Устройство для управления мощностью электронагревательных элементов

. (Я) ГОСУДАРСТВЕН ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСА К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ 4760486/07 20.11,89 15,02.92, Бюл. Ь Харьковский фил исследовательско ского и технол ктротермическог Ю.А. Нахинсон 621.365,32(088;8) Авторское свиде 42463, кл. 605 О Авторское саиде 387145, кл. Н 02УСТРОЙСТВО ЩНОСТЬЮ ЗЛЕ Х ЭЛЕМЕНТОВ иал Всесоюзного научго проектно-конструкогического института о оборудования тельство СССР 23/19, 1973.тельство СССР М 5/257, 1986.ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КТРОНАГР Е ВАТЕЛЬМ 1 (54) МО НЫ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в термических установках с электрическими нагревательными элементами.Цель изобретения - повышение точности поддержания заданных уровней мощности.На фиг. 1 изображена схема устройства.Устройство содержит пусковой элемент 1, элемент НЕ 2, элементы 3-5 гальванической развязки, распределитель 6 сигналов управления, формирователь 7. импульсов включениятиристоров, коммутационный блок 8, блок тиристоров 9 и электронагревательный элемент 10.Распределитель 6 сигналов управления состоит из элементов И 11-13, триггеров 14 и 15, элементов ИЛИ 16-18 и элемента 19 запрета.(57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности поддерживания заданных уровней мощности, Наличие гальванического разделения цепей открывания тиристоров и формирование четкого момента открывания тиристоров позволяет повысить точность поддержания заданных уровней мощности, Четкая работа времязадающего конденсатора обеспечивается применением моста из диодов и стабилитрона. С помощью другого моста, резисторов и тиристора обеспечива-. ется четкая органиэация открывания силовых тиристоров. 1 ил. Формирователь 7 импульсов включения тиристоров выполнен на диодах 20-28, по, стоянных 29-36 и переменных 37-39 резисторах, маломощном тиристоре 40, накопительных элементах (конденсаторах)41 и 42, пороговом элементе 43, коммутационных элементах 44 и 45 и стабилитроне 46.В блоке 9 тиристоры 47 и 48 включены встречно-параллельно. Напряжение на нагрузке 10 измеряется вольтметром 49.Устройство работает следующим обра-зом.Исходное состояние устройства характеризуется установкой пускового элемента 1 в положение, при котором на его выходе и на выходах распределителя 6 отсутствуют сигналы "1", формирователь 7 и коммутационный блок 8 отключены, напряжение на блок 9 не подается.Поскольку на входах формирователя 7 отсутствуют сигналы "1", такие же сигналы не подаются на первый 44 и второй 45 коммутационные элементы, в результате чего первый 37 и второй 38 переменные резисто ры расшунтированы, Так как от коммутационного блока 8 сигнал "1" не подается на вход распределителя 6, такой же сигнал отсутствует на соответствующих входах элементов И 11-13, что не позволяет управлять 10 распределителем 6 с помощью сигналов "1", которые могут формироваться на выходах элементов гальванической развязки 3-5. Кроме тога, отсутствие сигнала "1" нэ выходе пускового элемента 1 на входе элемента 15 НЕ 2 приводит к формированию на его выходе сигнала "1", который поступает на входы элементов ИЛИ 16 и 17, формируя на их выходах сигналы "1", поступающие на вторые,входы триггеров 15 и 14, в результате 20 чего осуществляется перевод их в состояние, при котором на их выходах отсутствуют сигналы "1", что обеспечивает исходное состояние распределителя 6,Переменные резисторы 37-39 устанав ливают в положение, при котором сопротивление каждого из них соответствует нулевому его значению.Для подготовки устройства к работе пусковой элемент 1 устанавливается в поло жение, при котором на его выходе формируется сигнал "1", поступающий на вход элемента НЕ 2 и управляющий вход коммутационного блока 8, при этом исчезает сигнал "1" на выходе элемента НЕ 2, 35 первых входах элементов ИЛИ 16 и 17, а также вторых входах триггеров 14 и 15, Кроме того, подачей сигнала "1" на управляющий вход блока 8 он переводится во включенное состояние, в результате чего 40 подается напряжение на тиристоры 47 и 48 блока 9, на логическом выходе силового коммутационного блока 8 формируется сигнал "1", который поступает на элементы И 11-13. После этого вращением третьего пе ременного резистора 39 устанавливают требуемое верхнее значение напряжения и, соответвенно, мощности на электронагревательном элементе 10, контролируя это напряжение по вольметру 49, Затем вращением первого переменного резистора 37 устанавливают требуемое пониженное значение напряжения и, соответственно, мощности на электронагревательном элементе 10, после чего с помощью второго переменного резистора 38 устанавливают требуемое минимальное значение напряжения и, соответственно, мощности на этом электронагревательном элементе, при этом формирование величин укаэанных напряжений осуществляется фазоимпульсным способом путем изменения угла отпирания тристоров 47 и 48, Процесс формирования угла отпирания тиристоров 47 и 48 блока 9 синхронизирован сетевым синусоидальным напряжением, которым одновременно питаются эти тиристоры, выходные цепи формирователя 7. содержащие первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 диоды, первый 29, второй 30, третий 31 и четвертый 32 постоянные резисторы, маломощный тиристор 40, а также цепи формирования стабилизированного напряжения, выполненные на пятом 24, шестом 25, седьмом 26 и восьмом 27 диодах, восьмом 36 постоянном резисторе и стабилитроне 46,Кроме того, формирователь 7 с помо - щью первого накопительного элемента 41, соединенного последовательно с переменными резисторами 37-39, управляет изменением скорости нарастания напряжения на этом накопительном элементе путем дискретного ввода в работу или вывода из нее соответствующих переменных резисторов 37 и 38, что выполняется с помощью соответствующих коммутационных элементов 44 и 45,Управляющие импульсы, подаваемые на тиристоры 47 и 48 блока 9 с выхода формирователя 7, организуются следующим образом. После того, кэк первый накопительный элемент 41 заряжается с заданной скоростью до требуемого напряжения, оно сравнивается в пороговом элементе 43 с опорным напряжением, подаваемым на него с делителя на шестом 34 и седьмом 35 резисторах. При равенстве этих напряжений пороговый элемент 43 открывается, в результате чего на четвертом резисторе 32 формируется сигнал управления, поступающий на управляющий электрод ма-. ломощного тиристора 40, который отпирается, что приводит к, образованию с частотой питающего синусоидального напряжения управляющих сигналов нэ соответствующих первом 29 и втором 30 резисторах, а также к отпиранию тиристоров 47 и 48 блока 9. Работа первого накопительного элемента 41. порогового элемента 43 и маломощного тиристора 40 происходит также синхронно с частотой питающего синусоидального напряжения, т.е. в каждый полупериод этого напряжения происходит заряд первого накопительного элемента 41 до требуемого напряжения со скоростью, определяющей момент отпирания тиристоров 47 и 48 блока 9. а также последующий разряд этого накопительного элемента, при этом, изменяя с помощью переменных резисторов 37-39 скорость его заряда, можнорегулировать момент отпирания тиристоров 47 и 48, что приводит к формированию различных:значений напряжения и, соответственно мощности, на нагрузке - электронагревательном элементе 10. Чем больше 5 величина суммарного сопротивления в цепи первого накопительного элемента 41, тем меньше скорость нарастания напряжения на нем; позже момент отпирания тиристоров 47 и 48 и меньше величина напряжения 10 и, соответственно, мощности на электронагревательном элементе 10. Уменьшение величины сопротивления в цепи первого накопительного элемента 41 дает возможность получить увеличенное значение на пряжения и, соответственно, мощности на этом элементе.В формирователе 7 для того,чтобы при включении маломощного тиристора 40 пятый 24 и седьмой 26 диоды не оказывали 20 шунтирующего влияния на токи управления тиристоров 47 и 48, в схему введен контур, состоящий из девятого диода 28, пятого резистора 33 и второго накопительного элемента 42. Благодаря второму накопи тельному элементу 42 ток управления маломощного тиристора 40 в момент включения не снижается несмотря на наличие резистора 33.При подаче дискретного сигнала на 30 . вход элемента 3, при этом такие сигналы на входы элементов 4 и 5 не подаются, на его выходе формируется сигнал "1", который поступает на второй вход элемента И 11.Наличие на обоих входах этого элемента 35 сигналов "1" приводит к формированию на его выходе такого же сигнала, который через третий вход элемента ИЛИ 16 поступает .на второй вход триггера 15, повторно обеспечивая контроль его сброшенного состоя ния, характеризующийся отсутствием на выходе этого элемента сигнала "1" при наличии дискретного сигнала на входе первого элемента 3.Одновременно сигнал "1" с выхода эле-. 45 мента И 11 поступает на первый вход триг- гера 14, переводя его в состояние, при .котором на его выходе формируется сигнал "1". Этот сигнал поступат через открытый элемент 19 запрета на первый выход рас пределителя 6, а также через элемент ИЛИ 18 - на второй выход распределителя 6.С этих выходов сигналы "1" поступают через соответствующие первый и второй входы формирователя 7 на первый 44 и вто рой 45 коммутационные элементы, в результате чего они включаются, шунтируя первый 37 и второй 38 переменные резисторы. Цепь заряда первого накопительного элемента 41 определяется только наличием третьего переменного резистора 39, что дает возможность сформировать заданное верхнеезначение напряжения, и соответственно, мощностй на электронагревательном элементе 10.При подаче дискретного сигнала навход элемента 4, при этом такие сигналы на входы элементов 3 и 5 не подаются, на еговыходе формируется сигнал "1", который поступает на второй вход элемента И 12.Отсутствие дискретного сигнала на входе элемента 3 приводит к отсутствию такогоже сигнала на втором входе триггера 15. Наличие сигналов "1" на обоих входах элемента И 12 приводит к формированию на его выходе такого же сигнала, который поступа- . ет на первый вход триггера 15, переводятего в состояние, при котором на его выходе формируется сигнал "1". Этот сигнал переводит в закрытое состояние элемент 19 запрета, что приводит к исчезновению сигнала "1" на первом выходе распределителя 6.Одновременносигнал "1" с выхода триггера 15 подается через элемент ИЛИ 18 на второй выход распределителя 6.Наличие на этом выходе сигнала "1", подававшегося ранее с выхода триггера 14 через элемент 19 запрета и элемент ИЛ И 18 приводит к тому, что отключается первый коммутационный элемент 44 и вводится в работу первый переменный резистор 37.Цепь заряда первого накопительного элемента 41 определяется наличием первого 37 и третьего 39 переменных резисторов, что дает возможность сформировать заданное значение пониженного напряжения и, соответственно, мощности на электронагревательном элементе 10.При подаче дискретного сигнала на вход элемента 5(сигналы на выходы элементов 3 и 4 гальванического разделения не подаются) на его выходе формируется сигнал "1", который подается на второй вход элемента И 13. Наличие на обоих входах этого элемента сигналов "1" приводит к формиро- .ванию на его выходе также сигнала логической "1", который через вторые входы элементов ИЛИ 17 и 16 подается соответственно на вторые входы триггеров 14 и 15. 8результате они переводятся в состояние, при котором на их выходах прекращается формирование сигналов "1" При этом переводится в открытое состояние элемент 19 запрета, через который не проходит сигнал "1", так как он отсутствует на выходе триггера 14. Кроме того, исчезает сигнал "1" на втором выходе распределителя 6, отключая второй коммутационный элемент 45 и вводя вработу второй переменный резистор 38.1713122 5 10 20 30 35 40 Цепь разряда первого накопительного элемента 41 определяется наличием первого 37, второго 38 и третьего 39 переменных резисторов, что обеспечивает формирование заданного минимального значения напряжения и, соответственно, мощности на электронагревательном элементе .1 О.Работа предложенного устройства может происходить в последовательности, обрзтной описанной. В этом случае мощность, снимаемая с электронагревательного элемента, изменяется от минимального ее значения до максимального, но в любом из режимов независимо от параметров различных электронагревательных элементов имеется возможность на каждом из уровней функционирования устройства устанавливать любое регулируемое значение напряжения и. соответственно, мощности, что позволяет эксплуатировать электронагревательные элементы в условиях, близких к оптимальным,Формула изобретения Устройство для управления мощностью электронагревательных элементов, содержащее на каждую фазу последовательно соединенные коммутационный блок и управляемый ключ ввиде пары встречно-паРаллельно включенных силовых тиристоров, к управляющим входам которых подключены, выходы формирователя импульсов включения тиристоров, пусковой элемент, выход которого соединен с управляющим входом коммутационного блока, и распределитель сигналов управления, содержащий три элемента гальванической развязки, подключенные к первым входам трех элементов И, три элемента ИЛИ, два триггера, элементы запрета и НЕ, вторые входы всех элементов И соединены с логическим выходом коммутационного блока, выходы первого и второго элементов И соединены с первыми входами триггеров, вторые входы которых связаны с выходами первого и второго элементов ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом третьего элемента И, вторые входы через элемент НЕ - с выходом пускового элемента, выход первого триггера подключен к первому входу элемента запрета, выход которого служит первым выходом распределителя сигналов и соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход второго триггера соединен с вторым входом элемента запрета и вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого служит вторым выходом распределителя сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданных уровней мощности, формирователь импульсов включения тиристоров содержит девять диодов, восемь постоянных и три переменных резистора. маломощный тиристор, два накопительных элемента, пороговый элемент, два коммутационных элемента и стабилитрон, при этом катод первого диода соединен с управляющим электродом одного силового тиристорз, а через первый резистор - с общей точкой силовых тиристоров и анодом второго и шестого диодов и катодом пятого диода, катод третьего диода соединен с управляющим электродом второго силового тиристо; ра и через второй резистор - с другой общей точкой силовых тиристоров, к которой подключены аноды четвертого и восьмого диодов, а также катод седьмого диода, катоды второго и четвертого диодов соединены между собой и через третий резистор - с анодом маломощного тиристора, катод которого подключен к айодам первого. третьего и девятого диодов, а управляющий электрод соединен с выходом порогового элемента и через четвертый резистор. - с анодом девятого диода, катод которого подключенк первому выводу пятого резистора, первые выводы шестого и седьмого резисторов соединены между собой и подключены к одному из входов порогового элемента,другой вход которого соединен с первым выводом первого накопительного элемента, к которому подключены последовательно соединенные первый, второй и третий переменные Резисторы, аноды пятого и седьмо. го диодов соединены между собой иподкЛючены к аноду стабилитрона, вторым выводам первого накопительного элемента.пятого и седьмого резисторов, катоды шестого и восьмого диодов соединены между собой и подключены через восьмой резистор к катоду стабилитрона, третьему переменному резистору и второму выводу шестого резистора, пятый резистор зашунб 0 тирован вторым накопительным элементом,а первый и второй переменные резисторы зашунтированы первым и вторым коммутационными элементами, управляющие входы которых соединены с первым и вторым вы ходами Распределителя сигналов.1713122Составитель О.ТурпаПчолинская Техред М.Моргентал едакторректор О.Кундрик каз 545 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10