Устройство управления нагревателем в упаковочной машине

 

Изобретение относится к упаковочному оборудованию и может быть использовано в пищевой, химической и других областях промышленности. Устройство содержит источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, который включает выпрямитель, блок фазового управления и силовой блок. Сущность изобретения заключается в том, что в блок фазового управления введен измеритель мощности. Это обеспечивает повышение стабильности температуры нагревателя во всем диапазоне регулирования и изменения напряжения сети. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к упаковочному оборудованию и может быть использовано в пищевой, химической и других областях промышленности.

Предлагаемое устройство предназначено для использования в качестве устройства управления нагревателем в упаковочном оборудовании, работающем по принципу упаковывания фасуемого продукта в пакеты из термопластичного материала, например в автомате по розливу жидких продуктов в полиэтиленовые пакеты.

Известно устройство управления нагревателем в упаковочном автомате, содержащие нагреватель, источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, и блок управления с фазосдвигающим конденсатором (а.с. СССР №821306, пр.15.06.79, опубл. 15.04.81, кл. В 65 В 51/26).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления нагревателем в упаковочной машине, содержащее источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, включающий выпрямитель, блок фазового управления и силовой блок (патент РФ №2041844, пр. 15.03.93, опубл.20.08.95, кл. В 65 В 51/26). При этом блок фазового управления содержит фазосдвигающий конденсатор с блоком заряда и блоком разряда, источник опорного напряжения и компаратор.

В этих устройствах угол отсечки каждого полупериода определяется напряжением на фазосдвигающем конденсаторе, которое, в свою очередь, изменяется по закону изменения среднего значения напряжения, прикладываемого к нагревателю.

Недостатком известных устройств является узкий диапазон изменения напряжения сети, в котором поддерживается стабильная величина мощности в нагрузке (нагревателе), обусловленный тем, что эти устройства обеспечивают изменение мощности в нагрузке пропорционально линейному изменению напряжения сети, в то время как мощность, потребляемая нагрузкой, пропорциональна величине напряжения во второй степени.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение диапазона допустимых изменений значения напряжения питания, в котором обеспечивается поддержание заданной (выбранной) величины мощности на нагревателе и, в конечном итоге, повышение стабильности температуры нагревателя во всем диапазоне регулирования и изменения напряжения сети.

Для достижения указанного технического результата в устройстве управления нагревателем в упаковочной машине, содержащем источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, включающий последовательно соединенные выпрямитель, блок фазового управления, содержащий источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом компаратора, и силовой блок, в блок фазового управления введен измеритель мощности, вход которого соединен с точкой соединения выпрямителя с источником опорного напряжения, а выход подключен к другому входу компаратора.

В частности для достижения технического результата измеритель мощности выполнен в виде параллельно соединенных детектора “нуля” и преобразователя “напряжение-частота”, выход которого подключен к первому входу преобразователя последовательности импульсов, выход которого соединен с первым входом суммирующего счетчика, выход которого подключен к первому входу преобразователя сигналов, выход которого является выходом измерителя мощности, а выход детектора “нуля” соединен с точкой соединения обнуляющих входов преобразователя последовательности импульсов, суммирующего счетчика и входа записи преобразователя сигналов.

Введение измерителя мощности в устройство управления нагревателем в упаковочной машине обеспечит стабильность температуры нагревателя во всем диапазоне изменения напряжения сети. В измерителе мощности частота следования импульсов на выходе преобразователя последовательности импульсов пропорциональна второй степени частоты на выходе преобразователя “напряжение-частота”. Накопленная суммирующим счетчиком в течение каждого полупериода сетевого напряжения информация соответствует суммарному значению квадратов сетевого напряжения и пропорциональна мощности, при этом обновление информации о накопленной в течение каждого полупериода сетевого напряжения мощности происходит по сигналу с детектора “нуля”.

Устройство поясняется следующими чертежами: на фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство управления нагревателем в упаковочной машине содержит выпрямитель 1 в виде выпрямительного моста, блок 2 фазового управления и силовой блок 3. Блок 2 фазового управления включает источник 4 опорного напряжения, измеритель 5 мощности и компаратор 6. Силовой блок 3 состоит из нагревателя 7, тиристорного дозатора 8, выходного ключа 9 и переключателя 10. Источник 4 опорного напряжения содержит разделительный диод 11, стабилизатор 12 напряжения для питания всех элементов блока 2 фазового управления, переменный резистор 13 для установки опорного напряжения. Измеритель 5 мощности содержит детектор “нуля” 14, преобразователь 15 “напряжение-частота”, преобразователь 16 последовательности импульсов, суммирующий счетчик 17, преобразователь 18 сигнала. В преобразователе 16 последовательности импульсов имеется подстроечный резистор 19 для установки коэффициента преобразования. Вход измерителя 5 мощности подсоединен к точке соединения выпрямителя 1 с источником 4 опорного напряжения. Выход блока 2 фазового управления через выходной ключ 9 подключен к управляющему выводу тиристорного дозатора 8 силового блока 3. Дополнительный вход выходного ключа 9 через переключатель 10 подключен к общей шине.

Устройство управления работает следующим образом.

В начале полупериода сетевого напряжения тиристорный дозатор 8 закрыт, детектор 14 “нуля” формирует импульс, по которому обнуляется преобразователь 16 последовательности импульсов и суммирующий счетчик 17. По мере увеличения напряжения на входе преобразователя 15 “напряжение-частота” линейно пропорционально изменяется (увеличивается) частота следования импульсов на входе преобразователя 16 последовательности импульсов, после которого импульсы, частота следования которых пропорциональна второй степени входного напряжения, поступают на счетный вход суммирующего счетчика 17. Коэффициент преобразования преобразователя 15 “напряжение-частота” изменяют подстроечным резистором 19 таким образом, чтобы, с одной стороны, исключить переполнение суммирующего счетчика 17, а, с другой стороны, обеспечить максимально возможное при всех колебаниях сетевого напряжения заполнение его (счетчика) разрядов. Накопленное в течение полуволны сетевого напряжения количество импульсов на выходе суммирующего счетчика 17, пропорциональное второй степени входного напряжения, в конце полупериода переписывается в преобразователь 18 сигнала по импульсу с детектора 14 “нуля”. На выходе преобразователя 18 сигнала формируется сигнал распределения мощности в течение полупериода сетевого напряжения. В момент времени t₁, когда напряжение на выходе преобразователя 18 сигнала (и, значит, на выходе измерителя 5 мощности), подаваемое на вход компаратора 6, станет равным опорному напряжению U_oп источника 4 опорного напряжения, компаратор 6 вырабатывает сигнал, который через выходной ключ 9 подается на управляющий вход тиристорного дозатора 8 и открывает его (тиристор). Сформированный таким образом угол ϕ₁ фазовой отсечки определяется напряжением на выходе измерителя 5 мощности, пропорциональным второй степени входного напряжения, и величиной опорного напряжения.

При изменении напряжения сети, например при его уменьшении (показано пунктирной линией) с U_~1 до U_~2, изменяется сигнал распределения мощности на выходе преобразователя 18 сигнала измерителя 5 мощности - график U_изм2 (показан пунктирной линией). Напряжение на выходе измерителя 5 мощности станет равным опорному напряжению U_oп, и, соответственно, компаратор 6 сформирует сигнал для запуска силового блока 3 в момент времени t₂, т.е. изменится угол фазовой отсечки (фаза открывания тиристорного дозатора 8) до значения ϕ₂, скомпенсировав тем самым изменение напряжения сети в соответствии с законом распределения мощности в течение полупериода сетевого напряжения. Таким образом, мощность, выделяющаяся в нагрузке (нагревателе 7), останется неизменной при изменении сетевого напряжения.

Предлагаемое устройство позволяет регулировать мощность, выделяющуюся на нагревателе, изменяя величину опорного напряжения U_oп при помощи переменного резистора 13, входящего в состав источника 4 опорного напряжения. Варьируя диапазоном изменения величины опорного напряжения U_oп, можно обеспечить необходимую плавность и диапазон регулирования мощности на нагревателе 7.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает плавность регулирования мощности на нагревателе, стабильность температуры нагрева нагревателя в широком диапазоне колебаний напряжения сети, а также, при необходимости, регулировку температурного режима.

Формула изобретения

1. Устройство управления нагревателем в упаковочной машине, содержащее источник питания, выполненный в виде тиристорного дозатора энергии с фазовым управлением, включающий последовательно соединенные выпрямитель, блок фазового управления, содержащий источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом компаратора, и силовой блок, отличающееся тем, что в блок фазового управления введен измеритель мощности, вход которого соединен с точкой соединения выпрямителя с источником опорного напряжения, а выход подключен к второму входу компаратора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измеритель мощности выполнен в виде параллельно соединенных детектора "нуля" и преобразователя напряжение - частота, выход которого подключен к первому входу преобразователя последовательности импульсов, выход которого соединен с первым входом суммирующего счетчика, выход которого подключен к первому входу преобразователя сигналов, выход которого является выходом измерителя мощности, а выход детектора "нуля" соединен с точкой соединения обнуляющих входов преобразователя последовательности импульсов, суммирующего счетчика и входа записи преобразователя сигналов.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2