Регулятор температуры Советский патент 1983 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано преимущественно для пре цизионного регулирования температуры в электропечах сопротивления. Известно устройство для регулиров ния температуры, в котором с целью компенсации возмущающих воздействий от нестабильности источника питания применены последовательно соедине ны функциональный усилитель и дифференцирующий блок, выходы которых блок усиления подключены к одному из входов сумматора, к другому входу ко торого через блок сравнения подключе выход второго дополнительно установленного дифференцирующего блока, вхо которого соединен с задатчиком программы TI. . Недостаток регулятора - низкая точность регулирования температуры при различных скоростях изменения возмущающего воздействия со стороны источника питания. Известен также регулятор температуры, состоящий из блока формировани управляющего воздействия, один вход которого соединен с датчиком темпера туры, другой - с выходом блока задан,ия температуры, выход подключен к одно му из входов компаратора,другой вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения frnH),приче к входу ГПН подключен выпрямитель, соединенный с источником питания электротермической установки и служа щий для синхронизации ГПН с частотой источника питания, а выход компарато ра соединен с входом генератора импульсов запуска (например блокинггенератором), выходным сигналом кото рого запускаются силовые вентили, коммутирующие напряжение на нагревателях 2 . Недостатком данного регулятора яв ляется низкая точность регулирования температуры при воздействии на него возмущений со стороны источника пита ния, например питающей сети. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры. Поставленная цель достигается тем что регулятор содержит последователь но соединенные модулятор, пороговый элемент, первый и второй одновибраторы, снабженные времязадающими элемен тами, а также сглаживающий фильтр и ключевой элемент в генераторе пилообразного напряжения, включенный параллельно накопительному конденсатору, при этом вход модулятора связа с выходом выпрямителя, вход сглажива щего фильтра - с выходом порогового элемента, а выход - с входом генератора пилообразного напряжения и с управляющим входом времязадакщего элемента второго одновибратора, выходом соединенного с управляющим входом ключевого элемента генератора пилообразного напряжения. На фиг. 1 изображена блок-схема регулятора; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие поинцип его работы: - выходные сигналы при высоком уровне напряжения источника питания; -.-.-. - то же, при низком уровне. Регулятор температуры содержит источник 1 питания, к выходу которого подключены выпрямитель 2 и последовательно соединенные нагреватель 3 и силовой вентиль 4, а также последовательно соединенные датчик 5 температуры, блок б формирования управляющего воздействия, компаратор 7 и генератор 8 импульсов запуска. Регулятор содержит также последовательно соединенные модулятор 9, образованный тиристором 10, динистором 11, светоизлучающим элементом 12, конденсатором 13 и резисторами 14 и 15 и соединенный с пороговым эле-. ментом 16, состоящим из фотодиода 17, резистора 18 и транзисторов 19 и 20, первый одновибратор 21, снабженный 13ремязадающим элементом 22, второй одновибратор 23 с времязадающим элементом 24, резистор 25, сглаживающий фильтр 26, образованный резистором 27 и конденсатором 28, генератор 29 пилообразного напряжения, состоящий из усилителя 30, накопительного конденjcaTOpa 31, ключевого элемента 32 и резисторов 33 и 34. Выход генератора 29 пилообразного напряжения подключен к второму входу компаратора 7, а выход генератора 8 импульсов запуска соединен с управляющим входом силового вентиля 4. Выход выпрямителя 2 связан с. входом модулятора 9, вход сглаживающего фильтра 26 - с выходом порогового элемента 16, а выход - с входом генератора 29 пилообразного напряжения и через резистор 25 - с управляющим входом времязадающего элемента 24 второго одновибратора 23, выходом соединенного с управляющим входом ключевого элемента 32, включенного параллельно накопительному конденсатору 31. Регулятор работает следующим образом. Сигнал о температуре в электротермической установке 35, измеренный датчиком 5 температуры, поступает на блок 6 формирования управляющего воздействия, где происходит его сравнение с заданным значением температуры и преобразование полученной разности между текущим и заданным значениями в соответствии с выбранным законом автоматического регулирования (пропорциональным, пропорционально-интегральным и т.п.). Компаратор 7 сравнивает сигнал управляющего воздействия, поступакидий с выхода блока б, с вьаходным 5игналом генератора 29 пилообразного напряжения. Сигнал на выходе компаратора 7 появляется в тот момент когда мгновенное значение пилообразного напряжения становится больше напряжения, поступающего с выхода блока 6 формирования управляющего воздействия, и пропадает, когда пилообразное напряжение становится меньше выходного сигнала блока 6. Выходной сигнал компаратора 7 является управляющим для генератора 8 импульсов запуска, который в момент действия на его входе сигнала компаратора 7 формирует импульсный сигнал, отпирающий силовой вентиль 4, например симистор, предназначенный для коммутации напряжения источника 1 питания на нагревателе 3 по фазо-импульсному способу. При отклонении температуры электротеЕЯ«1Ической установке 35 от заданного значения происходит изменение управляющего воздействия, формируемого блоком 6, которое приводит к изменению момен та появления сигнала на выходе компаратора 7, и, следовательно, к изменению угла отсечки силового вентиля 4 и изменению среднего значения напряжения на нагревателе 3, что вызывает уменьшение величины рассогласования.

Пример. Система- терморегулирования находится в равновесии, т.е.

Гтек я® теки - текущее и заданное значение температуры соответственно. При этом блок 6 формирует управляющее воздействие F.,,np (фиг. 2к), а угол отпирания силового вентиля 4 определяется моментом времени t.

При действии на систему возмущений Ьроисходиг изменение, например увеличение, температуры в электротермической установке 35, что ведет к измене ию выхор.ного сигнала блока 6 формирования управляющего воздействия. :и он становится равным Р-упрл Равенство выходного сигнала блока 6 и пилообразного напряжения генератора 29 наступает позднее, а именно в момент tj что приводит к уменьшению напряжения на нагревателе 3, и, следовательно, к восстановлению равновесия в системе, при которой Т становится равным Tj.

При этом в процессе регулирования в момент разряда накопительного кон:,денсатора 31, интегрирующего опорное напряжение U,, при переходе напряжения источника 1 питания через нулевой уровень происходит синхронизация генератора 29 пилообразного напряжения с напряжением источника 1 питания, которым может быть, например, питакяцая сеть. Накопительный конденсатор 31 разряжается выходным импульсным сигналом (фиг. 2,и) второго одновибратора 23, который формируется при выпр

лении (фиг. 2а) переменного напряжения источника 1 питания нагревателя 3 выпрямителем 2 и поступает на управляющий вход ключевого элемента 32. Затем выпря:4ленное напряжение модулируется модулятором 9 (фиг. 26), йыполненным, например, на основе тиристорного преобразователя с фазо-импульсной модуляцией, у которого угол отпирания тиристора 10 изменяется в зависимости от амплитуды напряжения источника 1 питания нагревателя 3. Чем больше напряжение источника 1 питания нагревателя 3, тем раньше отпирается тиристор 10. Выходной сигнал модулятора 9 преобразуется пороговым элемен.том 16 в импульсной сигнал с крутьми фронтам (фиг. 2в и т.), который запускает первый одновибратор 21, формирующий импульсы (фиг. 2е) в момент перепада с низкого на высокий уровень выходного сигнала порогового элемента 16. При этом постоянная времени первого одновибратора 21 при помощи времязадающего элемента 22 выбирается такой, чтобы выходной импульс оканчивался в момент времени t перехода напряжения источника 1 питания нагрева:теля 3 через нулевой уровень. ; Кроме того, в случае питания нагревателя 3 не непосредственно от источника 1 питания, а через печные трансформаторы, вносящие фазовый сдвиг между напряжением источника 1 питания и напряжением на нагревате лях 3, при помощи времязадающего элемента 22 можно компенсировать эти изменения фазы. Компенсация фазового сдвига необходима, так как фазо-импульсный способ управления тиристорами предполагает жесткую синхронизацию выходного сигнала генератора 8 импульсов запуска с напряжением на силовом вентиле 4. .

По спаду выходного импульса первого одновибратора 21 запускается втогрой одновибратор 23 (фиг. ,и), длительность импульса которого изменяется в зависимости от амплитуды напряжения источника 1 питания нагревателя 3, что приводит к смещению во времени пилообразного напряжения .(фиг. ) и, следовательно, при постоянном управляющем воздействии к изменению угла отпирания силового вентиля 4 таким образом, что при уменьшении напряжения источника 1 питания нагревателя 3 силовой вентиль 4 отпирается раньше,а при увеличении позднее.Изменение длительности импульса осуществляется путем изменения управляющего сигнала на выходе времязадающего элемента 24,который поступает на него с выхода сглаживающего фильтра 26, выходное напряжение которого (фиг. 2Э) определяется длительностью импульсов, поступающих с выхода порогового элемента 16. Выходной сигнал сглаживаня его фильтра 26 используется также для изменения крутизны пилообразного напряжения путем суммирования его в схеме генератора 29 пилообразного напряжения с опорным напряжением . Изменение крутизны (фиг. 2 к) происходит таким образом, что ем больше длительность выходных импульсов второго управляемого одновибратора 23,я, следовательно, сдвиг пилы, тем выше крутизна т.е.. вершина

пилообразного напряжения всегда находится в точке А, а сдвиг начала нарастания пилообразного напряжения тем меньше, чем больше угол отсечки тиристора 10.

Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает высокую точность регулирования и компенсацию фазовых изменений, что расширяет область его применения.

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий источник питания, к выходу которого подключены выпрямитель и последовательно соединены нагреватель и силовой вентиль, а также последовательно соединенные датчик температуры, блок формирования управляющего воздействия, компаратор, к второму входу которого подключен выход генератора .пилообразного напряжения, и генератор и тульсов запуска, выходом связан-i ный с управляющим входом силового вентиля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит последовательно соединенные модулятор, пороговый элемент, первый и второй обновибраторы, снабженные времязадающими элементами, а также сглаживающий фильтр и ключевой элемент в генераторе пилообразного напряжения, включенньлй параллельно накопительному конденсатору, при этом вход модулятора связан с выходом выпрямителя, вход сглаживающего фильтра - с выходом порогового элемента, а выход - с входом генератора пилообразного напряжения и с управляющим и входом времязадакяцего элемента второ(Л го одновибратора, выходом соединенного с управляющим входом ключевого элемента генератора пилообразного напряг жения.-

S

0

у

H

yafl

Jf /, tf t,t

fj