устройство для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления

Формула изобретения

Устройство для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления, содержащее последовательно соединенные задатчик температуры и регулятор температуры, последовательно соединенные блок формирования импульсов и тиристорный силовой блок, силовые выводы которого предназначены для подключения электрической печи сопротивления к сети, и датчик температуры, отличающееся тем, что в него введены регулятор тока, включенный между выходом регулятора температуры и входом блока формирования импульсов, датчик напряжения, приложенного к электрической печи сопротивления, последовательно соединенный с ним первый дифференцирующий блок с алгебраическим суммированием на входе, выход которого соединен с третьим входом регулятора тока, датчик тока, первый пропорционально-дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика тока и вторым входом первого дифференцирующего блока с алгебраическим суммированием на входе, второй пропорционально-дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика тока и вторым входом регулятора тока, второй дифференцирующий блок, пропорциональный блок, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход через введенный второй дифференцирующий блок с алгебраическим суммированием на входе соединен с третьми входом регулятора температуры, третий дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика температуры и вторым входом второго дифференцирующего блока с алгебраическим суммированием на входе, третий пропорционально-дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика температуры и вторым входом регулятора температуры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и электротехнологии и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в электрических печах сопротивления.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления, описанное в [1].

Прототип содержит последовательно соединенные задатчик температуры и регулятор температуры, последовательно соединенные блок формирования импульсов и тиристорный силовой блок, силовые выводы которого предназначены для подключения электрической печи сопротивления к сети, и датчик температуры.

При эксплуатации прототипа обнаружены недостатки.

1. Влияние на динамику контура регулирования температуры внутренних обратных связей по температуре изделия, находящегося в печи сопротивления, по разности температур изделия и окружающей среды, по мощности теплового потока.

2. Влияние на качество регулирования температуры вариаций сопротивления нагревателя, коэффициента теплоотдачи нагревателя, коэффициента теплообмена между нагревателем и изделием, коэффициента теплоотдачи изделия, коэффициента теплоемкости изделия и температуры окружающей среды.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующих задач.

1. Компенсация влияния внутренних обратных связей по температуре изделия, по разности температур изделия и окружающей среды, по мощности теплового потока на динамику контура регулирования температуры.

2. Уменьшение чувствительности устройства для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления к вариациям сопротивления и коэффициента теплоотдачи нагревателя, коэффициента теплообмена между нагревателем и изделием, коэффициентов теплоотдачи и теплоемкости изделия, температуры окружающей среды.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в повышении качества регулирования температуры в электрической печи сопротивления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления введены регулятор тока, включенный между выходом регулятора температуры и входом блока формирования импульсов, датчик напряжения, приложенного к электрической печи сопротивления, последовательно соединенный с ним первый дифференцирующий блок с алгебраическим суммированием на входе, выход которого соединен с третьим входом регулятора тока, датчик тока, первый пропорционально-дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика тока и вторым входом первого дифференцирующего блока с алгебраическим суммированием на входе, второй пропорционально-дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика тока и вторым входом регулятора тока, второй дифференцирующий блок с алгебраическим суммированием на входе, пропорциональный блок, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход через второй дифференцирующий блок с алгебраическим суммированием на входе соединен с третьим входом регулятора температуры, третий дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика температуры и вторым входом второго дифференцирующего блока с алгебраическим суммированием на входе, третий пропорционально-дифференцирующий блок, включенный между выходом датчика температуры и вторым входом регулятора температуры.

Таким образом, введение регулятора тока, датчиков напряжения тока и напряжения, приложенного к электрической печи сопротивления названных блоков корректирующих связей позволило получить передаточные функции контура регулирования температуры заявляемого устройства в виде



где

(P) - температура электрической печи сопротивления;

U₃(P) - задающее напряжение контура регулирования температуры;

T - постоянная времени тиристорного силового блока;

_возм(P) - возмущающее воздействие, обусловленное вариациями названных ранее параметров и температуры окружающей среды;

K_o - коэффициент обратной связи по температуре.

Полученные передаточные функции свидетельствуют о компенсации влияния внутренних обратных связей, а также вариаций параметров электрической печи сопротивления и температуры окружающей среды на динамические свойства контура регулирования температуры.

Следовательно, заявляемое устройство обеспечивает повышение качества регулирования температуры в электрической печи сопротивления.

На чертеже представлена структурная схема устройства для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления.

Устройство для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления содержит последовательно соединенные задатчик 1 температуры, регулятор 2 температуры, регулятор 3 тока, блок 4 формирования импульсов и тиристорный силовой блок 5, к силовым выводам которого подключается электрическая печь сопротивления, датчик 6 напряжения, приложенного к электрической печи сопротивления, последовательно соединенный с ним первый дифференцирующий блок 7 с алгебраическим суммированием на входе, выход которого соединен с третьим входом регулятора 3 тока, датчик 8 тока, первый пропорционально-дифференцирующий блок 9, включенный между выходом датчика 8 тока и вторым входом первого дифференцирующего блока 7 с алгебраическим суммированием на входе, второй пропорционально-дифференцирующий блок 10, включенный между выходом датчика 8 тока и вторым входом регулятора 3 тока, второй дифференцирующий блок 11 с алгебраическим суммированием на входе, пропорциональный блок 12, вход которого подключен к выходу датчика тока 8, а выход через второй дифференцирующий блок 11 с алгебраическим суммированием на входе соединен с третьим входом регулятора 2 температуры, датчик 13 температуры, третий дифференцирующий блок 14, включенный между выходом датчика 13 температуры и вторым входом второго дифференцирующего блока 11 с алгебраическим суммированием на входе, третий пропорционально-дифференцирующий блок 15, включенный между выходом датчика 13 температуры и вторым входом регулятора 2 температуры.

Устройство для автоматического регулирования температуры в электрической печи сопротивления работает следующим образом.

Сигнал с задатчика 1 температуры поступает на первый вход регулятора 2 температуры, на другие входы которого поступают сигналы отрицательных жесткой и гибкой обратных связей по температуре, а также сигналы положительных гибких обратных связей по току и температуре. Регулятор 2 температуры выполнен в виде пропорционально-интегро-дифференцирующего блока с ограничением выходного сигнала и совместно с блоками 11, 12, 14 и 15 указанных обратных связей формирует зависимость температуры электрической печи сопротивления от времени (t) . Сигнал с выхода регулятора 2 температуры поступает на первый вход регулятора 3 тока, на другие входы которого поступают сигналы отрицательных жесткой и гибкой обратных связей по току и сигналы положительных гибких обратных связей по напряжению и току. Регулятор 3 тока выполнен в виде пропорционально-интегрирующего блока и совместно с блоками 7, 9 и 10 указанных обратных связей формирует зависимость тока от времени i (t). Сигнал с выхода регулятора 3 тока поступает на вход блока 4 формирования импульсов, который подает импульсы на открытие тиристоров в тиристорном силовом блоке 5. Время подачи импульсов, а следовательно, и напряжения на электрическую печь сопротивления определяется величиной сигнала на выходе регулятора 3 тока.

Таким образом, зависимости температуры и тока от времени определяются положением задатчика температуры, настройкой регуляторов температуры, тока и блоков корректирующих обратных связей.