УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧЬЮ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВА

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частности, к устройствам для управления температурным режимом электрической печи сопротивления.
Известен регулятор температуры электрической печи сопротивления, содержащий задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующим входом элемента сравнения, связанного выходом с входом регулятора напряжения, выход которого соединен с нагревателями электропечи сопротивления, снабженной датчиком температуры, соединенного выходом с вычитающим входом элемента сравнения (Электрооборудование и автоматика электротермических установок: /Справочник/ Альтгаузен А.П. и др.; Под ред. А.П. Альтгаузена и др. - М.: Энергия, 1978, с. 104-105).
Недостатком данного устройства является то, что контролируется температура только в области печи, где установлен датчик температуры.
Также известно устройство для управления электрической печью резистивного нагрева, содержащее регулятор напряжения, подключенный входом к выходу элемента сравнения, а выходом к нагревателям печи, задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующим входом элемента сравнения, вычитающий вход которого связан с выходом датчика температуры через суммирующее устройство (Патент на полезную модель №98602 МПК G05D 23/19).
Такое устройство для управления электрической печью сопротивления, получившее название регулятор температуры, обеспечивает поддержание заданного значения температуры в той области печи, в которой установлен датчик температуры. Поскольку электрическая печь сопротивления является неоднородным объектом, т.е. содержит элементы с различными теплотехническими характеристиками, температура которых также будет отличаться от средней определяемой датчиком температуры. Наименьшей инерционностью характеризуется нагреватель, температура которого с одной стороны превышает среднюю температуру печи, а с другой подвержена значительным колебаниям, часто выходящим за допустимые значения. Это приводит к снижению срока службы нагревателей.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в ограничении температуры нагревательных элементов и повышении их срока службы, путем введения канала ограничения температуры нагревателей.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство для управления электрической печью резистивного нагрева, содержащее регулятор напряжения, подключенный входом к выходу элемента сравнения, а выходом к нагревателям печи, задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующим входом элемента сравнения, вычитающий вход которого связан с выходом датчика температуры через сумматор, введены пороговый элемент и блок вычисления температуры нагревателя, подключенный входом к выходу датчика температуры, а выходом через пороговый элемент ко второму входу сумматора, соединенного первым входом с выходом датчика температуры.
Технический эффект, достигаемый в предлагаемом устройстве, заключается в поддержании температуры на допустимом уровне, при котором обеспечивается увеличение срока службы нагревателей.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления электрической печью резистивного нагрева.
Устройство для управления электропечью резистивного нагрева 1 состоит из регулятора напряжения 2, подключенного через регулирующее устройство 3 и элемент сравнения 4 к задатчику температуры 5. Электропечь резистивного нагрева 1 снабжена датчиком температуры 6, соединенным своим выходом с первым входом суммирующего устройства 7, второй вход которого подключен через пороговый элемент 8 к выходу блока вычисления температуры нагревателей 9, связанного своим входом с выходом датчика температуры 6. Выход суммирующего устройства 7 подключен к вычитающему входу элемента сравнения 4.
Блок вычисления температуры нагревателей с датчика печи рассчитывает величину пропорциональную температуре нагревателей. В простейшем случае алгоритм работы устройства обеспечивает вычисление производной температуры, определяемой датчиком температуры с коэффициентом передачи, характеризующим тепловую составляющую, вносимую нагревателем в общую температуру печи. Этот алгоритм может быть реализован либо аппаратным путем на базе операционных усилителей, либо с помощью дополнительной программы, введенной в управляющий контроллер регулятора температуры.
Устройство работает следующим образом.
з
з
з
С помощью задатчика температуры 5 формируется (ручным или автоматическим способом) заданное значение регулируемой температуры θ. Данный сигнал θ поступает на элемент сравнения 4, где сравнивается с сигналом, пропорциональным температуре θ печи, снимаемым с датчика температуры 6. Регулирующее устройство 3 в зависимости от значения Δθ=θ-θ и знака его отклонения формирует регулирующее воздействие на регулятор напряжения 2, которое непосредственно влияет на объект управления 1. Регулирующее устройство 3 вырабатывает необходимый закон регулирования и традиционно вводится в систему управления. Однако, в данном случае, наличие или отсутствие регулирующего устройства не является существенным для решения поставленной задачи.
В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает ограничение температуры нагревательных элементов. Это обеспечивается за счет подачи дополнительной обратной связи, снимаемой с датчика тока 6 через суммирующее устройство 7 на элемент сравнения 4. Данная обратная связь работает только в том случае, когда температура на нагревательных элементах печи превышает допустимое значение. При снижении температуры до допустимых значений обратная связь отключается пороговым элементом 8. Пороговый элемент имеет характеристику зоны нечувствительности, при которой сигнал на выходе порогового элемента появляется только тогда, когда входной сигнал превышает допустимое значение, определяемое шириной зоны нечувствительности.
Ограничение температуры нагревательных элементов позволяет повысить их срок службы.