Устройство для импульсного регулирования температуры многозонной электропечи сопротивления

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в регуляторах электрической энергии прецизионного технологического оборудования, например в установках выращивания сапфира. Техническим результатом является снижение пульсаций температуры в зонах регулирования электропечи. Устройство содержит n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами к выводам для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам, причем в качестве логической схемы используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение в регуляторах электрической энергии прецизионного технологического оборудования, например в установках выращивания сапфира.

Известно устройство для импульсного регулирования температуры в зонах регулирования электропечи, содержащее совокупность регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения нагрузок, а также совокупность формирователей импульсов управления, соединенных своими выходами с управляющими входами регуляторов напряжения (Многоканальное устройство для регулирования температуры электронагревателей, патент РФ 2058580, G05D 23/19, 20.04.1996).

Недостатком устройства является повышенная пульсация мощности в секциях нагрузки, вызванная неравномерным процессом передачи энергии в них и обусловленная использованием для регулирования мощности принципа широтно-импульсной модуляции.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для импульсного регулирования температуры секционированной нагрузки, содержащее n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам (Устройство для импульсного регулирования мощности секционированной нагрузки, а.с. СССР, 1660099 H02M 3/18, 30.06.1991).

Недостатком такого устройства также является повышенная пульсация температуры в зонах регулирования электропечи, поскольку в основу его функционирования опять-таки положен принцип широтно-импульсной модуляции.

Технический результат выражается в снижении пульсаций температуры в зонах регулирования электропечи.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам, в качестве логической схемы используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения. Кроме того, в состав каждого формирователя импульсов управления введены RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом переполнения реверсивного счетчика, S-вход - с импульсным синхронизирующим входом, а прямой выход - с управляющим выходом, а также логическая схема конъюнкции, один вход которой соединен с импульсным информационным входом, второй вход - с инверсным выходом RS-триггера, а выход - с вычитающим входом двоичного реверсивного счетчика и управляющим выходом.

Принцип функционирования предложенного устройства поясняется чертежами, на которых изображены:

фиг.1 - электрическая схема устройства,

фиг.2 - электрическая схема формирователя импульсов управления,

фиг.3 - временные диаграммы формирования импульсов.

Устройство для импульсного регулирования температуры секционированной нагрузки (фиг.1) содержит n регуляторов напряжения (PH) 1, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети 2, вторыми силовыми выводами соединенных с выводами для подключения n нагрузок 3, формирователь синхроимпульсов (ФСИ) 4, вход которого соединен с выводами для подключения сети 2, а выходы - с входом распределителя импульсов (РИ) 5, а также n формирователей импульсов управления (ФИУ) 6, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика 7 и имеющих импульсные информационные входы 8, подключенные к выходам распределителя импульсов 5, импульсные синхронизирующие входы 9, управляющие входы 10, управляющие выходы 11, подключенные через логическую схему 12 к импульсным синхронизирующим входам 9. В качестве логической схемы 12 используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы 13, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения 1.

В состав каждого формирователя импульсов управления введены RS-триггер 14, R-вход которого соединен с выходом переполнения реверсивного счетчика 7, S-вход - с импульсным синхронизирующим входом 9, а прямой выход - с управляющим выходом 11, а также логическая схема конъюнкции 15, один вход которой соединен с импульсным информационным входом 8, второй вход - с инверсным выходом RS-триггера, а выход - с вычитающим входом двоичного реверсивного счетчика 7 и управляющим выходом 13.

Регуляторы напряжения выполнены на основе трансформатора, в цепь первичной обмотки которого последовательно включен электронный ключ. Остальные элементы устройства выполнены на стандартных микросхемах.

Работа устройства происходит следующим образом. Из входного напряжения сети u(t), изменяющегося с периодом Т, формирователем синхроимпульсов ФСИ осуществляется формирование последовательности коротких импульсов z(t), следующих с периодом T/2 и соответствующих моментам прохождения напряжением сети нулевого уровня

$$z(t)=\{\begin{array}{l}1\text{ при u}\left(\text{t}\right)=0\\ 0\text{ при u}\left(\text{t}\right)\ne 0\end{array}$$

Распределитель импульсов РИ преобразует последовательность z(t) в совокупность импульсов, r₁(t), r₂(t),…,r_n(t), где n - число зон регулирования. Периоды следования импульсов во всех последовательностях одинаковы и составляют nT/2, при этом импульсы каждой следующей последовательности задержаны относительно предыдущей последовательности на время Т/2n.

Последовательности r₁(t), r₂(t),…,r_n(t) поступают на формирователи импульсов управления ФИУ₁, ФИУ₂,…,ФИУ_n, которые пропускают числа импульсов N₁, N2,…,N_n, пропорциональные управляющим кодам Х₁, Х₂,…,Х_n. В результате формируются последовательности импульсов f₁, f₂,…,f_n, управляющие состоянием соответствующих ключей К₁, К₂,…,К_n и, следовательно, количеством полуволн напряжения сети, поступивших на нагрузки Z₁, Z₂,…Z_n.

Формирователь импульсов управления 6 функционирует следующим образом. Импульс g осуществляет начальную установку счетчика 7 в исходное состояние, определяемое соответствующим ему кодом управления X. Одновременно происходит установка триггера 14 в исходное состояние, обеспечивающее прохождение распределенных импульсов r через логическую схему конъюнкции 15 на вычитающий вход счетчика 7 и на импульсный информационный выход 13, управляющий состоянием соответствующего регулятора напряжения 1.

Состояние счетчика изменяется до тех пор, пока не произойдет его полное обнуление. В момент обнуления формируется импульс h, опрокидывающий триггер. При этом прохождение импульсов r через логическую схему И на управляющий выход прекращается, а на инверсном выходе триггера 14 появляется логическая единица.

Количество импульсов f, прошедшее на управляющий вход ключа, пропорционально управляющему X коду. Оно определяет количество полуволн напряжения сети, поступивших в нагрузку.

Максимальное количество полуволн соответствует максимальному коду. Оно определяет длительность цикла регулирования, поскольку с приходом импульса q, соответствующего максимальному коду, на всех входах схемы конъюнктора 11 устанавливаются логические единицы, а на выходе им формируется сигнал g начальной установки, подаваемый на импульсный управляющий вход формирователя импульсов управления 6. Далее процесс периодически повторяется.

В предложенном регуляторе полуволны напряжения на нагрузке распределены более равномерно. Следовательно, пульсации температуры в каждой зоне будут иметь меньший уровень.

1. Устройство для импульсного регулирования температуры многозонной электропечи сопротивления, содержащее n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами к выводам для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам, отличающееся тем, что в качестве логической схемы используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав каждого формирователя импульсов управления введены RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом переполнения реверсивного счетчика, S-вход - с импульсным синхронизирующим входом, а прямой выход - с управляющим выходом, а также логическая схема конъюнкции, один вход которой соединен с импульсным информационным входом, второй вход - с инверсным выходом RS-триггера, а выход - с вычитающим входом двоичного реверсивного счетчика и управляющим выходом.