RU9319U1 - Устройство для регулирования температуры электропечи сопротивления - Google Patents

Abstract

1. Устройство для регулирования температуры электропечи сопротивления, содержащее тиристорный регулятор, соединяющий питающую сеть с нагревателями, синхронизирующее устройство, подключенное входом к питающей сети, а выходом - к входу тактового генератора, широтно-импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющим электродам тиристоров тиристорного регулятора, синхронизирующим входом - к выходу тактового генератора, а вторым входом - к выходу вычислительного устройства, связанного входом с сумматором, подключенным одним входом к датчику температуры, а другим входом - к задатчику температуры, отличающееся тем, что нагреватели электропечи разделены на две группы, введены дополнительный тиристорный регулятор, дополнительный широтно-импульсный модулятор, счетный триггер, подключенный входом к выходу тактового генератора, прямым выходом - к синхронизирующему входу широтно-импульсного модулятора, а инверсным - к синхронизирующему входу дополнительного широтно-импульсного модулятора, подключенного вторым входом к выходу вычислительного устройства, а выходом - к управляющим электродам тиристоров дополнительного тиристорного регулятора, связывающих силовыми электродами питающую сеть с дополнительной группой нагревателей.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число групп нагревателей и соответствующих им широтно-импульсных модуляторов и тиристорных регуляторов выбрано больше двух.

Description

УСТРОЙСТВО для РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к области электротермии, а именно к системам регулирования температуры электрических печей сопротивления.

Известны системы регулирования температуры, содержащие контактор, связьтающий нагреватели с источником питания переменного тока, датчик температуры, релейный элемент и элемент сравнения, подключенный выходом через двойной релейный элемент ко входу контактора, а входами к выходам датчика температуры и задатчика температуры 1.

Недостатком известного устройства является низкая точность регулирования температуры и плохое качество электроэнергии при регзшировании температуры, что связано с дискретным характером регулирования мощности и отсутствием синхронизации включения и отключения контактора с напряжением питания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования температуры электропечи сопротивления, содержащее тиристорный регулятор, соединяющий питающую сеть с нагревателями, синхронизирующее устройство, подключенное входом к питающей сети, а выходом - к входу тактового генератора, широтно импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющим электродам тиристоров тиристорного регулятора, синхронизирующим входом - к выходу тактового генератора, а вторым входом - к выходу вычислительного устройства, связанного входом с сз матором, подключенным одним

входом к выходу датчика температ фы, а другим входом-к выходу задатчика температуры 2.

Недостатком известного устройства является понижение КПД и коэффициента мощности, что ухудшает качество электроэн гни и эффективность использования электрооборудования, в частности, трансформатора, от которого осуществляется питание электрической печи сопротивления.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении КПД, уз чшении качества электроэнергии и снижении установленной мощности питающего электрооборудования.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем тиристорный регулятор, соединяющий питающзто сеть с нагревателями, синхронизирующее устройство, подключенное входом к питающей сети, а выходом - к входу тактового генератора, широтно импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющим электродам тиристоров тиристорного регулятора, синхронизирующим входом - к выходу тактового генератора, а вторым входом - к выходу вычислительного устройства, связанного входом с сумматором, подключенным одним входом к датчику температуры, а другим входом - к задатчику температуры, согласно полезной модели нагреватели электропечи разделены на две группы, введены дополнительный тиристорный регулятор, дополнительный широтно - импульсный модулятор, счетный триггер, подключенный входом к выходу тактового генератора, прямым выходом - к синхронизирующему входу широтно - импульсного модулятора, а инверсным - к синхронизирующему входу дополнительного широтно - импульсного модулятора, подключенного вторым входом к выходу вычислительного устройства, а выходом - к управляющим электродам тиристоров дополнительного тиристорного регулятора, связьшающих силовыми электродами питающую сеть с дополнительной грзшпой нагревателей.

групп нагревателей и соответствующих им широтно - импульсных модуляторов и тиристорных регуляторов выбрано больше двух.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, ще на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства (в однофазном исполнении), на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов на основных функциональных элементах, характеризующие работу устройства, на фиг. 3 - схема одного из вариантов реализации блока синхронизации.

Устройство (фиг. 1) содержит два тиристорных регулятора и 2, электрическую печь сопротивления с двумя группами нагревателей 3 и 4 и датчиком температуры 5, сумматор 6, задатчик температуры 7, вычислительное устройство 8, блок синхронизации 9, генератор тактовых импульсов 10, счетный триггер 11, щиротно - импульсный модулятор, содержащий дифференцирз ющее устройство 12, генератор пилообразного напряжения 14 и сравнивающее устройство 16, и дополнительный щиротно - импульсный модулятор, содержащий дифференцирующее устройство 13, генератор пилообразного напряжения 15 и сравнивающее устройство 17.

Тиристорные регуляторы 1 и 2 связывают соответствующие группы нагревателей 3 и 4 с источником питания переменного напряжения и, к которому подключен входом блок синхронизации 9. Выход блока синхронизации подключен ко входу генератора тактовых импульсов 10, выход которого подключен к прямому входу счетного триггера 11. Прямой выход счетного триггера подключен ко входу дифференцирующего устройства 12, а инверсный выход-ко входу дифференцирующего устройства 13. Выходы дифференцирующих устройств 12 и 13 подключены соответственно ко входам генераторов пилообразного напряжения 14 и 15. Выход генератора 14 соединен с одним из входов сравнивающего устройства (компаратора) 16. Выход генератора 15 аналогично соединен с одним из входов сравнивающего устройства 17. Вторые входы сравнивающих устройств 16 и 17 подключены к выходу вычислительного устройства 8, подключенного

своим входом к выходу сумматора 6. Один вход сумматора 6 подключен к выходу датчика температуры 5, дрзтой - к выходу задатчика температуры 7. Выходы фавнивающих устройств 16 и 17 подключены к управл5пощим электродам тиристоров соответственно тиристорных регуляторов 1 и 2.

Тиристорные регуляторы, датчик температуры, вычислительное устройство, (гумматор, блок задания, генератор тактовых импульсов, счетный триггер, дифференцирующие и сравнивающие устройства, генераторы пилообразного напряжения являются известными широко применяемыми (стандартными) элементами, описанными, например, в 2.

Блок синхронизации в предлагаемом устройстве может быть отнесен к нестандартным элементам, хотя принципы построения таких устройств широко известны и его конкретное выполнение не является предметом предлагаемой полезной модели. На фиг. 3 приведена функциональная схема одного из возможных вариантов выполнения блока синхронизации 9. В изображенной на фиг. 3 схеме показан блок синхронизации, который содержит ограничитель напряжения на резисторе 18 и стабилитроне 19, элемент ИЛИ (промежуточный усилитель) 20, дифференцирующую цепочку 21, 22, диод 23 и оконечный усилитель 24 (элемент ИЛИ). Схема блока синхронизации на фиг. 3 вырабатъюает на выходе короткие импульсы, появление которых соответствует моменту перехода через нуль питающего напряжения.

Возможны и лругие; варианты построения блока синхронизации, принцип построения которого и используемая схема не являются сущеевенными для достижения поставленной цели.

Устройство работает следующим образом. В зависимости от величины и знака рассогласования (ще 9з - заданное значение температуры; в - текущее значение температуры печи) на выходе сумматора 6 вычислительное устройство 8 вырабатьшает сигнал управления Uy, который

сравнивается устройствами сравнения 16 и 17 с сигналами пилообразного напряжения Uni и Uni, вырабатьюаемыми соответственно генераторами 14 и 15. Пилообразные сигналы Uni и Uni имеют одинаковый период Тм const, называемый периодом модуляции. На выходе каждого из сравнивающих устройств 16, 17 вырабатьшаются импульсы управления соответственно UM и UMI, следующие друг за другом с периодичностью Тм. Эти импульсы подаются на управляющие электроды тиристоров соответственно регуляторов I и 2. Длительность периода модуляции на порядок и более превыщает период напяжения сети Те, т.е. обычно выполняется условие Тм ЮТс. Для любого тиристорного регулятора относительная продолжительность включения у в/Тм, равная длительности импульса управления (см. фиг.2), определяет среднюю мощность, вводимую в печь:

где РНОМ - номинальная мощность регулятора, т.е. мощность, вводимая в печь при постоянно включенном тиристорном регуляторе. До этого момента работа предлагаемого устройства не отличается от известных аналогичных устройств.

В предлагаемом устройстве для уменьщения максимальной мощности, вводимой в печь на интервале 1в, и паузы to Тм - te вся нагрузка печи, характеризующаяся сопротивлением Re, поделена на две группы предпочтительно с равным сопротивлением, т.е. 2Кя. Тогда при включении тиристорного регулятора 1 или 2 из сети будет потребляться мощность

Pi Pi PHOM/2 UV(2RH), где и - действующее значение напряжения сети.

Таким образом, распределение нагревателей на две группы практически вдвое уменьшает мощность, потребляемую печью из сети при включенном регуляторе.

Рср- Рном 7

лирования температуры при проектировании печи и системы регулирования должно быть предусмотрено превышение мощности, т. е. Рнон Pep. Обычно стараются спроектировать печь и систему регулирования температуры таким образом, чтобы

Такое условие работы традиционного тиристорного регулятора с широтно - импульсным управлением тиристорами соответствует у 0.5. Предположим, что печь работает в установившемся режиме, т. е. в нее вводится мощность

fff Гном у РВОМ/2.

В известном устройстве мощность из сети потребляется при этом только в течение времени, равного 1в, а на интервале (Тм-1в) ток из сети не потребляется. Такой режим отбора мощности из сети вносит искажения в форму кривой тока, ухудшает использование установленной мощности электрооборудования и качество электроэнергии. В предлагаемом устройстве бестоковая практически исключается или сводится до минимума. Как следует из диаграмм на фиг. 2, тактовые импульсы UT частотой 2fii, ще fu 1/ Тм, вырабатьтаемые генератором 10, делятся на два с помощью счетного триггера 11. На выходах триггера 11 вырабатываются два сдвинутых на период Ты 12 противофазных сигнала Uoi и Uo2 (см. фиг. 2). Эти сигналы служат для управления генераторами пилообразного напряжения 14, 15. Сброс и новый запуск генераторов 14 и 15 осуществляются в момент прохождения переднего фронта, соответственно, импульса Uei и Uoi. Генераторы пилообразного напр51жения 14 и 15, таким образом, формируют пилообразные сигналы, соответственно Uni и Uni, сдвинутые друг относительно друга на Тм/2. Следовательно, и импульсы управления тиристорами UM и UM сдвинуты друг относительно друга на Тм/2. На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов.

ном / Pep - 2.

фронт коротких импульсов UHC (см. фиг. 2), вырабатьшаемых блоком сиихроиизации 9, соответствует момеиту перехода напряжения сети Ut через ноль. Частота импульсов Une равна частоте сети. Фронты импульсов Ui и, следовательно, UMI и UMI будут совпадать с фронтами импульсов UK, т.е. с переходом напряжения сети через ноль. Таким образом, моменты включения регуляторов I и 2 будут синхронизированы с моментом перехода напряжения сети Ue через ноль, что позволяет избежать искажений формы кривой тока, возникающих при отсутствии такой синхронизации.

Моменты включения регуляторов 1,2 совпадают с передними фронтами тактовых импульсов UT, но разнесены во времени на Тм/2. Это обеспечивает сдвиг по фазе на половину периода (противофазное включение) моментов включения групп нагревателей, т. е. в паузах между включением одной группы нагревателей включается другая группа нагревателей (см. сигналы UH и UHZ на фиг. 2). Таким разнесением во времени работы тиристорных регуляторов 1,2 обеспечивается более равномерная нагрузка питающей сети. Схема фиг.1 построена таким образом, что при установившемся режиме работы системы регулирования температуры, когда Рср Рты/2, обеспечивается протекание непрерьюного тока 1о в питающей сети.

В работе системы автоматического регулирования температуры для компенсации возмущений требуется изменять мощность, вводимую в печь, в диапазоне от О до , то есть изменять глубину регулирования (относительную продолжительность включения) у Рср/Рион от О до 1. Если у О, то оба тиристорных регулятора будут закрыты. Когда у 1, оба тиристорных регулятора 1 и 2 будут постоянно открыты, и в печь будет вводиться максимальная мощность Рном. Такое изменение у имеет место в переходных режимах работы системы регулирования температуры, которые являются непродолжительными.

ется установившийся режим, при котором Рср Рнвы/2. В этом режиме схема на фиг.1 обеспечивает наилучшую загрузку питающей сети без перерывов тока. Если Pep 0.5Рном, то имеет место кратковременная одновременная работа обоих тиристорных регуляторов 1 и 2, характериззющаяся увеличением тока Ь до значения Ьтах Риом/ U (см. фиг. 2). При .5Рнвм в токе 1о появляются паузы (на фиг. 2 такой режим не показан), но эти паузы примерно в 2 раза меньше по длительности по сравнению с теми, которые имеют место в традиционном устройстве.

Таким образом, введение указанных элементов и связей в рассматриваемое устройство обеспечивает снижение установленной мощности электрооборудования питающей сети и повышение качества электроэнергии за счет уменьшения перерьюов в токе, потребляемом из питающей сети.

Формула полезной модели

1.Ус1ройство для регулирования температуры электропечи сопротивления, содержащее тиристорный регулятор, соединяющий питающую сеть с нагревателями, синхронизирующее устройство, подключенное входом к питающей сети, а выходом - к входу тактового генератора, широтно импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющим электродам тиристоров тиристорного регулятора, синхронизирующим входом - к выходу тактового генератора, а вторым входом - к выходу вычислительного устройства, связанного входом с сумматором, подключенным одним входом к датчику температуры, а другим входом-к задатчику температуры, отличающееся тем, что нагреватели электропечи разделены на две группы, введены дополнительный тиристорный регулятор, дополнительный широтно - импульсный модулятор, счетный триггер, подключенный входом к выходу тактового генератора, прямым выходом - к синхронизирующему входу широтно - импульсного модулятора, а инверсным - к синхронизирующему входу дополнительного широтно - импульсного модулятора, подключенного вторым входом к выходу вычислительного устройства, а выходом к зшравляющим электродам тиристоров дополнительного тиристорного регулятора, связьшающих силовыми электродами питающую сеть с дополнительной группой нагревателей.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число групп нагревателей и соответствующих им широтно - импульсных модуляторов и тиристорных регуляторов выбрано больше двух.

Источники информации, принятые во внимание

1. Электроснабжение и автоматизация электротермических установок. Учебник для техникумов./ Свенчанский А.Д., Трейзон ЗЛ., MHJTXHH ЛА.М.: Энергия, 1980.-с.270-271.

Claims (2)

1. Устройство для регулирования температуры электропечи сопротивления, содержащее тиристорный регулятор, соединяющий питающую сеть с нагревателями, синхронизирующее устройство, подключенное входом к питающей сети, а выходом - к входу тактового генератора, широтно-импульсный модулятор, подключенный выходом к управляющим электродам тиристоров тиристорного регулятора, синхронизирующим входом - к выходу тактового генератора, а вторым входом - к выходу вычислительного устройства, связанного входом с сумматором, подключенным одним входом к датчику температуры, а другим входом - к задатчику температуры, отличающееся тем, что нагреватели электропечи разделены на две группы, введены дополнительный тиристорный регулятор, дополнительный широтно-импульсный модулятор, счетный триггер, подключенный входом к выходу тактового генератора, прямым выходом - к синхронизирующему входу широтно-импульсного модулятора, а инверсным - к синхронизирующему входу дополнительного широтно-импульсного модулятора, подключенного вторым входом к выходу вычислительного устройства, а выходом - к управляющим электродам тиристоров дополнительного тиристорного регулятора, связывающих силовыми электродами питающую сеть с дополнительной группой нагревателей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число групп нагревателей и соответствующих им широтно-импульсных модуляторов и тиристорных регуляторов выбрано больше двух.