Резистивная электротермическая установка с нагревателями с высоким положительным температурным коэффициентом сопротивления Советский патент 1992 года по МПК H05B1/02 

Изобретение относится к электротермии и может быть применено в печах с элек- тронагревателями, например, из силицидмолибдена, сопротивление которых при разогреве от холодного состояния до требуемой рабочей температуры увеличивается в 10-15 раз.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и срока службы нагревателей.

На чертеже изображена схема предлагаемой установки.

Установка содержит логический блок 1, регулятор 2, силовой блок 3, блок 4 силовых токоподводов, преобразователь токового сигнала 5.

Логический блок 1 содержит первый 6 и второй 7 элементы И, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 элементы НЕ, первый 12 и второй 13 элементы ИЛИ и элемент ПАМЯТЬ 14.

Регулятор 2 содержит преобразователь аналогового входного сигнала 15, блок регулирования 16, масштабатор 17, компаратор 18, программный блок 19, переключатель 20, преобразователь аналогового выходного сигнала 21. Блок регулирования 16 содержит сумматор 22 и ПИД-регулятор 23, блок задающих сигналов 24 и пульт 25 оператора (блок ручного управления регулятора).

Силовой блок 3 содержит силовые аппараты защиты 26 и коммутационный аппарат 27, тиристорный регулятор напряжения 28, силовой преобразователь напряжения 29, датчик 30 контроля закрытого состояния силового блока.

Тиристорный регулятор напряжения 28 содержит блок управления 31 и силовой тиристорный блок 32, выполненный на силовых тиристорах 33 и 34, включенных встречно-параллельно.

XI ГО

00 N

ю

Блок 4 силовых токоподводов содержит датчик тока 35, датчик 36 наличия охлаждающей воды, датчик 37 закрытого состояния блока силового токоподвода и силовые то- коподводы 38.

Кроме того, на чертеже показаны электропечь 39 с электронагревателями 40 и датчиком температуры 41,

Напряжение на электронагревателях 40 измеряется прибором 42, а ток, протекающий через них, - прибором 43.

Исходное состояние характеризуется отключенным состоянием логического блока 1, в результате чего на его первом выходе и соответственно на первом входе силового блока 3 и управляющем входе силового коммутационного аппарата 27 отсутствует сигнал логической единицы, что обеспечивает отключенное состояние этого аппарата. Силовой блок 3 и блок 4 силовых токоподводов находятся в закрытом состоянии, что обеспечивает безопасность обслуживающего персонала при эксплуатации за счет невозможности соприкосновения с оборудованием, находящимся под напряжением. Закрытое состояние этих блоков контролируется соответствующими датчиками 30 и 37, которые формируют сигналы логической единицы, поступающие на входы логического блока 1. В связи с отключенным состоянием силового коммутационного аппарата 27 на его управляющем выходе отсутствуют сигналы логической единицы. Силовой аппарат защиты 26 силового блока 3 включен, однако на вход этого аппарата напряжение питающей сети от цехового распредустрой- ства не подается. Через внутренние полости силовых токоподводов 38 блока 4 силовых токоподводов протекает охлаждающая вода, наличие которой контролируется датчиком 36. При этом, когда охлаждающая вода есть, то на выходе этого датчика формируется сигнал логической единицы, который поступает на вход логического блока 1.

На выходе датчика тока 35 блока 4 силовых токоподводов, первом выходе этого блока, входе и выходе преобразователя токового сигнала 5, имеющего встроенный за- датчик уровня тока, сигналы отсутствуют. Нет сигналов на всех остальных входах и выходах регулятора 2, за исключением входа, где имеется сигнал логической единицы, поступающий с выхода второго элемента ИЛИ 13. В дальнейшем этот сигнал поступает на вход программного блока 19, что обеспечивает его перевод в режим останова, который формируется за счет отключенного состояния логического блока 1. На входах элементов 8,9,12 сигналы отсутствуют, а

формирование сигнала логической единицы на выходе элемента ИЛИ 13 обеспечивается состоянием сброса элемента ПАМЯТЬ 14, при котором на его выходе отсутствует сиг- нал логической единицы, что приводит к формированию такого же сигнала на выходе третьего элемента НЕ 10, входе и выходе второго элемента ИЛИ 13. Возможно формирование на втором выходе этого блока

0 сигнала логической единицы путем подачи на второй вход элемента ИЛИ 13 такого же сигнала от внешнего аппарата, который поступает на второй элемент ИЛИ 13.

С помощью пульта 25 оператора регуля5 тора 2 ПИД-регулятор 23 блока регулирования 16 отключается от выходного сигнала сумматора 22.

Режим включенного и отключенного состояний логического блока 1 обеспечивает0 ся за счет условий включения и отключения элемента ПАМЯТЬ 14 этого блока, что будет рассмотрено более подробно при описании режимов пуска и останова установки; при этом включение и отключение логического

5 блока 1 осуществляются путем подачи сигналов логической единицы, соответственно на восьмой и двенадцатый входы элементов этого блока.

Для подготовки установки к пуску необ0 ходимо подать напряжение сети на вход силового блока 3 от внешнего распредустройства. Это напряжение затем поступает через силовые входы включенного предварительно силового аппарата защи5 ты 26, в результате чего на силовых выходах этого аппарата и силовых входах силового коммутационного аппарата 27 также появляется напряжение сети. Подачей кратковременного сигнала логической единицы на

0 вход сброса программного блока 19 последний приводится в исходное для начала работы состояние. Переключатель 20 при отсутствии на его третьем входе сигнала логической единицы подготавливается для

5 работы по задающему сигналу, который реализуется программным блоком 19. С помощью пульта 25 оператора регулятора 2 формируется сигнал логической единицы, поступающий на ПИД-регулятор, в резуль0 тате чего он подключается к выходу сумматора 22 этого же блока. На силовом преобразователе 29 силового блока 3 задается требуемая максимальная ступень пониженного напряжения, необходимая для

5 работы электронагревателей 40,

Установка работает следующим образом.

Подачей сигнала логической единицы на первый вход элемента ПАМЯТЬ 14 и через первый элемент ИЛИ 12 на третий вход

первого элемента И 6, на первый и второй входы которого поступают соответственно сигналы логической единицы с выходов первого 8 и второго 9 элементов НЕ. Наличие сигнала логической единицы на первом эле- менте И б позволяет сформировать на его выходе сигнал логической единицы, который поступает на вход четвертого элемента НЕ 11. При этом на его выходе и втором входе элемента ПАМЯТЬ 14 такой сигнал отсутствует, в результате чего на его выходе формируется сигнал логической единицы, поступающий на первый вход второго элемента И 7, на втором и третьем входах которого также имеются сигналы логической единицы. На выходе второго элемента И 7 формируется сигнал логической единицы, который через первый выход логического блока 1 и первый вход силового блока 3 поступает на управляющий вход силового коммутационного аппарата 27, который включается, подавая напряжение на силовой тиристорный блок 32 тиристорного регулятора 28. При этом на управляющем выходе аппарата 27 и втором входе первого элемента ИЛИ 12, формируется сигнал логической единицы, что дает возможность в дальнейшем не подавать на первый вход логического блока такой же сигнал. Причем с выхода элемента ПАМЯТЬ 14 поступает сигнал логической единицы на вход третьего элемента НЕ 10, что приводит к исчезновению такого же сигнала на его выходе и первом выходе программного блока 19, что позволяет запустить его в работу.

Программный блок 19 регулятора 2 формирует на своем выходе сигнал, который через второй вход переключателя 20 и третий вход блока регулирования 16 поступает на сумматор 22. Датчик температуры 41 формирует на своем выходе сигнал, характеризующий тепловое состояние рабочего пространства электропечи 39 и соответственно электронагревателей 40. С этого датчика сигнал поступает через преобразователь 15 входного аналогового сигнала на вход компаратора 18 и через первый вход блока регулирования 16 на сумматор 22. В дальнейшем сигналы, поступившие на первый и третий входы блока регулирования 16, алгебраически суммируются в сумматоре 22, в результате чего на его выходе формируется сигнал отклонения, поступающий затем в ПИД-регулятор 23 блока регулирования 16. На его выходе фор- мируется сигнал управления, поступающий на вход преобразователя 21 аналогового выходного сигнала. На его выходе формируется унифицированный сигнал управления, поступающий через второй вход силового

блока 3 на блок управления 31 тиристорного регулятора напряжения 28, с помощью которого на выходе силового тиристорного блока 32 этого регулятора формируется напряжение, поступающее на силовой преобразователь напряжения 29. Этот преобразователь формирует на своем выходе напряжение, подаваемое с помощью силовых то ко под водов 38 блока 4 на электронагреватели 40. Происходит разогрев рабочего пространства электропечи 39 и вокруг этих электронагревателей. В процессе этого разогрева необходимо учитывать специфические свойства электронагревателей 40. Для этого необходимо постоянно осуществлять непосредственный контроль тока, протекающего через них, что выполняется датчиком тока 35 блока 4 силовых токоподводов. Величина тока, измеряемого этим датчиком, поступает в преобразователь токового сигнала 5, где она сравнивается с заданным его значением, которое устанавливается с помощью встроенного в него задатчика. При превышении измеряемого значения тока по отношению к заданному на выходе преобразователя токового сигнала 5 формируется дискретный сигнал, который поступает на вход масштабатора 17, который запускается, в результате чего на его выходе формируется сигнал, поступающий через второй вход блока регулирования 16 на сумматор 22, где он суммируется с сигналом, имеющимся на первом входе сумматора 22.

Сумма этих сигналов становится больше сигналов на третьем входе сумматора, что приводит после их алгебраического суммирования к изменению знака этой суммы и, в конечном итоге, уменьшению сигнала управления на выходе ПИД-регулятора 23, а также унифицированного сигнала управления на выходе регулятора. В дальнейшем это приводит к уменьшению напряжения на выходе тиристорного регулятора 28, силового преобразователя 29 и электронагревателях 40 до тех пор, пока на выходе преобразователя токового сигнала 5 не исчезает дискретный сигнал. Таким образом, непосредственный контроль тока электронагревателей дает возможность организации токовой их защиты путем изменения подачи напряжения на них в зависимости от значения этого тока и при более низких его уровнях. В устройстве предусмотрена возможность управления и не от программного блока 19, а по какому-то уровню задающего сигнала, подаваемого на первый вход переключателя 20.

Для этого необходимо перевести программный блок 19 в режим сброса подачей на его второй вход дискретного сигнала.

время наличия которого определяется обслуживающим персоналом. Такой же сигнал надо подать и на третий вход переключателя 20, что обеспечит получение на его выходе задающего сигнала, имеющегося на его первом входе, причем время наличия дискретного сигнала на третьем входе переклю- чателя 20 также определяется обслуживающим персоналом/Организация токовой защиты электронагревателей в этом случае осуществляется описанным выше путем.

Для предотвращения недопустимо (аварийного) состояния тепловой среды в рабочем пространстве электропечи происходит съем напряжения с электронагревателей. В этом случае на выходе компаратора 18 формируется сигнал логической единицы, который поступает на вход второго элемента НЕ 9, в результате чего на его выходе и втором входе первого элемента И 6 исчезает сигнал логической единицы. Это приводит к отсутствию такого же сигнала на выходе этого элемента, входе четвертого элемента НЕ 11, на выходе которого и втором входе элемента ПАМЯТЬ 14 формируется сигнал логической единицы, в результате чего этот элемент переводится в состояние, при котором на его выходе, первом входе второго элемента И 7 и его выходе, а также первом выходе логического блока 1 сигнал логической единицы исчезает. В дальнейшем такой же сигнал не подается на управляющий вход силового коммутационного аппарата 27, в результате чего он отключается, снимая питание с тиристорного регулятора напряжения 28, силового преобразователя напряжения 29 блока силовых токоподво- дов 4 и электронагревателей 40. Одновременно исчезает сигнал логической, единицы на управляющем выходе силового коммутационного аппарата 27, втором входе и выходе первого элемента ИЛИ 12, а также третьем входе первого элемента И 6,

Для обеспечения безаварийной эксплуатации электронагревателей и силовых то- коподводов 38 блока 4 при исчезновении охлаждающей воды также происходит съем напряжения с электронагревателей.

В этом случае на выходе датчика 36, входе первого элемента И б и его выходе, а также входе четвертого элемента НЕ 11 исчезает сигнал логической единицы, что приводит в дальнейшем путем, описанным выше, к прекращению подачи напряжения на электронагреватели.

Важное значение имеет обеспечение безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации, что достигается контролем закрытого состояния силового блока 3 и блока 4 силовых токопроводов.

При наличии напряжения на электронагревателях открывание какого-либо из

блоков или того и другого вместе приводит к съему напряжения с них. В этом случае исчезает сигнал логической единицы на выходе датчиков 30 или 37 или на выходе того и другого, что приводит, в конечном итоге, к

0 отсутствию таких же сигналов на обоих входах второго элемента И 7, его выходе, первом выходе логического блока 1 и управляющем входе силового коммутационного аппарата 27, который отключается,

5 снимая напряжение с электронагревателей. Работа остальных элементов логического блока 1, приводящая к отключению элемента ПАМЯТЬ 14 этого блока, аналогична описанной выше.

0 Во всех случаях, описанных выше и приводящих к съему напряжения с электронагревателей, происходит отключение элемента ПАМЯТЬ 14, что приводит к формированию на втором выходе логического

5 блока 1 сигнала логической единицы и переводу программного блока 19 регулятора 2 в режим останова.

Для останова логического блока 1 на его второй вход подается сигнал логической

0 единицы, который поступает на вход первого элемента НЕ 8, на выходе которого, а также первом входе первого элемента И б и его выходе такой сигнал исчезает .На входе четвертого элемента НЕ 11 сигнал логиче5 ской единицы отсутствует, а на его выходе он появляется, что приводит, в конечном итоге, к отключению элемента ПАМЯТЬ 14 и соответственно к прекращению подачи напряжения на электронагреватели, формиро0 ванию сигнала логической единицы на выходе логического блока 1 и его дальнейшей подаче на первый вход программного блока 19 этого регулятора.

Установка позволяет повысить надеж5 ность в работе нагревателей и их долговечность.

Формула изобретения Резистивная электротермическая установка с нагревателями с высоким положи0 тельным температурным коэффициентом сопротивления, содержащая силовой блок, состоящий из последовательно соединенных силового аппарата защиты, коммутационного аппарата, тиристорного регулятора

5 напряжения с блоком управления, и силового преобразователя напряжения и датчика контроля закрытого состояния силового блока, блок силовых токоподводов, состоящий из силовых токоподводов, соединяющих выход силового преобразователя

напряжения с нагревателями, датчика тока, датчика наличия охлаждающей воды и датчика закрытого состояния блока силового токоподвода, логический блок с элементами НЕ и ПАМЯТЬ, регулятор, состоящий из пре- обрззователя аналогового входного сигнала, соединенного выходом с первым входом сумматора блока регулирования, выход сумматора через ПИД-регулятор; соединен с, преобразователем аналогового выходного сигнала, из программного блока, выход которого через переключатель соединен с третьим входом сумматора, из блока регулирования, причем к входу преобразователя аналогового входного сигнала подключен датчик температуры установки, а выход преобразователя аналогового выходного сигнала регулятора соединен с управляющим входом блока управления тиристорного регулятора напряжения, и кнопку Пуск уста- новки, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и срока службы нагревателей, в регулятор введены компаратор, масштабатор и блок задающих сигналов, а в логический блок - два элемента И, три дополнительных элег мента НЕ и два элемента ИЛИ, датчик дока через введенный преобразователь токового сигнала соединен с первым входом масшта- батора, выход которого подключен к второ- му входу сумматора, а второй вход

масштабатора связан с первым выходом блока задающих сигналов, второй выход которого и выход преобразователя аналогового входного сигнала подключены к входам компаратора, а третий выход блока задающих сигналов и выход программного блока соединены с первым и вторым входами переключателя, выходы первого и второго элементов НЕ, первого элемента ИЛИ и выход датчика наличия воды подключены соответственно к четырем входам первого элемента И, выход которого через четвертый элемент НЕ соединен с вторым входом элемента ПАМЯТЬ, связанного выходом с первым входом второго элемента И непосредственно и через третий элемент НЕ - с первым входом второго элемента ИЛИ, первые входы элемента ПАМЯТЬ и первого элемента ИЛИ объединены и связаны с кнопкой Пуск, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с управляющим выходом коммутационного аппарата, второ:й и третий входы второго элемента И соединены с выходами датчиков закрытого сЬстояния силового блока и блока силовых токоподводов, а его выход - с управляющим входом коммутационного аппарата, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу программного блока, причем выход компаратора соединен с входом второго элемента НЕ.

3 Сеть

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и срока службы нагревателей. Контроль состояния силового блока 3 и блока 4 силовых токоподводов, тока в нагревателях 40 и их температуры с помощью датчика 31с использованием логического блока 1 и регулятора 2 позволяет решить поставленную задачу. 1 ил.