CS229492B1 - Elektrické zapojení pro plynulou regulaci teploty - Google Patents

Abstract

Elektrické zapojení pro plynulou regulaci teploty je určeno pro bezdotykové snímáni teploty e bezkontaktní řízení výkonu měniče kmitočtu v závislosti ne teplotě kovového materiálu ohřívaného induktorem ve třetí až Čtvrté čtvrtině jeho délky e kde při dosažení předvolené teploty materiálu u konce čtvrté čtvrtiny délky induktoru zasáhne druhý bezdotykově měřící a bezkontaktně řídící obvod tak, že pomocí regulačního prvku upraví výkon měniče kmitočtu ne tak zvaný udržovací výkon, při kterém teplota materiálu dále nenarůstá. Zapojení obsahuje různá varianty.

Description

(54)

Elektrické zapojení pro plynulou regulaci teploty

Elektrické zapojení pro plynulou regulaci teploty je určeno pro bezdotykové snímáni teploty e bezkontaktní řízení výkonu měniče kmitočtu v závislosti ne teplotě kovového materiálu ohřívaného induktorem ve třetí až Čtvrté čtvrtině jeho délky e kde při dosažení předvolené teploty materiálu u konce čtvrté čtvrtiny délky induktoru zasáhne druhý bezdotykově měřící a bezkontaktně řídící obvod tak, že pomocí regulačního prvku upraví výkon měniče kmitočtu ne tak zvaný udržovací výkon, při kterém teplota materiálu dále nenarůstá. Zapojení obsahuje různá varianty.

229 492

- 2 229 492

Vynález se týká elektrického zapojení pro plynulou regulaci teploty, zejména kovového materiálu, ohřívaného induktorem středofrekvenční indukční ohřívačky, napájené Statickým měničem kmitočtu.

Dosud známá elektrická zapojení pro regulaci teploty materiálů, ohřívaných induktory středofrekvenčních indukčních ohřívač ek, pracují převážně se stupňovou regulací, kde po dosažení žádané teploty materiálu je stupňovitě snížen výkon statického měniče kmitočtu nebo jiného napájecího zdroje. Při siiíženém výkonu napájecích zdrojů je tento výkon předvolován ručně a pro bezpečnější provoz se mnohdy snižuje více, než je nutno. V teplotě materiálu jsou pak značné tolerance. Nevýhodou tohoto zapojení je také nebezpečí havarie induktoru v případě náhlého zastavení posuvu materiálu induktorem. Další nevýhodou zapojení, u nichž se předvolované veličiny nastavují ručně je pracnost a závislost na lidském činiteli· Tato nevýhoda se zejména nepříznivě projeví při změnách průřezu ohřívaných materiálů nebo při změně výkonu induktoru· Důsledkem těchto nevýhod je mnohdy vyřazení instalovaných regulátorů teploty z provozu·

Uvedené nevýhody odstraňuje převážnou měrou elektrické zapojení podle vynálezu pro plynulou regulaci teploty, zejména kovového materiálu, ohřívaného induktorem středofrekvenční indukční ohřívačky, kde teplota ohřívaného materiálu je snímána teplotním čidlem, spojeným se zesilovačem, kde podstatou vynálezu je, že záporný pol výstupu prvního zesilovače, spojeného s prvním tepelným čidlem pro snímání teploty ve třetí až čtvrté čtvrtině délky induktoru, je spojen přímo s minusovým vstupem měniče kmitočtu a kladný pol výstupu prvního zesilovače je spojen přes regulační prvek a vstupní odpor s plusovým vstupem měniče kmitočtu, přičemž výstup druhého zesilovače, spojeného a druhým tepelným čidlem pro

- > 229 492 snímání teploty ve čtvrté čtvx^tině délky induktoru, je 3pojen s řídící částí regulačního prvku a pracovní část regulačního prvku, zařazená mezi první zesilovač a vstupní odpor je přemostěna odporem s hodnotou větší než 10 % celkové hodnoty vstupního odporu. Podle vynálezu regulační prvek je tvořen tranzistorem a nebo optoelektronickým prvkem. Je-li regulační prvek tvořen optoelektronickým prvkem, to jest fotoodporem nebo fototranzistorem, je k výstupu druhého zesilovače připojen světelný zdroj. Dále je podstatou vynálezu to, že vstupní odpor je tvořen potenciometrem, zapojeným celou hodnotou odporu směrem k prvnímu zesilovači a částí s jezdcem k měniči kmitočtu, jakož i to, že první tepelné čidlo je zaměřeno na ohřívaný materiál ve čtvrté čtvrtině induktoru nejméně o 10 mm blíže středu induktoru než druhé tepelné čidlo.

iilavní výhodou elektrického zapojení pro plynulou regulaci teploty, zejména kovového materiálu,,ohřívaného induktorem středo frekvenční indukční ohřívačky je, že mimo plynulost regulace v

teploty zajištuje také účinnou ochranu proti přehřátí ohřívaného materiálu a to samočinně, bez nutnosti zásahů obsluhy ohřívacích zařízení. Podstatnou měrou je tím odstraněno nebezpečí havarie induktox-u středofrekvenční indukční ohřívačky v případě náhlého zastavení posuvu materiálu. Další podstatnou výhodou elektrického zapojení podle vynálezu je jeho jednoduchost. V zapojení jsou zařazeny dva o sobě. známé zesilovače a dvě tepelná čidla, kde první zesilovač: zpracovává signál z prvního tepelného čidla zaměřeného na materiál ohřívaný ve třetí a čtvrté čtvrtině délky induktoru a je zdrojem referenčního napětí pro řízení.výkonu měniče kmitočtu a jeho výstupní signál je veden přes regulační prvek do vstupu měniče kmitočtu vybaveného vstupním odporem. Druhý zesilovač zpracovávající signál z druhého tepellého čidla zaměřeného na materiál ohřívaný ve čtvrté čtvrtině délky induktoru je svým výstupem spojen s řídící částí regulačního prvku. Aby nedocházelo k úplnému uzavření výkonu měniče kmitočtu a tím ke kmitání soustavy při dosažení kritické teploty materiálu, je pracovní část regulačního prvku překlenuta proměnným odporem, kterým lze předurčit vhodný pokles výkonu měniče. Vhodným elementem pro regulační prvek je křemíkový tranzistor, který lze řídit přímo výstupním signálem druhého zesilovače. Pokud by bylo na závadu galvanické spojení výstupu prvního zesilovače a druhého zesilovače, lze regulační prvek podle vynálezu sestavit z fototranzistoru

229 492

- 4 nebo fotoodporu a druhým zesilovačem řídit výkon světelného zdroje připojeného na jeho výstup. Pro případy, kdy není žádoucí napájet induktor plným výkonem z měniče kmitočtu, je na vstupu měniče kmitočtu vřazen potenciometr, kterým se požadovaný výkon předvolí. Správná funkce ochranného obvodu proti přehřátí materiálu se dosáhne tehdy, jestliže druhé tepelné čidlo je zaměřeno blíže k výstupní straně induktoru nežli první tepelné čidlo. Musí vsak zůstat v místě, kde může vzniknout maximální teplota materiálu ještě v činné části induktoru. První tepelné čidlo se zamě-řuje na materiál bud ve třetí nebo až ve čtvrté čtvrtině délky induktoru a to podle rychlosti posuvu materiálu. První čtvrtinou délky se rozumí vstupní strana induktoru.

Příklad elektrického zapojení podle vynálezu pro plynulou regulaci teploty je znázorněn schematicky na připojených výkresech, kde na obr. 1 je celkové zapojení pro plynulou regulaci teploty včetně ociirany proti přehřátí materiálu v induktoru a na obr. 2 je alternativa zapojení regulačního prvku s optoelektronickými ^z členy.

Elektrické zapojení podle vynálezu pro plynulou regulaci teploty, zejména kovového materiálu 1 (obr. 1) ohřívaného induktorem 2, stře do frekvenční indukční ohřívačky, napájené statickým měničem kmitočtu 2 ja provedeno tak, že záporný pol výstupu prvního zesilovače 2» spojeného s prvním tepelným čidlem £ pro snímání teploty ve třetí až čtvrté čtvrtině délky induktoru 2, je spojen přímo se záporným polem vstupu měniče kmitočtu 2» kladný pol výstupu prvního zesilovače 2 3^e spojen přes regulační prvek 8 a vstupní odpor 10 s kladným polem vstupu měniče kmitočtu 2» takže první zesilovač 2 j^e zdrojem referenčního napětí pro řízení výkonu měniče kmitočtu 2· Výstup druhého zesilovače 6, spojeného s druhým tepelným čidlem 2 pro snímání teploty ve čtvrté čtvrtině délky induktoru 2, je spojen s řídící částí regulačního prvku 8« Pracovní část regulačního prvku 8, vřazená mezi první zesilovač 2 a vstupní odpor 10. je přemostěna odporem 2. s hodnotou větší než 10 % celkové hodnoty vstupního odporu 10. Regulační prvek 8 je tvořen bud tranzistorem (obr. 1) a nebo optoelektronickým prvkem (obr. 2),· bud fotoodporem nebo fototranzistorem. V tom případě je k výstupu druhého zesilovače 6, připojen světelný zdroj 11. Vstupní odpor 10 měniče kmitočtu 2 j® tvořen potenciometrem, zapojeným celou hodnotou odporu směrem k prvnímu zesilovači 2 ^a ?29 492 částí s jezdcem k měniči kmitočtu 2* Irrvró. tepelná čidlo £ pro snímání teploty ve třetí až čtvrté čtvrtině délky induktoru 2 je zaměřeno na ohřívaný materiál 1 ve čtvrté čtvrtině induktoru 2_, nejméně o 10 mm blíže ke středu induktoru 2 než druhé tepelné čidlo 2·

Funkce regulátoru teploty s ochrannou proti přehřátí ohřívaného materiálu v elektrickém zapojení podle vynálezu je tato: Cívka induktoru 2 je připojena k výstupním svorkám měniče kmitočtu 2· Celková délka cívky induktoru 2 je pro potřebu popisu rozdělena na čtyři čtvrtiny. První čtvrtinou je část induktoru 2 ze strany vstupu materiálu 1 určeného k ohřívání, ohřátý vystupuje ze čtvrté čtvrtiny induktoru 2_O První tepelné čidlo £ a druhé tepelné čidlo 2» sestávající například z optiky a křemíkové diody, jako elementu, měnícího tepelné záření na elektrický signál, jsou stejného provedení, mohou se vsak lišit v tepelném rozsahu_o První tepelné čidlo £, které je připojeno ke vstupním svorkám px'vního zesilovače 2 ^se podle průřezu ohřívaného materiálu 1. a výkonu induktoru 2 zaměřuje na ohřívaný materiál ,1 do třetí nebo i částí čtvrté čtvrtiny délky induktoru 2, zatímco druhé tepelné čidlo 2 pouze do čtvrté čtvrtiny délky induktoru 2 a to v místě, kde lze předpokládat maximální teplotu ohřívaného materiálu j. ještě pod vlivem závitů cívky induktoru 2, Elektrické signály z prvního tepelného čidla £ a z druhého tepelného čidla 2 jsou zavedeny do vstupů prvního zesilovače 2 ^a druhého zesilovače £ tak, že první tepelné čidlo £ je připojeno k prvnímu zesilovači 2 ^a druhé tepel né čidlo 2 h druhému zesilovači £. První zesilovač 2 i druhý zesilovač £ mohou být shodné, vybavené zápornými zpětnými vazbami a stupnicemi s předvolbou teploty a c normalizovanými výstupy. Předpokládá se, že i vstup měniče kmitočtu 2 je normalizovaný pro shodný signál, například 0-10 V. Z normalizovaného výstupu druhého zesilovače £ se signál upraví podle potřeby vstupu regulačního členu 8 nebo zdroje světla 11. Protože běžně konstruovaná elek trička zapojení pracují tak, že při nulovém vstupním signálu dává jí nulový výkon a při plném vstupním napětí maximální výkon, pracují zde první zesilovač 2 ^a druhý zesilovač £ v inverzní funkci, to jest při studeném materiálu 1 je nulový signál z prvního tepel ného čidla £ a druhého tepelného čidla 2 ^{a na} výstupech prvního zesilovače 2 ^a druhého zesilovače £ je plné napětí. Protože při maximálním výstupním napětí druhého zesilovače £ je zcela otevřen regulační prvek 8, pak také na vstupní odpor 10 měniče kmitočtu 2

- 6 229 492 piojde plné napětí z výstupu prvního zesilovače 2 ^a měnič kmitočtu 2 odevzdá plný výkon do induktoru 2. Ohřeje-li se materiál 1 v místě, kam je zaměřeno první tepelné čidlo £ na hodnotu předvolenou v prvním zesilovači 2» sníží se plynule výstupní napětí prvního zesilovače 2 ^a tím i vstupní napětí do měniče kmitočtu 2» čímž se sníží jeho výkon· Výkon celé regulační smyčky se automaticky upraví tak, že předvolená teplota v místě prvního tepelného čidla £ bude sice konstantní, avšak nižší, než skutečně požadovaná· Konstantním posuvem materiálu 1 ve zbylé činné části induktoru 2 se materiál £ dohřeje na žádanou teplotu· Dojde-li však k omezení nebo úplné ztrátě posuvu materiálu 1 v prostoru induktoru 2, pak před koncem čtvrté čtvrtiny délky induktoru 2 dojde k přehřátí, nebo i k tavení materiálu 2 a tím k poškození vlastního induktoru 2® Aby se tak nestalo, je právě v tomto nebezpečném úseku zaměřeno druhé tepelné čidlo 2» které po dosažení přípustné předvolené maximální teploty na druhém zesilovači £ svým signálem zajistí plynulý pokles výstupního napětí druhého zesilovače 6 a tím uzavření regulačního prvku 8. Regulační prvek 8 zvýší svůj odpor a na vstupu měniče kmitočtu 2 ^ae sníží vstupní napětí v poměru hodnot vstupního odporu 10 k odporu regulačního prvku 8.

Účinnost regulačního prvku 8 je při jeho zásahu mnohem vyšší, než vliv výstupního napětí prvního zesilovače 2· následujících okamžicích se regulační prvek 8 s druhým tepelným čidlem 2 ^a druhým zesilovačem 6, stávají^ hlavními regulačními členy celého ohřevu materiálu JL na jeho maximální dovolenou teplotu· V krátké době však dojde k vzestupu teploty v místě prvního tepelného čidla £ na teplotu vyšší než tomuto místu přísluší a první zesilovač 2 se zcela uzavře· Teplota materiálu 1 v poslední čtvrtině délky induktoru 2 poklesne a postupně se vyrovná s místem prvního tepelného čidla £. Mezitím dojde k úplnému otevření regulačního prvku 8 a první regulační smyčka, sestávající z prvního tepelného čidla £, prvního zesilovače 2 ^a měniče kmitočtu 2 ⁸ induktorem 2 přejde do tak zvaného udržovacího výkonu, odpovídajícího nižší předvolené a zcela bezpečné teplotě materiálu JL. V mnoha konkrétních případech ohřevů není výhodné, aby během pracovního procesu měnič kmitočtu 2 dával plný výstupní výkon, nebo také žádný. Pro předurčení maximálního výkonu měniče kmitočtu 2 zde proto zařazen vstupní odpor 10, tvořený potenciometrem na vstupu měniče kmitočtu 2 ^a P^r<> předurčení spodní hladiny výkonu pak odpor 2» tvořený rovněž potenciometrem, překlenujícím pracovní část regulačního prvku 8. Navíc první zesilovač 2 ^a druhý zesilovač £ jsou výbavě- 7 229 492 ny pomocnými potenciometry pro předvolbu základního výstupního napětí.

Popsané zapojení je jednou z konkrétních alternativ využití vynálezu. Z funkčního hlediska není rozhodující, zda regulační prvek je vřazen do kladné či záporné větve mezi zesilovačem a vstupem měniče kmitočtu, stejně tak není rozhodující, zda je vstup měniče kmitočtu napěťový nebo proudový. Při proudovém vstu pu by se vstupní odpor řadil do serie s regulačním prvkem.

Elektrické zapojení podle vynálezu je vhodné pro plynulou regulaci teploty a ochranou proti přehřátí materiálu, ohřívaného v induktoru středofrekvenčních ohřívaček a to ve všech strojírenských provozech, kde se kovový materiál indukčně ohřívá před dalším zpracováním.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1) Elektrické zapojení pro plynulou regulaci teploty, zejména kovového materiálu, ohřívaného induktorem středofrekvenčr.í indukční ohřívačky, napájené statickým měničem kmitočtu, kde teplota ohřívaného materiálu je snímána teplotním čidlem, spojeným se zesilovačem, vyznačující se tím, že záporný pól výstupu prvního zesilovače (3), spojeného s prvním tepelným čidlem (4) pro snímání teploty ve třetí až čtvrté čtvrtině délky induktoru (2), je spojen přímo se záporným pólem vstupu měniče kmitočtu (7) a kladný pól výstupu prvního zesilovače (3) je spojen přes regulační prvek (8) a vstupní odpor (10) s kladným pólem vstupu měniče kmitočtu (7), přičemž výstup druhého zesilovače (6), spojeného s druhým tepelným čidlem (5) pro snímání teploty ve čtvrté čtvrtině délky induktoru (2), je spojen s řídící části regulačního prvku (8) a pracovní část regulačního prvku (8), zařazená mezi první zesilovač (3) a vstupní odpor (10) je přemostěna odporem (9) s hodnotou větší než 10 % celkové hodnoty vstupního odporu (10),
2. 2) Elektrické zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že regulační prvek (8) je tvořen tranzistorem·
3. 3) Elektrické zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že regulační prvek (8) je tvořen optoelektronickým prvkem·
4. 4) Elektrické zapojení podle bodů 1 a 3, vyznačující se tím, že k výstupu druhého zesilovače (6) je připojen světelný zdroj (11).
5. 5) Elektrické zapojení podle bodů 1 a 2, nebo 1, 3 a 4, vyznačující se tím, že vstupní odpor (10) měniče kmitočtu (7) je tvořen potenciometrem, zapojeným celou hodnotou odporu směrem k prvnímu zesilovači (3) a částí s jezdcem k měniči kmitočtu (7)·
6. 6) Elektrické zapojení podle bodů 1, 2 a 5 nebo 1, 3, 4 a 5, vyznačující se tím, že první tepelné čidlo (4) je zaměřeno na ohřívaný materiál (1) ve čtvrté čtvrtině induktoru (2) nejméně .. o 10 mm blíže ke středu induktoru (2) než druhé t^pp^a p£dlo