УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МНОГОЗОННОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ
TEMPERATURE PULSE CONTROL DEVICE FOR MULTI-ZONE RESISTANCE FURNACE

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение в регуляторах электрической энергии прецизионного технологического оборудования, например в установках выращивания сапфира.
Известно устройство для импульсного регулирования температуры в зонах регулирования электропечи, содержащее совокупность регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения нагрузок, а также совокупность формирователей импульсов управления, соединенных своими выходами с управляющими входами регуляторов напряжения (Многоканальное устройство для регулирования температуры электронагревателей, патент РФ 2058580, G05D 23/19, 20.04.1996).
Недостатком устройства является повышенная пульсация мощности в секциях нагрузки, вызванная неравномерным процессом передачи энергии в них и обусловленная использованием для регулирования мощности принципа широтно-импульсной модуляции.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для импульсного регулирования температуры секционированной нагрузки, содержащее n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам (Устройство для импульсного регулирования мощности секционированной нагрузки, а.с. СССР, 1660099 H02M 3/18, 30.06.1991).
Недостатком такого устройства также является повышенная пульсация температуры в зонах регулирования электропечи, поскольку в основу его функционирования опять-таки положен принцип широтно-импульсной модуляции.
Технический результат выражается в снижении пульсаций температуры в зонах регулирования электропечи.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам, в качестве логической схемы используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения. Кроме того, в состав каждого формирователя импульсов управления введены RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом переполнения реверсивного счетчика, S-вход - с импульсным синхронизирующим входом, а прямой выход - с управляющим выходом, а также логическая схема конъюнкции, один вход которой соединен с импульсным информационным входом, второй вход - с инверсным выходом RS-триггера, а выход - с вычитающим входом двоичного реверсивного счетчика и управляющим выходом.
Принцип функционирования предложенного устройства поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - электрическая схема устройства,
фиг.2 - электрическая схема формирователя импульсов управления,
фиг.3 - временные диаграммы формирования импульсов.
Устройство для импульсного регулирования температуры секционированной нагрузки (фиг.1) содержит n регуляторов напряжения (PH) 1, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети 2, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения n нагрузок 3, формирователь синхроимпульсов (ФСИ) 4, вход которого соединен с выводами для подключения сети 2, а выходы - с входом распределителя импульсов (РИ) 5, а также n формирователей импульсов управления (ФИУ) 6, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика 7 и имеющих импульсные информационные входы 8, подключенные к выходам распределителя импульсов 5, импульсные синхронизирующие входы 9, управляющие входы 10, управляющие выходы 11, подключенные через логическую схему 12 к импульсным синхронизирующим входам 9. В качестве логической схемы 12 используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы 13, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения 1.
В состав каждого формирователя импульсов управления введены RS-триггер 14, R-вход которого соединен с выходом переполнения реверсивного счетчика 7, S-вход - с импульсным синхронизирующим входом 9, а прямой выход - с управляющим выходом 11, а также логическая схема конъюнкции 15, один вход которой соединен с импульсным информационным входом 8, второй вход - с инверсным выходом RS-триггера, а выход - с вычитающим входом двоичного реверсивного счетчика 7 и управляющим выходом 13.
Регуляторы напряжения выполнены на основе трансформатора, в цепь первичной обмотки которого последовательно включен электронный ключ. Остальные элементы устройства выполнены на стандартных микросхемах.
Работа устройства происходит следующим образом. Из входного напряжения сети u(t), изменяющегося с периодом Т, формирователем синхроимпульсов ФСИ осуществляется формирование последовательности коротких импульсов z(t), следующих с периодом T/2 и соответствующих моментам прохождения напряжением сети нулевого уровня
<mrow><mi>z</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mn>1</mn><mtext> при u</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn><mtext> при u</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>≠</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow>
1
2
n
Распределитель импульсов РИ преобразует последовательность z(t) в совокупность импульсов, r(t), r(t),…,r(t), где n - число зон регулирования. Периоды следования импульсов во всех последовательностях одинаковы и составляют nT/2, при этом импульсы каждой следующей последовательности задержаны относительно предыдущей последовательности на время Т/2n.
1
2
n
1
2
n
1
n
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
n
Последовательности r(t), r(t),…,r(t) поступают на формирователи импульсов управления ФИУ, ФИУ,…,ФИУ, которые пропускают числа импульсов N, N2,…,N, пропорциональные управляющим кодам Х, Х,…,Х. В результате формируются последовательности импульсов f, f,…,f, управляющие состоянием соответствующих ключей К, К,…,К и, следовательно, количеством полуволн напряжения сети, поступивших на нагрузки Z, Z,…Z.
Формирователь импульсов управления 6 функционирует следующим образом. Импульс g осуществляет начальную установку счетчика 7 в исходное состояние, определяемое соответствующим ему кодом управления X. Одновременно происходит установка триггера 14 в исходное состояние, обеспечивающее прохождение распределенных импульсов r через логическую схему конъюнкции 15 на вычитающий вход счетчика 7 и на импульсный информационный выход 13, управляющий состоянием соответствующего регулятора напряжения 1.
Состояние счетчика изменяется до тех пор, пока не произойдет его полное обнуление. В момент обнуления формируется импульс h, опрокидывающий триггер. При этом прохождение импульсов r через логическую схему И на управляющий выход прекращается, а на инверсном выходе триггера 14 появляется логическая единица.
Количество импульсов f, прошедшее на управляющий вход ключа, пропорционально управляющему X коду. Оно определяет количество полуволн напряжения сети, поступивших в нагрузку.
Максимальное количество полуволн соответствует максимальному коду. Оно определяет длительность цикла регулирования, поскольку с приходом импульса q, соответствующего максимальному коду, на всех входах схемы конъюнктора 11 устанавливаются логические единицы, а на выходе им формируется сигнал g начальной установки, подаваемый на импульсный управляющий вход формирователя импульсов управления 6. Далее процесс периодически повторяется.
В предложенном регуляторе полуволны напряжения на нагрузке распределены более равномерно. Следовательно, пульсации температуры в каждой зоне будут иметь меньший уровень.