CN202533822U

CN202533822U - 大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器

Info

Publication number: CN202533822U
Application number: CN2011202724527U
Authority: CN
Inventors: 朱健; 李曙生
Original assignee: Taizhou Polytechnic College
Current assignee: Taizhou Polytechnic College
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2021-07-22

Abstract

本实用新型公开的大功率电热金属熔炉的三态变频恒温控制器，其主要由传感电压比较电路、控制电平电路、可变门限电路、跟踪范围校正电路、脉冲产生电路、输出电路、输出隔离电路、输出指示电路及直流电源九个单元电路组成，温度传感器选用智能型热电偶传感器。本实用新型通过产生全通、全断和间断变频导通三种控制电平信号，触发控制主电路中的双向可控硅，使电热丝工作在全通、全断和间断变频通电三种状态，实现了大功率金属熔炉的高精度恒温控制。本实用新型具有电路简单，工作稳定，抗干扰能力强，恒温精度高的特点。

Description

大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器

技术领域

本实用新型涉及一种大功率金属熔炉三态变频恒温控制器，可以用于大功率电热金属熔炉的高精度恒温控制。

背景技术

目前，大功率电热金属熔炉一般采用全通、全断的两态控制电路进行恒温控制。由于大功率电热金属熔炉的坩锅热容量大，加热电阻丝的热功率大，在电炉加料或出料过程中炉温波动较大，只靠全通、全断的两态控制电路难以保证高精度的恒温控制。

发明内容

为了克服现有电热金属熔炉在加料或出料过程中炉温波动较大的不足，本实用新型提供一种大功率电热金属熔炉三态变频恒温控制的高精度恒温控制电路。本实用新型采用全通、全断和间断变频通电的三态控制电路来实现大功率电热金属熔炉的高精度变频恒温控制，保证电热金属熔炉在加料或出料过程中炉温波动很小，温度保持恒定，实现高精度恒温控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：大功率电热金属熔炉三态变频恒温控制器电路主要由传感电压比较电路、控制电平电路、可变门限电路、跟踪范围校正电路、脉冲产生电路、输出电路、输出隔离电路、输出指示电路及直流稳压电源九个单元电路组成。其中传感电压比较电路由A1、C1、R3、R4、R5、R6、R7元件构成，控制电平电路由集成电路CD4013构成，可变门限电路由A2、R8、R9、R10、D2元件构成，跟踪范围校正电路由C3、D3、R11元件构成，脉冲产生电路由T1、R12、R13、R14、R19、R20、R21元件构成，输出电路由T2、R15、R16、R17元件构成，输出隔离电路由U2、U3、U4、U5、R22、R23、R24、R25元件构成，输出指示电路由LED2、R26元件构成，直流稳压电源由D2、C2、R18、LED1、LM7812、电源变压器元件构成。温度传感器选用智能型热电偶传感器，其输出的温差电压Vt通过电阻R1和电位器W的分压经电阻R2直接送入传感电压比较电路中A1的反相输入端和可变门限电路中A2的同相输入端，D触发器输出端Q控制集成运放A2输出的可变电平，A2输出的可变电平信号和跟踪范围校正电路输出-V_EE通过二极管D1送到A1的同相输入端，A1的比较输出电压通过电阻R7送到控制电平电路中D触发器的D输入端，脉冲产生电路T1输出的脉冲信号通过电阻R14送到D触发器的CLK端，在时钟脉冲信号的作用下产生控制电平信号，控制电平信号从D触发器的端输出，经输出电路T2放大后驱动光耦隔离电路，去控制可控硅门极，从而控制可控硅工作在全通、全断和间断变频通电三种状态下，保证电热金属熔炉在加料或出料过程中炉温波动很小，温度保持恒定，实现了大功率电热金属熔炉的高精度恒温控制。传感电压比较电路中A1同相端的比较门限电平是由R3、R4、R5电阻分压提供的正电压Vref、踪范围校正电路输出的负电压-V_EE和A2输出的可变电平三部分电压叠加而成，当炉温逐渐逼近设定的温度时，使输出电路输出间断电平信号，控制可控硅间断导通，结果以较小的电流加热，使电炉保持恒温。传感电压比较电路中电容C1和电阻R6串联构成了积分电路，在可控硅间断导通期间，当炉温在一定范围内波动时，积分电路通过改变间断电平的频率，调整输出电流，使电炉保持恒温，实现间断电平的变频恒温控制。隔离输出电路由四只光耦MOC3061串联而成，光耦3061的输出脚分别与主电路中的双向可控硅的门极相连，每对光耦控制着一相双向可控硅的触发端，在主电路中的双向可控硅及电热丝与三相电源以三相三线星形方式相连，由于电热丝构成三相对称负载，因而只要控制其中两相就可以实现对电热丝三相供电加热的控制功能。脉冲产生电路为控制电平电路提供时钟信号。跟踪范围校正电路经过二极管D1向A1同相端提供负电压-V_EE。输出指示电路LED2串入光耦驱动器回路用于指示和观察恒温控制电路工作在全通、全断和间断变频通电三种状态。直流稳压电源电路提供控制器电路工作所需要的+12V直流电压。

当炉温远低于设定的温度时，输出电路输出全通电平信号，触发可控硅门极，控制可控硅工作在全通电状态，电炉满功率加热；当炉温接近设定的温度时，输出电路输出间断电平信号，触发控制可控硅工作在间断通电状态，电炉间断加热，使电炉平均功率与热耗散功率达到平衡，进入恒温控制状态，此时由于电炉加料或出料会使炉温降低或升高，输出电路输出频率升高或降低的间断电平信号，使可控硅导通电流增加或减小，从而增加或减小电功率以适应炉温的波动，这样通过改变间断电平信号的频率来适应炉温可能出现的波动，达到了高精度恒温控制的目的；当炉温达到设定的温度或电炉出料炉温上升过快时，输出电路输出关断电平信号，控制可控硅工作在关断状态，电炉断电停止加热。本实用新型电路通过控制可控硅工作在全通、全断和间断变频通电三种状态，实现了大功率电热金属熔炉的高精度恒温控制。

本实用新型的有益效果是，该大功率金属熔炉三态变频恒温控制器电路已实际安装于36千瓦熔铝电炉的配电柜内，现场试用结果表明该三态变频恒温控制器电路恒温控制效果明显，工作稳定。当炉温度设定在920℃时，在加料或出料过程中炉温波动很小，恒温误差可在±1℃范围之内，恒温精度高，满足大功率电热金属熔炉的高精度恒温控制。

附图说明

图1为三态变频恒温控制器总体电路结构图；

图2为三态变频恒温控制器电路原理图。

具体实施方式

由附图1和2可知，三态变频恒温控制器电路主要由传感电压比较电路、控制电平电路、可变门限电路、跟踪范围校正电路、脉冲产生电路、输出隔离电路、输出指示电路及电源九个单元电路组成。

1、温差电压比较电路与可变门限电路

集成运放A1与A2中，A1为传感电压比较器，A2实现门限电平的改变。

比较器A1的反相输入端为温差电压Vt的输入端；A1同相端为比较门限电平，它由三部分电压叠加而成：

(1)由R3、R4、R5电阻构成分压电路，在A1同相端提供一个正电压Vref。

(2)受二极管D1通断控制，经过限流电阻R11提供一个负电压-V_EE。

(3)由D触发器Q输出端控制集成运放A2输出的可变电平。

这三部分的共同作用产生比较器A1的同相端的比较门限电平。

当智能型热电偶传感器输出的温差电压Vt较大时即实际炉温远低于设定温度To时，由于Vt远大于比较器A1同相端的比较门限电平，A1输出低电位。比较器A1输出端引至控制电平电路中D触发器的输入端，所以此时D＝0，触发器输出端

此信号经过射随器T2电流放大后驱动光电隔离器产生较小的输出电阻使双向可控硅触发导通供电，电阻丝加热工作，炉温获得提升。

当炉温逐渐逼近设定温度To时，智能型热电偶传感器送来的温差电压Vt不断下降，在Vt减小至A1同相端比较门限电压以下时，A1输出高电平即D＝1，因而触发器的输出端

此时光耦呈现阻断状态，双向可控硅关断停止供电，电阻丝停止加热。

在

光耦阻断的同时，触发器的另一输出端Q＝1，反馈至A2的反相端，也就是A2反相端电位升高使得A2输出低电平，此时二极管D1关断，A1同相端的比较门限电压仅有Vref正电压的作用，因而A1同相端比较门限电压下降，使得A1输出低电平，即D＝0，触发器的

打开光耦使可控硅触发导通。触发器的另一输出端Q又恢复为0，A2反相端电位下降，A2输出高电平，二极管D1重又导通，A1的同相端电位升高使比较器A1再次输出高电平关断光耦。以上状态反复的结果使得电路输出间断电平控制可控硅间断导通，以较小的电流加热，结果使电炉保持恒温。

由于出料使炉温瞬时快速上升或高于设定温度时，温差电压Vt下降低于最低比较门限电平，此时A1输出高电平即D＝1，D触发器

端等于0，光耦关断，可控硅截止，电热丝停止加热。经过关断期间电炉的热耗散过程，炉温上升变慢或下降。当逼近设定温度To时再次呈现恒温间断供电的过程。

当温差电压Vt在一定范围内波动时，如A1反相端电位Vt较高，A1输出端和Vt之间的压差也就较小，因而电容C1有充电时间就较短。这反映在恒温控制阶段间断电平频率较高。而当Vt较小时，A1输出端与反相端之间的压差也就较大，因而C1充电时间就较长，反映为输出间断电平频率较低。这样电路就实现了间断电平的变频恒温控制。

2、控制电平电路

由A1实现温差比较积分输出电平接至控制电平电路D触发器CD4013的输入端，其输出端

经射随器T2控制光耦的工作。D触发器的另一输出端Q被引至A2的反相端用以产生恒温工作时A1的间断电平输出。

D触发器的时钟脉冲是由三级管T1接成共射组态接法的电路提供的。

3、隔离输出电路

D触发器的输出端经过T2射随器作电流放大后驱动四只串联的光耦MOC3061。

每对光耦控制着一相双向可控硅的触发端。光耦3061的输出脚4和6脚分别与双向可控硅的门极相连。主电路中的双向可控硅及电热丝与三相电源以三相三线星形方式相连，由于电热丝构成三相对称负载，因而只要控制其中两相就可以实现对电热丝三相供电加热的控制功能。

4、电源及输出指示电路

电路中所需要的直流电源由+12V的直流稳压电源7812提供。图2中的LED1为电源指示。为了便于观察输出信号，采用发光二极管LED2串入光耦驱动器回路作为输出指示。当恒温状态输出间断电平时，可以观察到LED2在不断闪烁，且随着温差电压Vt的增大，闪烁频率加大。Vt很大时，电路处于全导通状态，LED2全亮。炉温上升过快或超过设定温度To时电路关断，LED2熄灭。恒温控制电路的全通、间断和关断三种状态可以由发光二极管LED2的发光状态观察出来。

5、跟踪范围校正电路

由C3、D3和R11构成跟踪范围校正电路，其输出经过二极管D1向A1同相端提供一个负电压-V_EE，使A1的门限电平呈跟踪状态。

Claims

1.一种大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器，其特征是：主要由传感电压比较电路、控制电平电路、可变门限电路、跟踪范围校正电路、脉冲产生电路、输出电路、输出隔离电路、输出指示电路及直流稳压电源九个单元电路构成，温度传感器选用智能型热电偶传感器，其输出的温差电压Vt通过电阻R1和电位器W的分压经电阻R2直接送入传感电压比较电路中A1的反相输入端和可变门限电路中A2的同相输入端，D触发器输出端Q控制集成运放A2输出的可变电平，A2输出的可变电平信号和跟踪范围校正电路输出-V_EE通过二极管D1送到A1的同相输入端，A1的比较输出电压通过电阻R7送到控制电平电路中D触发器的D输入端，脉冲产生电路T1输出的脉冲信号通过电阻R14送到D触发器的CLK端，在时钟脉冲信号的作用下产生控制电平信号，控制电平信号从D触发器的

端输出，经输出电路T2放大后驱动光耦隔离电路，去控制可控硅门极，从而控制可控硅工作在全通、全断和间断变频通电三种状态下，保证电热金属熔炉在加料或出料过程中炉温波动很小，温度保持恒定，实现了大功率电热金属熔炉的高精度恒温控制。

2.根据权利要求1所述大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器，其特征是：传感电压比较电路中A1同相端的比较门限电平是由R3、R4、R5电阻分压提供的正电压Vref、踪范围校正电路输出的负电压-V_EE和A2输出的可变电平三部分电压叠加而成，当炉温逐渐逼近设定的温度时，使输出电路输出间断电平信号，控制可控硅间断导通，结果以较小的电流加热，使电炉保持恒温。

3.根据权利要求1所述大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器，其特征是：传感电压比较电路中电容C1和电阻R6串联构成了积分电路，在可控硅间断导通期间，当炉温在一定范围内波动时，积分电路通过改变间断电平的频率，调整输出电流，使电炉保持恒温，实现间断电平的变频恒温控制。

4.根据权利要求1所述大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器，其特征是：输出指示电路LED2串入光耦驱动器回路用于指示和观察恒温控制电路工作在全通、全断和间断变频通电三种状态。

5.根据权利要求1所述大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器，其特征是：隔离输出电路由四只光耦MOC3061串联而成，光耦3061的输出脚分别与主电路中的双向可控硅的门极相连，每对光耦控制着一相双向可控硅的触发端，在主电路中的双向可控硅及电热丝与三相电源以三相三线星形方式相连，由于电热丝构成三相对称负载，因而只要控制其中两相就可以实现对电热丝三相供电加热的控制功能。