РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частности к устройствам для управления температурным режимом электрической печи сопротивления.
Известен регулятор температуры печи сопротивления, содержащий задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующим входом первого элемента сравнения, подключенного выходом к суммирующему входу второго элемента сравнения, выход которого через регулирующее устройство соединен с входом регулятора напряжения, выход которого соединен с датчиком тока и нагревателями электропечи сопротивления, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом первого элемента сравнения, причем выход датчика тока подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения. (Влияние ограничения тока нагревателей на работу регуляторов температуры в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления / Рубцов В.П., Митяков Ф.Е., Горячих Е.В., Кручинин A.M. / Вестник МЭИ, 2012, №2, с.82).
В ряде технологических процессов требуется оперативное и точное изменение величины максимального тока на нагревателях при изменении температуры в печи. Данное устройство не способно выполнять вышеуказанные требования, что является его недостатком.
Техническая задача заключается в адаптации параметров регулятора температуры к изменяющимся температурным условиям среды и печи (загрузки, нагревателя, теплоизоляции), что обеспечивает повышение точности регулятора температуры, более точного распределения температурного режима в печи и быстродействия системы.
Технический эффект достигается путем введения функциональных блоков, позволяющих автоматически адаптировать величину токовой отсечки в зависимости от температуры.
Поставленная задача решается тем, что в известный регулятор температуры электропечи сопротивления, содержащий задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующем входом первого элемента сравнения, подключенного выходом к суммирующему входу второго элемента сравнения, выход которого через регулирующее устройство соединен с входом регулятора напряжения, подключенного своим выходом к датчику тока и нагревателям электропечи сопротивления, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом первого элемента сравнения, согласно полезной модели введены компаратор, блок ограничения и функциональный блок, вход которого подсоединен к выходу задатчика температуры, а выход - к вычитающему входу компаратора, причем суммирующий вход компаратора соединен с выходом датчика тока, а выход компаратора через блок ограничения подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения.
По второму варианту в известное устройство, содержащее задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующем входом первого элемента сравнения, подключенного выходом к суммирующему входу второго элемента сравнения, выход которого через регулирующее устройство соединен с входом регулятора напряжения, подключенного своим выходом к датчику тока и нагревателям электропечи сопротивления, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом первого элемента сравнения, согласно полезной модели введены компаратор, блок ограничения и функциональный блок, вход которого подсоединен к выходу датчика температуры, а выход к вычитающему входу компаратора, причем суммирующий вход компаратора соединен с выходом датчика тока, а выход компаратора через блок ограничения подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения.
Кроме того, функциональный блок может быть выполнен в виде операционного усилителя в обоих вариантах.
Первый вариант обеспечивает коррекцию тока отсечки по заданной температуре, но не учитывает изменение текущей температуры в печи, что снижает точность регулирования регулятора.
Для ряда технологических процессов, при которых сопротивление нагревателя от температуры изменяется медленно можно использовать первый вариант исполнения регулятора. В случае, когда сопротивление нагревателя изменяется постоянно, быстро и в больших диапазонах (с изменением температуры), то для таких технологических процессов следует применять второй вариант исполнения регулятора.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема регулятора температуры электропечи сопротивления, относящегося к первому пункту, а на фиг.2 - относящегося ко второму пункту.
вых
вх
вых
Устройство для управления электропечью сопротивления 1 состоит из регулятора напряжения 2, подключенного входом через регулирующее устройство 3 к выходу элемента сравнения 4, суммирующий вход которого соединен с выходом элемента сравнения 5. Электропечь сопротивления 1 снабжена датчиком температуры 7, подсоединенным к вычитающему входу элемента сравнения 5. Суммирующий вход элемента сравнения 5 соединен с выходом задатчика температуры 6, соединенного через функциональный блок 11 с вычитающим входом компаратора 9, причем суммирующий вход компаратора 9 через датчик тока 8 подключен к выходу регулятора напряжения 2. Выход компаратора 9 через блок ограничения 10 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 4. Блок ограничения 10 реализуется на стандартных логических элементах и имеет характеристику вход-выход U=f(U), представленную на фиг.3. Функциональный блок 11 реализуется на базе операционного усилителя и имеет характеристику вход-выход U=φ(θ), представленную на фиг.4, где θ - температура в печи.
Устройство работает следующим образом.
з
з
з
С помощью задатчика температуры 6 формируется (ручным или автоматическим способом) заданное значение регулируемой температуры Θ. Данный сигнал Θ поступает на первый элемент сравнения 5, где сравнивается с сигналом пропорциональным температуре Θ, измеряемой с объекта управления 1 (нагреватели электрической печи сопротивления) датчиком температуры 7. Регулирующее устройство 3 в зависимости от значения ΔΘ=Θ-Θ и знака его отклонения формирует регулирующее воздействие на исполнительное устройство (регулятор напряжения 2), которое непосредственно воздействует на объект управления 1. В регуляторе обеспечивается обратная связь по току. Сигнал с датчика тока 8 подается через блок ограничения 10 на второй элемент сравнения 4. За счет этой обратной связи обеспечивается более плавный режим выхода объекта управления 1 на заданную температуру.
В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую адаптацию величины токовой отсечки в зависимости от требуемой температуры для различных технологических процессов. Это обеспечивается путем введения функционального блока 11, компаратора 9 и блока ограничения 10. Сигнал с задатчика температуры 6 поступает на вход функционального блока 11, который вырабатывает заданный сигнал и подает его на вход компаратора 9, обеспечивая коррекцию тока и отсечки в зависимости от температуры.
вых
вх
вых
По второму варианту устройство для управления электропечью сопротивления 1 состоит из регулятора напряжения 2, подключенного входом через регулирующее устройство 3 к выходу элемента сравнения 4, суммирующий вход которого соединен с выходом элемента сравнения 5. Электропечь сопротивления 1 снабжена датчиком температуры 7, подсоединенным к вычитающему входу элемента сравнения 5 и входу функционального блока 11. Суммирующий вход элемента сравнения 5 соединен с выходом задатчика температуры 6. Функциональный блок 11 подключен к вычитающему входу компаратора 9, причем суммирующий вход компаратора 9 через датчик тока 8 подключен к выходу регулятора напряжения 2. Выход компаратора 9 через блок ограничения 10 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 4. Блок ограничения 10 реализуется на стандартных логических элементах и имеет характеристику вход-выход U=f(U), представленную на фиг.3. Функциональный блок 11 реализуется на базе операционного усилителя и имеет характеристику вход-выход U=φ(θ), представленную на фиг.4, где θ - температура в печи.
Устройство работает следующим образом.
з
з
з
С помощью задатчика температуры 6 формируется (ручным или автоматическим способом) заданное значение регулируемой температуры Θ. Данный сигнал Θ поступает на первый элемент сравнения 5, где сравнивается с сигналом пропорциональным температуре Θ, измеряемой с объекта управления 1 (нагреватели электрической печи сопротивления) датчиком температуры 7. Регулирующее устройство 3 в зависимости от значения ΔΘ=Θ-Θ и знака его отклонения формирует регулирующее воздействие на исполнительное устройство (регулятор напряжения 2), которое непосредственно воздействует на объект управления 1. В регуляторе обеспечивается обратная связь по току. Сигнал с датчика тока 8 подается через блок ограничения 10 на второй элемент сравнения 4. За счет этой обратной связи обеспечивается более плавный режим выхода объекта управления 1 на заданную температуру.
В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую адаптацию величины токовой отсечки в зависимости от требуемой температуры для различных технологических процессов. Это обеспечивается путем введения функционального блока 11, компаратора 9 и блока ограничения 10. Сигнал с датчика температуры 7 поступает на вход функционального блока 11, который вырабатывает заданный сигнал и подает его на вход компаратора 9, обеспечивая коррекцию тока и отсечки в зависимости от температуры.