专利名称：大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率金属熔炉三态变频恒温控制的高精度温度控制方法及电路。
背景技术：
目前，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，只靠全通、 全断的两态控制难以保证高精度的恒温状态，本发明提供了利用全通、全断和间断变频通电的高精度三态变频恒温控制的模式和方法，并提供了实现高精度三态变频恒温控制的电路。本发明电路简单，恒温精度高，工作稳定，抗干扰能力强，适用于大功率金属熔炉的高精度恒温控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种大功率金属熔炉三态变频恒温控制的高精度温度控制方法及电路。本发明提供了利用全通、全断和间断通电的三态控制电熔炉恒温的方法，特别提供了一种高精度变频恒温的温度控制模式，并提供了实现大功率金属熔炉三态变频恒温控制的电路。本发明电路简单，恒温精度高，工作稳定，抗干扰能力强，适用于大功率金属熔炉的高精度恒温控制。
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定；在附图中，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。
具体实施例方式一、电路总体设计三态变频恒温控制器总体电路结构图如图1所示。总体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、输出隔离电路及电源等单元电路组成。智能型热电偶温度表输出的误差电压Vt输入传感电压比较电路，与门限电平进行比较，比较输出电压送到控制电平电路的输入端，控制电平电路在脉冲信号的作用下产生控制电平，控制电平经输出电路放大后驱动光耦隔离电路去控制可控硅门极的通断，实现三态恒温控制。可变门限电路受误差电压Vt、控制电平电路的输出和跟踪范围校正电路的控制，产生传感电压比较器的可变门限电压。输出隔离电路主要实现控制电路与可控硅供电电路的隔离并实施对双向可控硅门极触发的控制。脉冲产生电路为控制电平电路提供时钟信号。
二、电路设计及单元电路工作原理三态变频恒温控制器电路原理图如图2所示，下面对电路的组成及电路的工作原理进行分析。1、误差电压比较电路与可变门限电路集成运放Al与A2中，Al为误差电压比较器，A2实现门限电平的改变。比较器Al的反相输入端为误差电压Vt的输入端；Al同相端为比较电平，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Al同相端提供一个正电压Vref。(2)受二极管Dl通断控制，经过限流电阻Rll提供一个负电压-VEE。(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Al的同相端的比较电平。具体工作原理如下当智能型热电偶温度表输出的误差电压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Al同相端的比较电平，Al输出低电位。比较器Al输出端引至D
触发器的输入端，所以此时D = 0，触发器输出端。=1，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，智能型热电偶温度表送来的误差电压Vt不断下降，在Vt减小至Al同相端比较电压以下时，Al输出高电平即D = 1，因而触发器的输出端
。=G。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。=0，光耦阻断的同时，触发器的另一输出端Q= 1，也就是A2反相端电位升高
使得A2输出低电平，此时二极管Dl关断，Al同相端的比较电压仅有Vref正电压的作用，
因而Al同相端比较电压下降，使得Al输出低电平，gp D = 0，触发器的。=1，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Dl重又导通，Al的同相端电位升高使比较器Al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，以较小的平均电流加热，结果使电路保持恒温。由于出料使炉温瞬时快速上升或高于设定温度时，误差电压Vt下降低于最低比较电平，此时Al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。当误差电压Vt在一定范围内波动时，如Al反相端电位Vt较高，Al输出端和Vt之间的压差也就较小，因而电容C 1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，Al输出端与反相端之间的压差也就较大，因而C 1充电时间就较长，反映为输出间断电平频率较低。这就是间断电平的变频恒温控制原理。2、控制电平电路由Al实现误差比较积分输出电平接至D触发器⑶4013的输入端，其输出端。与射
4随器T2控制光耦的工作。D触发器的另一输入端Q被引至A2的反相端用以产生恒温工作时Al的间断电平输出。D触发器的时钟脉冲是由三级管Tl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光耦M0C3061。每对光耦控制着一组双向可控硅的触发端。光耦3061的4脚，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， 因而只要控制其中两相就可以实现三相的控制功能。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LEDl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，且随着误差电压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。本发明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恒温控制效果明显，工作稳定。当炉温度设定在920°C时，恒温误差可在士 1°C范围之内，恒温精度高，满足大功率熔铝电炉的恒温控制。
权利要求
1.一种大功率金属熔炉的三态变频恒温控制模式和方法，其特征是依次包括下面控制方法(1)当炉温T远低于设定温度To时，电路输出全通电平，三相可控硅全通，满功率加热；(2)当炉温T高于设定温度To时，电路输出关断电平，三相可控硅截止，电热丝停止加热；(3)电热丝停止加热的关断期间，由于电炉的热耗散过程，炉温上升变慢或下降。当逼近设定温度To时呈现间断供电的恒温控制过程，进入间断供电的恒温状态，可控硅间断导通，使电炉平均功率与热耗散功率达到平衡，以维持炉温恒定；(4)由于电炉加料或出料会使炉温降低或升高，炉温出现较大的波动。此时电路输出频率升高或降低的间断控制电平，控制可控硅平均导通电流增大或减小，从而增加或减小电生热功率以适应炉温的波动，实现高精度变频恒温控制。
2.根据权利要求1所述三态变频恒温控制模式和方法，设计了三态变频恒温控制器电路，该电路包括传感电压比较电路、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、输出隔离电路及电源等单元电路组成。其特征是智能型热电偶温度表输出的误差电压输入传感电压比较电路，与门限电平进行比较，比较输出电压送到控制电平电路的输入端，控制电平电路在脉冲信号的作用下产生控制电平，控制电平经输出电路放大后驱动光耦隔离电路去控制可控硅门极的通断，实现全通、全断和间断变频通电的高精度三态变频恒温控制。
全文摘要
一种大功率金属熔炉的三态变频恒温控制器，涉及大功率金属熔炉三态变频恒温控制的高精度温度控制方法及电路。因为大功率金属电热熔炉的坩埚热容量大，加热电阻丝的热功率大，只靠全通、全断的两态控制难以保证高精度的恒温状态，本发明提供了利用全通、全断和间断通电的三态控制电熔炉恒温的的方法，特别提供了变频恒温的高精度温度控制模式，并提供了实现三态变频恒温控制器的电路。本发明电路简单，恒温精度高，工作稳定，抗干扰能力强，适用于大功率金属熔炉的高精度恒温控制。
文档编号G05D23/22GK102253678SQ201110219069
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者朱健, 李曙生 申请人:泰州职业技术学院