ИЛИ-НЕ 3, элемент НЕ 4, элемент ИЛИ 5, блок начальной установки 6, реверсивный счетчик 7, дешифратор 8, индикатор 9, устройство контроля наличия нагреваемого объекта 10, устройство контроля температуры нагреваемого объекта 11, детектор нулевого уровня питающего напряжения 12, второй элемент ИЛИ-НЕ 13, три элемента И 14, 15, 16, три коммутатора 17, 18, 19, три электронагревательных элемента 20, 21, 22, источник питания 23, предохранительный термовыключатель 24.

Кнопки S1 и S2 предназначены для увеличения и уменьшения уставки суммарной мощности электронагревательных элементов соответственно. В частном случае реализации устройства по п. 2 формулы изобретения, когда мощность второго и третьего электронагревательного элемента в два раза превышает мощность первого, однократное нажатие каждой кнопки вызывает соответствующее изменение установки суммарной мощности электронагревательных элементов на величину, равную мощности первого элемента.

Выключатель S3 предназначен для ограничения максимальной мощности электронагревателя, например, равной тройной мощности первого электронагревательного элемента, что необходимо для исключения перегрева нагреваемого объекта, имеющего большую начальную температуру. Например, при использовании электронагревателя для нагрева воды в жаркое время года, когда на вход поступает вода с высокой начальной температурой.

Формирователи импульса 1 и 2 предназначены для выработки однократного импульса при одном нажатии кнопок S1 или S2, т.е. для предотвращения появления нескольких импульсов, вызванных "дребезгом" контактов. В простейшем случае формирователи могут быть выполнены в виде R-C интегрирующей цепочки.

Первый элемент ИЛИ-НЕ 3 необходим для инвертирования сигнала "0", поступающего с выхода формирователя импульса 1 при нажатии кнопки S1, а также для исключения прохождения этих импульсов при достижении электронагревателем максимальной мощности, ограниченной путем включения выключателя S3.

Элемент НЕ 4 необходим для инвертирования сигнала "0", поступающего с формирователя импульса 2, при нажатии кнопки S2.

Элемент ИЛИ 5 необходим для пропускания на счетчик 7 одного из импульсов, формируемых при нажатии кнопок S1, S2.

Счетчик 7 предназначен для подсчета числа импульсов, поступающих на его счетный вход C и представления его в двоичном виде. Если нажимается кнопка S1, то импульс поступает не только на счетный вход C, но и несколько раньше на вход реверса 1, что вызывает увеличение на 1 показаний счетчика 7. При нажатии кнопки S2 на вход реверса 1 сигнал "1" не поступает и показания счетчика 7 уменьшаются на 1.

Блок начальной установки 6 предназначен для выработки импульса "1", устанавливающего счетчик 7 в нулевое состояние при включении электронагревателя в сеть, а также по желанию пользователя, и может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг. 2.

Дешифратор 8 предназначен для преобразования двоичного числа включенных электронагревателей в десятичный код.

Индикатор 9 необходим для индикации суммарной мощности включенных электронагревательных элементов и может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг. 3. Значения мощности электронагревателя 0 5 кВт, установлены при использовании электронагревательных элементов 20, 21, 22 мощностью 1, 2, 2, кВт соответственно.

Устройство контроля наличия нагреваемого объекта 10 предназначено для выработки сигнала логический "0" в случае полного теплового контакта нагреваемого объекта с электронагревательными элементами. Например, для электроводонагревателя полное покрытие водой электронагревательных элементов может быть обнаружено при достижении давления воды в корпусе некоторого заранее установленного значения. Это необходимо для предотвращения преждевременного включения электронагревательных элементов, не покрытых водой и, следовательно, их перегрева. Устройство контроля давления может быть выполнено в виде мембранного датчика давления, мембрана которого упирается в подпружиненный шток микровыключателя, подключенного к источнику питания 23 так, чтобы при достижении давления воды в электронагревателе заданного значения и срабатывании микровыключателя на выходе его появлялся сигнал логический "0".

Устройство контроля температуры нагреваемого объекта 11 предназначено для выработки сигнала логический "0", когда температура нагреваемого объекта не достигла значения, заданного потребителем, и сигнала логическая "1" при превышении этого значения. Устройство контроля температуры нагреваемого объекта 11 может быть выполнено по общеизвестной схеме (в описании не приводится), содержащей датчик температуры (например, терморезистор), включенный в мостовую схему, содержащую потенциометрический задатчик предельной температуры нагреваемого объекта. Мостовая схема присоединена к компаратору, выполненному на операционном усилителе, формирующему выходной сигнал устройства контроля температуры.

Детектор нулевого уровня питающего напряжения 12 предназначен для формирования импульсов логический "0" запуска коммутаторов 17, 18, 19 в начале каждого полупериода питающего напряжения и может быть выполнен по схеме, изображенной на фиг. 4. Он содержит делитель напряжения на резисторах R12.1 и R12.2, подключенный к шинам подвода питания переменного тока, ограничитель напряжения на диодах VD 12.1 и VD 12.2, два инвертора DD 12.1 и DD 12.2, схему задержки на интегрирующей цепочке R12.3 C12.1, две дифференцирующие цепочки C12.2 R12.4 и C12.3 R12.5 и элемент ИЛИ-НЕ DD12.3.

Работа детектора 12 иллюстрируется временными диаграммами напряжений, измеренных относительно фазы "0" питающей сети и изображенных на фиг. 5. Переменное напряжение, снимаемое с делителя напряжения R12.1 и R12.2 (фиг. 5, a), ограничивается до величин U_огр1 и U_огр2 с помощью диодов VD12.1 и VD12.2. При достижении этим напряжением порога U_пор срабатывания инвертора DD12.1, напряжение на его выходе (см. фиг. 5, б) изменяется скачком. Однако фронты импульсов, генерируемых инвертором DD12.1 и отмеченные на фиг. 5,б двумя штрихами, приходятся на окончание предыдущего полупериода питающего напряжения, а не на начало последующего. Поэтому такие фронты после задержки на интегрирующей цепочке R12.3 C12.1 (фиг. 5, в), инвертирования на элементе DD12.2 (фиг. 5, г) и дифференцирования на дифференцирующей цепочке C12.3 R12.5 порождают импульсы в начале следующего полупериода (фиг. 5, е). Фронты импульсов, генерируемых инвертором DD 12.1, приходящиеся на начало полупериода (отмечены одним штрихом на фиг. 5, б), дифференцируются цепочкой C12.2 R12.4 (фиг. 5, д). Импульсы с дифференцирующих цепочек C12.3 R12.5 и C12.2 R12.4 складываются на элементе ИЛИ-НЕ DD12.3 (фиг. 5, ж).

Второй элемент ИЛИ-НЕ 13 предназначен для пропускания импульсов логический "0", генерируемых детектором нулевого уровня питающего напряжения 12 и их инвертирования при условии поступления на другие входы сигналов логический "0" с устройств контроля наличия нагреваемого объекта и его температуры 10 и 11.

Элементы И 14, 15, 16 необходимы для пропускания импульсов запуска на коммутаторы, соответствующие числу подключаемых электронагревательных элементов, определяемому двоичным кодом на выходе счетчика 7.

Коммутаторы 17, 18, 19 предназначены для подключения к шинам питания переменного тока электронагревательных элементов 20, 21, 22 и могут быть выполнены по схеме, изображенной на фиг. 6. Коммутатор представляет собой симистор VS, анод которого соединен с первой шиной питания переменного тока, а катод с первым выводом нагревательного элемента, второй вывод которого соединен со второй шиной переменного тока. Управляющий электрод симистора VS подключен к усилителю мощности на составном транзисторе VT1, VT2, а именно: к точке соединения последовательно включенных резисторов R3, R4. Амплитуда выходных импульсов составного транзистора VT1, VT2 делится на этом делителе до величины, необходимой для включения симистора по управляющему электроду.

Источник питания предназначен для питания электронных схем устройства управления электронагревателя.

Предохранительный термовыключатель 24 предназначен для защиты электронагревателя от перегрева в случае отказа устройства управления, сопровождающегося перегревом электронагревательных элементов. Содержит два одинаковых термовыключателя, подключаемых к соответствующему проводу сетевого питания, пример выполнения одного из которых изображен на фиг. 7. Он содержит первый 25 и второй 26 контакты с вертикальным выводами, опирающиеся на теплопроводную и электрически изолирующую пластину 27, выполненную, например, из слюды, третий контакт 28, припаянный посредством плавкого вещества 29 внахлест к первым двум контактам 25, 26, причем температура плавления плавкого вещества 29 равна необходимой температуре отключения электронагревателя, цилиндрическую пружину 30, первым концом присоединенную к третьему контакту 28, а вторым концом к вертикальному выводу контакта 26, корпус 31, дно корпуса 32, выполненное из теплопроводного материала, причем пластина 27 зажата между дном 32 и корпусом 31, а вертикальная перегородка корпуса 31 прижимает первый неподвижный контакт 25 к пластине 27.

Предохранительный термовыключатель крепится с возможностью теплового контакта между дном 32 и крышкой корпуса электронагревателя, на которой крепятся электронагревательные элементы (на фиг. 7 не показаны).

После включения электронагревателя в сеть переменного тока и подачи на блок начальной установки 6 (см. фиг. 2) напряжения питания с источника питания 23 дифференцирующая цепочка C6.1 R6.2 формирует импульс, поступающий на вход PE установки нулевого состояния счетчика 7 (см. фиг. 1). Этот счетчик устанавливается в нулевое состояние и на его выходах 1, 2, 4 возникают сигналы логический "0", которые поступают на элементы И 14, 15, 16 и исключают срабатывание коммутаторов 17, 18, 19 и, следовательно, включение электронагревательных элементов 20, 21, 22. Нулевое состояние счетчика 8 вызывает появление на выходе "0" дешифратора 8 состояния логическая "1" (остальные выходы дешифратора 8 находятся в состоянии логический "0") и свечение светодиода "0 кВт" индикатора 9 (см. фиг. 3), остальные светодиоды погашены.

На верхние выводы резисторов R1 и R2 (см. фиг. 1) подано напряжение логическая "1" с источника питания 23. На нижний вывод кнопки S1 поступает сигнал логический "0" с выхода "5" дешифратора 8, а на нижний вывод кнопки S2 подается сигнал логическая "1" с выхода "0" дешифратора 8. Следовательно, при нулевом состоянии счетчика 7 изменять его состояние будет только нажатие кнопки S1 (увеличение уставки суммарной мощности включенных электронагревательных элементов).

Для включения электронагревательного элемента 20 необходимо (но недостаточно) один раз нажать кнопку S1, что вызовет появление однократного импульса логический "0" на выходе формирователя импульса 1 и, следовательно, импульса логическая "1" на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 3. Этот импульс поступает на вход реверса 1 счетчика 7 и через элемент ИЛИ 5 на счетный вход C (на второй вход элемента ИЛИ 5 поступает сигнал логический "0" с выхода элемента НЕ 4). В результате к двоичному числу, находящемуся в счетчике (в нашем случае 0) добавляется 1. На выходе 1 счетчика 7 появляется сигнал логическая "1" (на остальных выходах сигналы логический "0"), поступающий на дешифратор 8, на выходе 1 которого также появляется сигнал логическая "1", что вызывает свечение светодиода "1 кВт" индикатора 9 (см. фиг. 3) (остальные светодиоды погашены). С выхода 1 счетчика 7 сигнал логическая "1" поступает на второй вход элемента И 14. Коммутатор 17 включит электронагревательный элемент 20 при поступлении запускающих импульсов логическая "1" с выхода элемента И 14. Возникновение этих импульсов обеспечивает детектор нулевого уровня питающего напряжения 12, формирующий импульсы логический "0", следующие с частотой, равной удвоенной частоте сети переменного тока. Импульсы логический "0" с детектора нулевого уровня питающего напряжения 12 поступают на первый вход второго элемента ИЛИ-НЕ 13 и им инвертируются только в случае появления сигнала логический "0" на выходах устройств контроля наличия нагреваемого объекта 10 и его температуры 11. Сигнал логический "0" появляется на выходе устройства контроля наличия нагреваемого объекта 10 при полном тепловом контакте последнего с электронагревательными элементами, например, для электронагревателя при полном заполнении корпуса водой, а на выходе устройства контроля температуры нагреваемого объекта 11 в случае, если температура объекта меньше заданной величины.

Например, для электроводонагревателя электронагревательный элемент 20 будет включен в сеть переменного тока, когда электроводонагреватель будет заполнен холодной водой. После нагрева воды до заданной температуры срабатывает устройство контроля температуры нагреваемого объекта 11 и на его выходе появляется сигнал логическая "1". Поступление запускающих импульсов на коммутатор 17 прекращается и электронагревательный элемент 20 отключается.

Если мощности электронагревательного элемента 20 недостаточно для поддержания заданной температуры нагреваемого объекта, то путем нажатия кнопки S1 еще один раз можно отключить электронагревательный элемент 20 и включить более мощный электронагревательный элемент 21 (в примере реализации устройства мощность этого элемента составляет 2 кВт). При этом на выходе 2 счетчика 7 появляется сигнал логическая "1" (на остальных выходах логический "0"), и такой же сигнал на выходе 2 дешифратора 8 (на остальных выходах логический "0"). В результате этого коммутатор 17 отключается, а коммутатор 18 включает в сеть более мощный электронагревательный элемент 21.

Последующие нажатия кнопки S1 позволяют включать электронагревательные элементы в различных сочетаниях, обеспечивая большую суммарную мощность электронагревательных элементов. В таблице приведено соответствие между числом нажатий кнопки S1, номерами включенных электронагревательных элементов и их суммарной мощностью (при невключенном выключателе S3).

После пятикратного нажатия кнопки S1 на выходе 5 дешифратора устанавливается состояние логическая "1", поступающая на нижний вывод кнопки S1, что исключает срабатывание счетчика 7 при последующих нажатиях этой кнопки. При включении выключателя S3 сигнал логическая "1" появляется на входе первого элемента ИЛИ-НЕ 3 после трехкратного нажатия кнопки S1, что исключает изменение состояния счетчика 7 при последующих нажатиях кнопки S1 и, следовательно, включение электронагревательных элементов на суммарную мощность, превышающую 3 кВт.

С помощью кнопки S2 можно уменьшать суммарную мощность включенных электронагревательных элементов. Нажатие кнопки S2 оказывает действие на счетчик 7 при исчезновении с выхода "0" дешифратора 8 сигнала логическая "1", т.е. при уставке мощности отличной от 0. При однократном нажатии кнопки S2 на выходе формирователя импульса 2 появляется импульс логический "0", который инвертируется элементом НЕ 4 и через элемент ИЛИ 5 поступает на счетный вход C счетчика 7. Так как на вход реверса 1 этого счетчика сигнал логическая "1" не поступает (кнопка S1 не нажата), то из числа, хранящегося в счетчике, будет вычтена 1, что приведет к уменьшению суммарной мощности включенных электронагревательных элементов (в примере реализации устройства на 1 кВт).

В случае отказа устройства управления, приводящего к перегреву электронагревателя, расплавляется плавкое вещество 29 предохранительного термовыключателя 24 (см. фиг. 7) и под действием пружины 30 происходит отрыв контакта 28 от контактов 25 и 26. Происходит разрыв электрической цепи в каждой из двух шин питания электронагревателя и последний отключается, что предотвращает его возгорание.

Формула изобретения

Устройство управления мощностью электронагревателя, содержащее кнопочный задатчик мощности с двумя кнопками, индикатор, дешифратор, детектор нулевого уровня питающего напряжения, подключенный к шинам питания переменного тока, блок памяти заданной мощности, первый коммутатор, первый элемент И, выход которого присоединен к управляющему входу первого коммутатора, блок начальной установки, соединенный с блоком памяти заданной мощности, источник питания, отличающееся тем, что в него введены первый и второй резисторы, через которые первая и вторая кнопки задатчика мощности первым контактом присоединены к источнику питания, первый и второй формирователи импульса, подключенные к первым контактам первой и второй кнопок задатчика мощности соответственно, первый элемент ИЛИ НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульса, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ НЕ, элемент НЕ, соединяющий выход второго формирователя импульса с вторым входом элемента ИЛИ, устройство контроля наличия нагреваемого объекта, устройство контроля температуры нагреваемого объекта, второй элемент ИЛИ НЕ, первый вход которого соединен с выходом детектора нулевого уровня питающего напряжения, второй вход с выходом устройства контроля наличия нагреваемого объекта, третий вход с выходом устройства контроля температуры нагреваемого объекта, а выход с первым входом первого элемента И, второй и третий элементы И, первые входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ НЕ, второй и третий коммутаторы, управляющие входы которых подключены к выходам второго и третьего элементов И соответственно, предохранительный термовыключатель, включенный между сетью переменного тока и шинами подвода питания к устройству управления мощностью электронагревателя, выключатель ограничения максимальной мощности электронагревателя, в качестве блока памяти заданной мощности применен двоичный реверсивный счетчик, вход реверса "1" которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ НЕ, счетный вход с выходом элемента ИЛИ, а выходы с входами дешифратора и соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, выход "0" дешифратора соединен с вторым контактом второй кнопки задатчика мощности, выход "5" с вторым контактом первой кнопки задатчика мощности, а выход "3" через выключатель ограничения максимальной мощности с вторым входом первого элемента ИЛИ НЕ, индикатор присоединен к выходам дешифратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8