УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧЬЮ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частности, к устройствам для управления температурным режимом электрической печи сопротивления.
Известно устройство для управления электрической печью сопротивления с двумя группами нагревателей, содержащее первый и второй каналы регулирования, каждый из которых включает в себя регулятор напряжения, подключенный выходом к нагревателям своей группы, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом основного элемента сравнения, выход которого подключен к входу регулирующего устройства, а суммирующий вход - к выходу общего задатчика температуры (Электрооборудование и автоматика электротермических установок: /Справочник/ Под ред. А.П. Альтгаузена и др. - М.: Энергия, 1978, с. 44-45).
Недостатком данного устройства является отсутствие компенсации разности температур в тепловых зонах печи. Это приводит к неравномерному нагреву изделия в рабочем пространстве печи, снижая производительность установки и ухудшая качество технологического процесса. Для ряда технологических процессов предъявляются повышенные требования к равномерному распределению температуры в рабочем пространстве печи в процессе нагрева.
Технический эффект заключается в снижении разности температур между тепловыми зонами, при которой обеспечивается более равномерный нагрев изделия и, следовательно, снижение брака выпускаемой продукции.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в снижении разности температур различных тепловых зон печи и повышении равномерности распределения температуры в рабочем пространстве печи в процессе нагрева обрабатываемого изделия, путем сравнения действующих значений температур в тепловых зонах печи и компенсации вводимой мощности в каждую тепловую зону.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство для управления электрической печью сопротивления с двумя группами нагревателей, содержащее первый и второй каналы регулирования, каждый из которых включает в себя регулятор напряжения, подключенный выходом к нагревателям своей группы, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом элемента сравнения, выход которого подключен к входу регулирующего устройства, а суммирующий вход - к выходу общего задатчика температуры введены два усилительных элемента, два сумматора, инвертор и дополнительный элемент сравнения, подключенный выходом к входу усилительного элемента первого канала регулирования непосредственно, а к входу усилительного элемента второго канала регулирования через инвертор, выход каждого усилительного элемента подключен к вычитающему входу сумматора своего канала регулирования, суммирующий вход которого подключен к выходу регулирующего устройства, а выход сумматора подключен к входу регулятора напряжения своего канала регулирования, причем суммирующий вход дополнительного элемента сравнения соединен с выходом датчика температуры первого канала регулирования, а вычитающий вход - с выходом датчика температуры второго канала регулирования.
По второму варианту в известное устройство для управления электрической печью сопротивления с двумя группами нагревателей, содержащее первый и второй каналы регулирования, каждый из которых включает в себя регулятор напряжения, подключенный выходом к нагревателям своей группы, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом основного элемента сравнения, выход которого подключен к входу регулирующего устройства, а суммирующий вход - к выходу общего задатчика температуры введены два усилительных элемента, два сумматора, инвертор, элемент зоны нечувствительности и дополнительный элемент сравнения соединенный выходом с элементом зоны нечувствительности, подключенным к входу усилительного элемента первого канала регулирования непосредственно, а к входу усилительного элемента второго канала регулирования через инвертор, выход каждого усилительного элемента подключен к вычитающему входу сумматора своего канала регулирования, суммирующий вход которого подключен к выходу регулирующего устройства, а выход сумматора подключен к входу регулятора напряжения своего канала регулирования, причем суммирующий вход дополнительного элемента сравнения соединен с выходом датчика температуры первого канала регулирования, а вычитающий вход - с выходом датчика температуры второго канала регулирования.
Первый вариант обеспечивает снижение разности температуры в тепловых зонах печи, но при определенных сочетаниях параметров каналов регулирования в системе могут возникнуть колебания температур в процессе их выравнивания, что нежелательно.
Для исключения колебаний температур тепловых зон печи в установившемся режиме следует применять второй вариант исполнения устройства управления электрической печью сопротивления.
Устройства поясняются чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления электрической печью сопротивления, относящегося к первому варианту, а на фиг. 2 - относящегося ко второму варианту.
Устройство для управления электрической печью сопротивления 1, включающей в себя две группы нагревателей 2, 3, содержит первый и второй каналы регулирования. Первый канал регулирования включает в себя регулятор напряжения 4, подключенный выходом к группе нагревателей 2, которая снабжена датчиком температуры 5. Выход датчика температуры 5 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 6, выход которого подключен к входу регулирующего устройства 7, а суммирующий вход - к выходу задатчика температуры 8. Второй канал регулирования включает в себя регулятор напряжения 9, подключенный выходом к группе нагревателей 3, которая снабжена датчиком температуры 10. Выход датчика температуры 10 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 11, выход которого подключен к входу регулирующего устройства 12, а суммирующий вход - к выходу задатчика температуры 8. Дополнительный элемент сравнения 13, подключен выходом - к входу усилительному элементу 14 первого канала регулирования непосредственно, а к входу усилительного элемента 15 второго канала регулирования - через инвертор 16. Выход усилительного элемента 14 подключен к вычитающему входу сумматора 17, суммирующий вход которого подключен к выходу регулирующего устройства 7, а выход - к входу регулятора напряжения 4 первого канала регулирования. Выход усилительного элемента 15 подключен к вычитающим входу сумматора 18, суммирующий вход которого подключен к выходу регулирующего устройства 12, а выход - к входу регулятора напряжения 9 второго канала регулирования. Суммирующий вход дополнительного элемента сравнения 13 подключен к выходу датчика температуры 5 первого канала регулирования, а вычитающий вход - к выходу датчика температуры 10 второго канала регулирования.
Устройство работает следующим образом.
3
1
2
1
3
1
2
3
2
На выходе задатчика температуры 8 оператором или автоматически устанавливается заданное значение регулируемой температуры Θ, которое поступает на суммирующие входы элементов сравнения 6, 11. На вычитающие входы элементов сравнения 6, 11 поступают сигналы обратной связи Θ и Θ по температуре нагревателей, вырабатываемые датчиками температуры 5 и 10. Регулирующие устройства 7 и 12 в зависимости от значений ΔΘ=Θ-Θ, ΔΘ=Θ-Θ и знаков их отклонений формируют регулирующие воздействия на исполнительные устройства (регуляторы напряжения 4 и 9), которые подают мощность на нагреватели 2 и 3.
Регулирующие устройства 7 и 12 вырабатывают необходимый закон регулирования и традиционно вводятся в систему управления.
1
2
12
1
2
1
2
12
1
2
2
1
При возникновении разницы в температурах тепловых зон печи Θ и Θ, на выходе элемента сравнения 13 вырабатывается сигнал рассогласования ΔΘ=Θ-Θ. Если предположить, что Θ>Θ, то на выходе элемента сравнения 13 будет вырабатываться положительный сигнал Θ, который поступая на вычитающий вход сумматора 17, приведет к снижению мощности, вводимой в нагреватель. Одновременно на вычитающий вход сумматора 18 будет поступать инвертированный (т.е. отрицательный) сигнал, который приведет к увеличению вводимой в нагреватели 3 мощности. Таким образом, будет обеспечиваться выравнивание температур Θ и Θ в зонах печи 1. При Θ>Θ система выравнивания температур будет снижать мощность, поступающую на нагреватель 3, и увеличивать мощность, поступающую на нагреватель 2.
По второму варианту устройство для управления электрической печью сопротивления 1, включающей в себя две группы нагревателей 2, 3, содержит первый и второй каналы регулирования. Первый канал регулирования включает в себя регулятор напряжения 4, подключенный выходом к группе нагревателей 2, которая снабжена датчиком температуры 5. Выход датчика температуры 5 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 6, выход которого подключен к входу регулирующего устройства 7, а суммирующий вход - к выходу задатчика температуры 8. Второй канал регулирования включает в себя регулятор напряжения 9, подключенный выходом к группе нагревателей 3, которая снабжена датчиком температуры 10. Выход датчика температуры 10 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 11, выход которого подключен к входу регулирующего устройства 12, а суммирующий вход - к выходу задатчика температуры 8. Дополнительный элемент сравнения 13 соединен с выходом элемента зоны нечувствительности 19, подключенного выходом - к входу усилительному элементу 14 первого канала регулирования непосредственно, а к входу усилительного элемента 15 второго канала регулирования - через инвертор 16. Выход усилительного элемента 14 подключен к вычитающему входу сумматора 17, суммирующий вход которого подключен к выходу регулирующего устройства 7, а выход - к входу регулятора напряжения 4 первого канала регулирования. Выход усилительного элемента 15 подключен к вычитающим входу сумматора 18, суммирующий вход которого подключен к выходу регулирующего устройства 12, а выход - к входу регулятора напряжения 9 второго канала регулирования. Суммирующий вход дополнительного элемента сравнения 13 подключен к выходу датчика температуры 5 первого канала регулирования, а вычитающий вход - к выходу датчика температуры 10 второго канала регулирования.
Устройство работает следующим образом.
3
1
2
1
3
1
2
3
2
На выходе задатчика температуры 8 оператором или автоматически устанавливается заданное значение регулируемой температуры Θ, которое поступает на суммирующие входы элементов сравнения 6, 11. На вычитающие входы элементов сравнения 6, 11 поступают сигналы обратной связи Θ и Θ по температуре нагревателей, вырабатываемые датчиками температуры 5 и 10. Регулирующие устройства 7 и 12 в зависимости от значений ΔΘ=Θ-Θ, ΔΘ=Θ-Θ и знаков их отклонений формируют регулирующие воздействия на исполнительные устройства (регуляторы напряжения 4 и 9), которые подают мощность на нагреватели 2 и 3. Регулирующие устройства 7 и 12 вырабатывают необходимый закон регулирования и традиционно вводятся в систему управления.
1
2
12
2
2
1
2
12
1
2
2
1
При возникновении разницы в температурах тепловых зон печи Θ и Θ, на выходе элемента сравнения 13 вырабатывается сигнал рассогласования ΔΘ=Θ-Θ. Если предположить, что Θ>Θ, то на выходе элемента сравнения 13 будет вырабатываться положительный сигнал Θ, который поступая на вычитающий вход сумматора 17, приведет к снижению мощности, вводимой в нагреватель. Одновременно на вычитающий вход сумматора 18 будет поступать инвертированный (т.е. отрицательный) сигнал, который приведет к увеличению вводимой в нагреватели 3 мощности. Таким образом, будет обеспечиваться выравнивание температур Θ и Θ в зонах печи 1. При Θ>Θ система выравнивания температур будет снижать мощность, поступающую на нагреватель 3, и увеличивать мощность, поступающую на нагреватель 2.
1
2
1
2
12
1
2
При определенных сочетаниях параметров каналов регулирования в системе могут возникнуть колебания температур в процессе их выравнивания, что нежелательно. Для исключения колебаний температур Θ и Θ около равновесного значения Θ=Θ, в систему регулирования введен элемент с зоной нечувствительности 19, который будет отключать корректирующие сигналы, поступающие на входы сумматоров 17, 18 при величине рассогласования температур ΔΘ=Θ-Θ меньше допустимой.