Tyristorové riadenie odporovej pece. Yarov VM Zdroje elektrickej energie elektrických odporových pecí Návod. Dvojtranzistorový tyristorový model
V. Krylov
V súčasnosti sú tyristory široko používané v rôznych zariadeniach na automatické riadenie, signalizáciu a riadenie. Tyristor je riadená polovodičová dióda, ktorá sa vyznačuje dvoma stabilnými stavmi: otvorený, keď je priamy odpor tyristora veľmi malý a prúd v jeho obvode závisí najmä od napätia zdroja a odporu záťaže, a zatvorený, keď je jeho priamy odpor vysoký a prúd je niekoľko miliampérov .
Na obr. 1 je znázornená typická prúdovo-napäťová charakteristika tyristora, kde sekcia O A zodpovedá uzavretému stavu tyristora a sekcia BV zodpovedá otvorenému stavu.
Pri záporných napätiach sa tyristor správa ako bežná dióda (oddiel OD).
Ak zvýšite dopredné napätie na uzavretom tyristore s prúdom riadiacej elektródy rovným nule, potom pri dosiahnutí hodnoty Uon sa tyristor otvorí. Takéto spínanie tyristora sa nazýva anódové spínanie. Činnosť tyristora je v tomto prípade podobná činnosti neriadenej polovodičovej štvorvrstvovej diódy - dinistora.
Prítomnosť riadiacej elektródy umožňuje otvoriť tyristor pri anódovom napätí menšom ako Uincl. Na to je potrebné prejsť riadiacim prúdom Iу pozdĺž obvodu riadiacej elektródy - katódy. Prúdovo-napäťová charakteristika tyristora pre tento prípad je znázornená na obr. 1 bodkovaná čiara. Minimálny riadiaci prúd potrebný na otvorenie tyristora sa nazýva rektifikačný prúd Iref. Usmerňovací prúd silne závisí od teploty. V referenčných knihách sa uvádza pri určitom anódovom napätí. Ak počas doby riadiaceho prúdu anódový prúd prekročí hodnotu vypínacieho prúdu Ioff, tak tyristor zostane otvorený aj po skončení riadiaceho prúdu; ak sa tak nestane, potom sa tyristor opäť uzavrie.
Pri zápornom napätí na anóde tyristora nie je povolené napájanie jeho riadiacej elektródy. Je tiež neprijateľné mať na riadiacej elektróde záporné (vzhľadom na katódu) napätie, pri ktorom spätný prúd riadiacej elektródy presahuje niekoľko miliampérov.
Otvorený tyristor je možné previesť na uzavretý stav iba znížením svojho anódového prúdu na hodnotu menšiu ako Ioff. V zariadeniach na jednosmerný prúd sa na tento účel a v obvode používajú špeciálne zhášacie reťaze striedavý prúd tyristor sa samostatne zatvára v momente, keď hodnota anódového prúdu prechádza nulou.
To je dôvod najrozšírenejšieho používania tyristorov v striedavých obvodoch. Všetky nižšie uvedené obvody sú relevantné iba pre tyristory zahrnuté v obvode striedavého prúdu.
Na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky tyristora musí zdroj riadiaceho napätia spĺňať určité požiadavky. Na obr. 2 znázorňuje ekvivalentný obvod zdroja riadiaceho napätia a obr. 3 je graf, pomocou ktorého môžete určiť požiadavky na jeho líniu zaťaženia.
Na grafe čiary A a B obmedzujú zónu rozptylu vstupných prúdovo-napäťových charakteristík tyristora, čo sú závislosti napätia na riadiacej elektróde Uy od prúdu tejto elektródy Iy s otvoreným anódovým obvodom. Direct B určuje minimálne napätie Uу, pri ktorom sa ktorýkoľvek tyristor tohto typu otvára pri minimálnej teplote. Priama čiara G určuje minimálny prúd Iy, dostatočný na otvorenie akéhokoľvek tyristora tohto typu pri minimálnej teplote. Každý špecifický tyristor sa otvára v určitom bode svojej vstupnej charakteristiky. Vytieňovaná oblasť je ťažiskom takýchto bodov pre všetky tyristory daného typu, ktoré vyhovujú technické údaje. Priamky D a E určujú maximálne prípustné hodnoty napätia Uy a prúdu Iy a krivka K je maximálna prípustná hodnota výkonu rozptýleného na riadiacej elektróde. Zaťažovacia čiara L zdroja riadiaceho signálu je vedená cez body, ktoré určujú napätie naprázdno zdroja Eu.xx a jeho skratový prúd Iу.kz = Eu.хх/Rintr, kde Rintr je vnútorný odpor zdroja. zdroj. Bod S priesečníka čiary zaťaženia L so vstupnou charakteristikou (krivka M) zvoleného tyristora musí byť v oblasti medzi zatienenou plochou a čiarami A, D, K, E a B.
Táto oblasť sa nazýva preferovaná oblasť otvorenia. Vodorovná čiara H určuje najvyššie napätie na riadiacom prechode, pri ktorom sa pri maximálnej dovolenej teplote neotvorí ani jeden tyristor tohto typu. Táto hodnota, ktorá predstavuje desatiny voltu, teda určuje maximálnu prípustnú amplitúdu rušivého napätia v obvode riadenia tyristora.
Po otvorení tyristora nemá riadiaci obvod vplyv na jeho stav, preto je možné tyristor ovládať impulzmi s krátkym trvaním (desiatky alebo stovky mikrosekúnd), čo umožňuje zjednodušiť riadiace obvody a znížiť stratový výkon na kontrolná elektróda. Trvanie impulzu by však malo byť dostatočné na to, aby anódový prúd stúpol na hodnotu presahujúcu vypínací prúd Ioff pre rôzne typy záťaže a prevádzkové režimy tyristorov.
Relatívna jednoduchosť riadiacich zariadení pre činnosť tyristorov v striedavých obvodoch viedla k širokému použitiu týchto zariadení ako riadiacich prvkov v zariadeniach na stabilizáciu a reguláciu napätia. V tomto prípade je priemerná hodnota napätia na záťaži regulovaná zmenou momentu napájania (to znamená fázy) riadiaceho signálu vzhľadom na začiatok polcyklu napájacieho napätia. Frekvencia riadiacich impulzov v takýchto obvodoch musí byť synchronizovaná s frekvenciou siete.
Existuje niekoľko spôsobov riadenia tyristorov, z ktorých je potrebné poznamenať amplitúdu, fázu a fázový impulz.
Metóda riadenia amplitúdy spočíva v tom, že na riadiacu elektródu tyristora sa privádza kladné napätie, ktorého veľkosť sa mení. Tyristor sa otvorí v momente, keď toto napätie postačuje na to, aby cez riadiaci uzol pretekal usmerňovací prúd. Zmenou napätia na riadiacej elektróde môžete zmeniť okamih otvorenia tyristora. Najjednoduchší obvod regulátor napätia, postavený na tomto princípe, je znázornený na obr. štyri.
Ako riadiace napätie sa tu používa časť anódového napätia tyristora, teda napätie kladného polcyklu siete. Rezistor R2 mení otvárací moment tyristora D1 a následne aj priemernú hodnotu napätia na záťaži. Pri úplne zasunutom rezistore R2 je napätie na záťaži minimálne. Dióda D2 chráni riadiaci prechod tyristora pred spätným napätím. Je potrebné poznamenať, že riadiaci obvod nie je pripojený priamo k sieti, ale paralelne s tyristorom. Toto bolo urobené s cieľom otvorený tyristor odpojil riadiaci obvod, čím zabránil zbytočnému rozptylu energie na jeho prvkoch.
Hlavnými nevýhodami uvažovaného zariadenia sú silná závislosť záťažového napätia od teploty a potreba individuálneho výberu rezistorov pre každú inštanciu tyristora. Prvá je vysvetlená teplotnou závislosťou usmerňovacieho prúdu tyristorov, druhá - veľkým rozšírením ich vstupných charakteristík. Okrem toho je zariadenie schopné riadiť otvárací moment tyristora iba počas prvej polovice kladného polcyklu sieťového napätia.
Riadiace zariadenie, ktorého schéma je znázornená na obr. 5, umožňuje rozšírenie rozsahu ovládania na 180° a zahrnutie tyristora do uhlopriečky usmerňovacieho mostíka - na reguláciu napätia pri záťaži počas oboch polcyklov sieťového napätia.
Kondenzátor C1 sa cez odpory R1 a R2 nabíja na napätie, pri ktorom cez riadiaci prechod tyristora preteká prúd rovný usmerňovaciemu prúdu. V tomto prípade sa tyristor otvorí a prechádza prúdom cez záťaž. V dôsledku prítomnosti kondenzátora je napätie na záťaži menej závislé od kolísania teploty, ale napriek tomu sú tomuto zariadeniu vlastné rovnaké nevýhody.
Pri fázovom spôsobe riadenia tyristorov pomocou fázového posuvného mostíka sa mení fáza riadiaceho napätia vzhľadom na napätie na anóde tyristora. Na obr. 6 je znázornená schéma polvlnového regulátora napätia, v ktorom je zmena napätia pri záťaži vykonávaná odporom R2, zahrnutým v jednom z ramien mostíka, z ktorého uhlopriečky je napätie privádzané do riadenia. prechod tyristora.
Napätie na každej polovici vinutia III ovládača by malo byť približne 10 V. Zvyšné parametre transformátora sú určené napätím a výkonom záťaže. Hlavnou nevýhodou spôsobu fázového riadenia je nízka strmosť riadiaceho napätia, vďaka čomu je stabilita otváracieho momentu tyristora nízka.
Fázovo-pulzný spôsob riadenia tyristora sa od predchádzajúceho líši tým, že na zvýšenie presnosti a stability otváracieho momentu tyristora sa na jeho riadiacu elektródu privádza napäťový impulz so strmým čelom. Táto metóda je v súčasnosti najpoužívanejšia. Schémy, ktoré implementujú túto metódu, sú veľmi rôznorodé.
Na obr. 7 je znázornená schéma jedného z najjednoduchších zariadení využívajúcich metódu fázovo-pulzného tyristorového riadenia.
Pri kladnom napätí na anóde tyristora D3 sa kondenzátor C1 nabíja cez diódu D1 a premenlivý odpor R1. Keď napätie na kondenzátore dosiahne zapínacie napätie dinistora D2, otvorí sa a kondenzátor sa vybije cez riadiaci prechod tyristora. Tento impulz vybíjacieho prúdu otvorí tyristor D3 a prúd začne pretekať cez záťaž. Zmenou nabíjacieho prúdu kondenzátora odporom R1 je možné zmeniť moment otvorenia tyristora v rámci polcyklu sieťového napätia. Rezistor R2 eliminuje samovoľné otváranie tyristora D3 v dôsledku zvodových prúdov pri zvýšených teplotách. Podľa technických podmienok, keď tyristory pracujú v pohotovostnom režime, je inštalácia tohto odporu povinná. Znázornené na obr. 7, obvod nenašiel široké uplatnenie z dôvodu veľkého rozptylu zapínacieho napätia dinistorov, dosahujúceho až 200% a výraznej závislosti zapínacieho napätia od teploty.
Jednou z odrôd fázovo-impulznej metódy riadenia tyristorov je takzvané vertikálne riadenie, ktoré je v súčasnosti najpoužívanejšie. Spočíva v tom, že na vstupe generátora impulzov sa porovnáva (obr. 8) konštantné napätie (1) a napätie, ktoré sa mení vo veľkosti (2). V momente rovnosti týchto napätí je generovaný tyristorový riadiaci impulz (3). Napätie s premenlivou veľkosťou môže mať sínusový, trojuholníkový alebo pílovitý tvar (ako je znázornené na obr. 8).
Ako je zrejmé z obrázku, zmena okamihu výskytu riadiaceho impulzu, to znamená posunutie jeho fázy, sa môže uskutočniť tromi rôznymi spôsobmi:
zmena rýchlosti nárastu striedavého napätia (2a),
zmenou jeho počiatočnej úrovne (2b) a
zmenou hodnoty konštantného napätia (1a).
Na obr. 9 znázornený štrukturálna schéma zariadenie, ktoré implementuje metódu vertikálneho tyristorového riadenia.
Ako každé iné zariadenie na riadenie fázových impulzov sa skladá zo zariadenia na fázový posun FSU a generátora impulzov PG. Zariadenie na fázový posun zase obsahuje vstupné zariadenie VU, ktoré vníma riadiace napätie Uy, generátor striedavého (veľkosti) napätia GPN a porovnávacie zariadenie SU. Ako pomenované prvky možno použiť širokú škálu zariadení.
Na obr. 10 je daný schému zapojenia tyristorové riadiace zariadenia (D5) zapojené do série s mostíkovým usmerňovačom (D1 - D4).
Zariadenie pozostáva z generátora pílovitého napätia s tranzistorovým spínačom (T1), Schmittovým spúšťačom (T2, T3) a výstupným kľúčovým zosilňovačom (T4). Pôsobením napätia odstráneného zo synchronizačného vinutia III transformátora Tr1 je tranzistor T1 uzavretý. V tomto prípade sa kondenzátor C1 nabíja cez odpory R3 a R4. Napätie na kondenzátore sa zvyšuje po exponenciálnej krivke, ktorej počiatočný úsek možno s určitou aproximáciou považovať za priamočiary (2, pozri obr. 8).
V tomto prípade je tranzistor T2 zatvorený a T3 otvorený. Emitorový prúd tranzistora T3 vytvára úbytok napätia na rezistore R6, ktorý určuje úroveň činnosti Schmittovej spúšte (1 na obr. 8). Súčet napätí na rezistore R6 a otvorenom tranzistore T3 je menší ako napätie na zenerovej dióde D10, takže tranzistor T4 je uzavretý. Keď napätie na kondenzátore C1 dosiahne Schmittovu spúšťaciu úroveň, tranzistor T2 sa otvorí a T3 sa zatvorí. Súčasne sa otvorí tranzistor T4 a na rezistore R10 sa objaví napäťový impulz, ktorý otvorí tyristor D5 (impulz 3 na obr. 8). Na konci každého polcyklu sieťového napätia sa tranzistor T1 otvorí prúdom pretekajúcim cez odpor R2. Kondenzátor C1 sa vybije takmer na nulu a riadiace zariadenie sa vráti do pôvodného stavu. Tyristor sa uzavrie v momente, keď amplitúda anódového prúdu prejde nulou. So začiatkom ďalšieho polcyklu sa cyklus činnosti zariadenia opakuje.
Zmenou odporu odporu R3 je možné zmeniť nabíjací prúd kondenzátora C1, to znamená rýchlosť nárastu napätia na ňom, a tým aj moment objavenia sa otváracieho tyristorového impulzu. Nahradením odporu R3 tranzistorom môžete automaticky upraviť napätie na záťaži. Toto zariadenie teda využíva prvý z vyššie uvedených spôsobov posunutia fázy riadiacich impulzov.
Mierna zmena v obvode znázornenom na obr. 11 umožňuje získať reguláciu podľa druhého spôsobu. V tomto prípade sa kondenzátor C1 nabíja cez konštantný odpor R4 a rýchlosť nárastu pílovitého napätia je vo všetkých prípadoch rovnaká. Ale pri otvorení tranzistora T1 sa kondenzátor nevybije na nulu, ako v predchádzajúcom zariadení, ale na riadiace napätie Uy.
V dôsledku toho sa nabíjanie kondenzátora v nasledujúcom cykle začne od tejto úrovne. Zmenou napätia Uy sa reguluje moment otvorenia tyristora. Dióda D11 odpojí zdroj riadiaceho napätia od kondenzátora počas jeho nabíjania.
Koncový stupeň na tranzistore T4 poskytuje potrebný prúdový zisk. Pomocou impulzného transformátora ako záťaže môžete súčasne ovládať niekoľko tyristorov.
V uvažovaných regulačných zariadeniach je napätie privedené na riadiaci prechod tyristora po dobu od okamihu rovnosti konštantného a pílovitého napätia do konca polperiódy sieťového napätia, to znamená do okamihom vybitia kondenzátora C1. Trvanie riadiaceho impulzu môžete skrátiť zapnutím diferenciačného obvodu na vstupe prúdového zosilňovača, vyrobeného na tranzistore T4 (pozri obr. 10).
Jedným z variantov metódy vertikálneho tyristorového riadenia je metóda počet-impulz. Jeho zvláštnosť spočíva v tom, že na riadiacu elektródu tyristora nie je privedený jeden impulz, ale balík krátkych impulzov. Trvanie impulzu sa rovná trvaniu riadiaceho impulzu znázorneného na obr. osem.
Frekvencia opakovania impulzov v dávke je určená parametrami generátora impulzov. Metóda početno-pulznej regulácie zaisťuje spoľahlivé otvorenie tyristora pre akýkoľvek typ záťaže a umožňuje znížiť stratový výkon na riadiacom prechode tyristora. Okrem toho, ak je na výstupe zariadenia zahrnutý impulzný transformátor, je možné zmenšiť jeho veľkosť a zjednodušiť dizajn.
Na obr. 12 znázorňuje schému riadiaceho zariadenia využívajúce metódu počet-impulz.
Ako porovnávací uzol a generátor impulzov je tu použitý vyvážený diódovo-regeneračný komparátor pozostávajúci z porovnávacieho obvodu na diódach D10, D11 a samotného blokovacieho generátora, zostaveného na tranzistore T2. Diódy D10, D11 riadia spätnoväzbový obvod blokovacieho oscilátora.
Rovnako ako v predchádzajúcich prípadoch, keď je tranzistor T1 zatvorený, nabíjanie kondenzátora C1 začína cez odpor R3. Dióda D11 je otvorená napätím Uy a dióda D10 je zatvorená. Vinutie IIa s kladnou spätnou väzbou blokovacieho oscilátora je teda otvorené, zatiaľ čo vinutie IIb so zápornou spätnou väzbou je uzavreté a tranzistor T2 je uzavretý. Keď napätie na kondenzátore C1 dosiahne napätie Uy, dióda D11 sa zatvorí a D10 sa otvorí. Obvod pozitívnej spätnej väzby sa uzavrie a blokovací generátor začne generovať impulzy, ktoré budú privádzané z vinutia I transformátora Tr2 do riadiaceho prechodu tyristora. Generovanie impulzov bude pokračovať až do konca polcyklu sieťového napätia, kedy sa tranzistor T1 otvorí a kondenzátor C1 sa vybije. Dióda D10 sa potom zatvorí a D11 sa otvorí, proces blokovania sa zastaví a zariadenie sa vráti do pôvodného stavu. Zmenou riadiaceho napätia Uy je možné zmeniť moment začiatku generovania vzhľadom na začiatok polcyklu a následne aj moment otvorenia tyristora. V tomto prípade sa teda používa tretí spôsob posunutia fázy riadiacich impulzov.
Použitie vyváženého obvodu porovnávacieho uzla zabezpečuje teplotnú stabilitu jeho prevádzky. Silikónové diódy D10 a D11 s nízkym spätným prúdom umožňujú dostať sa vysoko vstupná impedancia porovnávacieho uzla (asi 1 Mohm). Preto nemá prakticky žiadny vplyv na proces nabíjania kondenzátora C1. Citlivosť uzla je veľmi vysoká a dosahuje niekoľko milivoltov. Rezistory R6, R8, R9 a kondenzátor C3 určujú teplotnú stabilitu pracovného bodu tranzistora T2. Rezistor R7 slúži na obmedzenie kolektorového prúdu tohto tranzistora a zlepšenie tvaru impulzu blokovacieho oscilátora. Dióda D13 obmedzuje rázové napätie na kolektorovom vinutí III transformátora Tr2, ktoré vzniká pri zatvorenom tranzistore. Impulzný transformátor Tr2 môže byť vyrobený na 1000NN feritovom prstenci veľkosti K15X6X4,5. Vinutia I a III obsahujú každé 75 a vinutia II a a II b - 50 závitov drôtu PEV-2 po 0,1.
Nevýhodou tohto ovládacieho zariadenia je relatívne nízka frekvencia opakovanie impulzu (približne 2 kHz s trvaním impulzu 15 mikrosekúnd). Frekvenciu môžete zvýšiť napríklad znížením odporu rezistora R4, cez ktorý sa vybíja kondenzátor C2, no zároveň je teplotná stabilita citlivosti porovnávacieho uzla o niečo horšia.
Metódu početno-pulzného tyristorového riadenia možno použiť aj vo vyššie diskutovaných zariadeniach (obr. 10 a 11), pretože pri určitom výbere menovitých hodnôt prvkov (C1, R4-R10, pozri obr. 10) sa Schmitt spustí, keď napätie na kondenzátore C1 presahuje úroveň spúšťača, negeneruje jediný impulz, ale sekvenciu impulzov. Ich trvanie a frekvencia opakovania sú určené parametrami a režimom spúšťania. Takéto zariadenie sa nazývalo „multivibrátor spúšťaný výbojom“.
Na záver je potrebné poznamenať, že pomocou unijunkčných tranzistorov je možné dosiahnuť výrazné zjednodušenie obvodu tyristorových riadiacich zariadení pri zachovaní vysokej kvality indikátorov.
Elektrické odporové pece (komorové, šachtové, zvonové a pod.) majú široké využitie na tepelné spracovanie výrobkov v rôznych priemyselných odvetviach: v hutníctve, energetike, kovoobrábaní, keramickej a sklárskej výrobe. Použitie automatizovaných riadiacich systémov pri tepelnom spracovaní zlepšuje kvalitu produktu a uľahčuje prácu personálu údržby.
Moderné zariadenia a nové metódy automatického riadenia umožňujú znížiť náklady na opravy a údržbu zariadení, získať ekonomický efekt z racionálneho využívania energetických zdrojov vďaka optimálnemu riadeniu technologického procesu.
V tomto článku autor navrhuje dve konštrukčné riešenia modernizácie riadiaceho systému elektrických pecí s prihliadnutím na technologické potreby ako je presná regulácia teploty, možnosť rýchlej zmeny režimov pri spracovaní rôzne druhy Produkty.
Pri príprave projektov modernizácie automatizovaného riadiaceho systému sa predbežne podrobná analýza technologický postup tepelného spracovania na objasnenie hlavných nedostatkov a problémov pri prevádzke pecí. Napríklad pri žíhaní dielov a kovových konštrukcií sa môžu objaviť aj malé teplotné odchýlky od hodnôt uvedených v technologická mapa. Porušenia teplotný režim môže viesť k nesúladu medzi mechanickými vlastnosťami výrobkov deklarovaných výrobcom, čo môže následne viesť k nehodám vo výrobe.
Systémy regulácie teploty v elektrických peciach na báze zariadení na pečenie
V riadiacom systéme elektrickej pece je ako riadiace zariadenie použitý dvojkanálový softvérový PID regulátor RÚRA TPM151, ktorého dva kanály regulujú teplotu na vykurovacích telesách. Akčným zariadením je riadiaca jednotka pre triaky a tyristory (BOOST), ktorá zabezpečuje presnosť automatickej regulácie výkonu na vykurovacích telesách pece metódou fázového riadenia.
Na rozšírenie vstupov a príjem dodatočná príležitosť meranie teploty v samotnom výrobku alebo v mufle pece, využíva sa vstupný modul RÚRA MVA8. Výmena dát medzi regulátormi a analógovým vstupným modulom prebieha pomocou počítača, na koordináciu rozhraní RS-485 / RS-232 slúži prevodník rozhrania OWEN AC3-M (obr. 1).
Ryža. 1. Všeobecná bloková schéma teplotného automatického riadiaceho systému (ACS) pre štyri elektrické pece
Vyvinutý systém umožňuje vykonávať režim žíhania akéhokoľvek stupňa zložitosti. Zmena nastavení v systéme regulácie teploty sa vykonáva automaticky podľa programu vyvinutého technológom. Programy technológa sa vytvárajú na počítači najvyššej úrovne a zadávajú sa do každého zariadenia TPM151.
Schéma systému regulácie teploty v šachtovej peci je na obr. 2.
Ryža. 2. Funkčná schéma regulácie v šachtovej elektrickej peci
Systém umožňuje nastaviť rýchlosť zmeny teploty (zvýšenie alebo zníženie na nastavenú hodnotu) v každej vykurovacej zóne podľa individuálneho harmonogramu, čo zaisťuje rovnomerný ohrev produktu vo všetkých bodoch. Z jedného programu do druhého je možné prechádzať pri dosiahnutí určitej hodnoty niektorého z teplotných alebo časových parametrov. Údaje z každej pece zbierate aj pomocou SCADA systému OWEN PROCESS MANAGER.
Navrhovaný systém regulácie teploty môže byť implementovaný v akejkoľvek elektrickej peci s jednou alebo dvoma vykurovacími zónami. Systém vyžaduje:
softvérový dvojkanálový regulátor (ARIES TPM151);
triaková a tyristorová riadiaca jednotka (ARIES BOOST);
prevodník rozhrania (ARIES AS3-M);
analógový vstupný modul (OSEH МВА8);
počítač;
snímače teploty, výkonové triaky.
Navrhovaný riadiaci systém zvyšuje spoľahlivosť elektrických pecí nahradením analógových regulátorov a reléových akčných členov mikroprocesorovými ovládacími prvkami a bezkontaktnými spínačmi (triaky). Počet externých prípojok a svorkovníc sa niekoľkonásobne zníži.
Napríklad jeden PID regulátor TPM151, vstupný modul OVEN MBA8 a počítač nahrádzajú tri staré, ale veľmi drahé dvojpolohové regulátory zapisovača, pričom presnosť a možnosti riadenia sa výrazne zvyšujú vďaka použitiu PID regulátorov s automatickým nastavovaním koeficientov.
Upozorňujeme, že náklady na modernizáciu sa výrazne znížia, ak sa modernizácia vykoná na niekoľkých jednotkách naraz. Napríklad pre štyri pece budete okrem regulátorov teploty potrebovať len jeden modul MBA8 a počítač.
Podobný systém regulácie teploty na báze regulátorov OVEN TPM151 a BOOST blokov bol zavedený v závode OAO KZ OTsM, Kirov, na linke HEURTEY na ťahové žíhanie.
Rúra má dve nezávisle fungujúce zóny ohrevu (predohrev a presný ohrev). Pec má dva okruhy regulácie teploty na regulátoroch RÚRY TPM151.
Linka je určená na kontinuálne žíhanie a morenie medených a mosadzných pásov s hrúbkou 0,15 - 0,8 mm a šírkou 200 - 630 mm. V procese spracovania sa rolky odvíjajú a ťahajú v peci pozdĺž nosných valcov. Po žíhaní kov mení svoju štruktúru a mechanické vlastnosti.
Na dosiahnutie presnej regulácie teploty sa používajú dve riadiace jednotky OWEN BOOST, jedna pre každý kanál zariadení TPM151, ktoré regulujú výkon vykurovacích telies pomocou metódy fázového riadenia.
Pre zložitejšie systémy s riadením troch a viacerých vykurovacích zón, ako aj s prevádzkou ventilátorov a iných pohonov bude najprijateľnejší systém s riadiacim zariadením vo forme programovateľného logického regulátora, napríklad OWEN PLC. .
Príkladom tohto typu inštalácie je najbežnejší typ pece v priemysle - komorová elektrická odporová pec, alebo zvonová elektrická pec. V týchto peciach môžu byť v závislosti od konštrukcie tri vykurovacie zóny. Pre optimálnu reguláciu teploty musia mať tri nezávislé regulačné slučky.
Systém reguluje teplotu v každej vykurovacej zóne: v prvej, v druhej a v tretej zóne pomocou prvého, druhého a tretieho riadiaceho kanálu. Všetky okruhy podliehajú regulácii teploty hlavného okruhu v mufle.
Podriadené riadiace obvody sú identické a pozostávajú z regulátora teploty, softvéru implementovaného v regulátore (OWEN PLC154), aktuátora (OWEN BOOST a triaky) a ovládacieho objektu (vykurovacie telesá). Regulátor hlavnej regulačnej slučky (obr. 3), ako aj regulátory slave slučky, je softvérovo implementovaný v regulátore PLC154.
Ryža. 3. Funkčná schéma automatického riadiaceho systému elektrickej pece
Údaje z každého kanála idú najskôr do kontroléra a potom do počítača, kde sa spracujú a uložia pomocou SCADA systému prispôsobeného na prácu s týmto procesom a vybraným kontrolérom.
Vo vyvinutom systéme je možné okrem automatickej regulácie teploty ovládať aj pomocou manuálnych regulačných odporov. Manuálne ovládanie sa používa pri nastavovaní resp núdzový. Hlavnými ovládacími a monitorovacími prvkami liečby SU komorou sú:
programovateľný logický automat (ARIES PLC154);
riadiace jednotky pre triaky a tyristory (ARIES BOOST);
termočlánky ТХА (К) a výkonové triaky;
počítač.
Charakteristickým rysom projektu pomocou PLC je možnosť vizualizácie procesu regulácie teploty vo vybranej elektrickej peci na počítači.
Dnes existuje množstvo aplikácií, ktoré umožňujú vybrať potrebný softvér pre APCS. Takéto možnosti poskytuje produkt TraceMode, ktorý kombinuje softvérové štandardy s väčšinou nástrojov priemyselnej automatizácie od svetových výrobcov, vrátane OWEN. Preto je tento produkt, ako žiadny iný, vhodný ako hlavný systémový softvér pri vytváraní automatického riadiaceho systému pre elektrickú pec.
Je to spôsobené aj tým, že program Trace Mode disponuje širokou funkcionalitou a pohodlným vývojovým prostredím, ako aj tým, že sú k nemu bezplatne dodávané ovládače pre vybraný PLC automat OWEN.
Obrazové formy ovládania a regulácie výrazne zjednodušujú obsluhu pecí a uľahčujú prácu operátorovi. ich vzhľad a konštrukciu je možné vyrobiť individuálne pre každý daný technologický postup a inštaláciu.
Popísané projekty plne zohľadňujú požiadavky a požiadavky na tepelné spracovanie výrobkov v elektrotermických inštaláciách. Projekty si vyžadujú minimálne ekonomické náklady na inštaláciu prístrojového vybavenia a jeho údržbu. Implementáciou týchto riešení sa zlepší kvalita výrobkov, zníži sa počet defektov, zníži sa spotreba surovín, znížia sa poruchy a prestoje zariadení a tým sa zvýši objem výroby, ako aj sa zvýši produktivita zlepšením pracovných podmienok personálu údržby.
Sergey Mokrushin, vedúci oddelenia automatizácie, Alfa-Prom, Kirov
Článok „Automatizácia riadenia elektrických pecí“ v časopise „Automatizácia a výroba“:
- zariadenie s vlastnosťami polovodiča, ktorého konštrukcia je založená na monokryštálovom polovodiči s tromi alebo viacerými p-n prechodmi.
Jeho práca predpokladá prítomnosť dvoch stabilných fáz:
- "uzavreté" (úroveň vodivosti je nízka);
- „otvorený“ (úroveň vodivosti je vysoká).
Tyristory sú zariadenia, ktoré vykonávajú funkcie výkonových elektronických spínačov. Ich ďalším názvom sú jednooperačné tyristory. Toto zariadenie umožňuje regulovať vplyv silných záťaží pomocou menších impulzov.
Podľa charakteristiky prúdového napätia tyristora zvýšenie sily prúdu v ňom vyvolá zníženie napätia, to znamená, že sa objaví negatívny diferenciálny odpor.
Okrem toho môžu tieto polovodičové zariadenia kombinovať obvody s napätím do 5000 voltov a prúdmi do 5000 ampérov (pri frekvencii maximálne 1000 Hz).
Tyristory s dvomi a tromi výstupmi sú vhodné pre prevádzku s jednosmerným aj striedavým prúdom. Najčastejšie sa princíp ich činnosti porovnáva s činnosťou usmerňovacej diódy a predpokladá sa, že sú plnohodnotným analógom usmerňovača, v istom zmysle ešte efektívnejším.
Odrody tyristorov sa navzájom líšia:
- Spôsob hospodárenia.
- Vodivosť (jednostranná alebo obojstranná).
Všeobecné princípy riadenia
Tyristorová štruktúra má 4 polovodičové vrstvy v sériovom zapojení (p-n-p-n). Kontakt pripojený k vonkajšej p-vrstve je anóda a kontakt pripojený k vonkajšej n-vrstve je katóda. Výsledkom je, že pri štandardnej montáži môže mať tyristor maximálne dve riadiace elektródy, ktoré sú pripevnené k vnútorným vrstvám. Podľa pripájanej vrstvy sa vodiče podľa typu ovládania delia na katódové a anódové zariadenia. Prvý typ sa používa častejšie.
Prúd v tyristoroch tečie smerom ku katóde (z anódy), preto je spojenie so zdrojom prúdu vytvorené medzi anódou a kladným pólom, ako aj medzi katódou a záporným pólom.
Tyristory s riadiacou elektródou môžu byť:
- uzamykateľné;
- Odomykateľné.
Charakteristickou vlastnosťou neuzamykateľných zariadení je ich nedostatočná odozva na signál z riadiacej elektródy. Jediný spôsob, ako ich uzavrieť, je znížiť úroveň prúdu, ktorý cez ne preteká, tak, aby bola nižšia ako sila prídržného prúdu.
Pri ovládaní tyristora je potrebné vziať do úvahy niektoré body. Zariadenie tohto typu mení fázy prevádzky z „vypnuté“ na „zapnuté“ a späť náhle a len pod podmienkou vonkajšieho vplyvu: pomocou prúdu (manipulácia s napätím) alebo fotónov (v prípadoch s fototyristorom).
Vytriediť tento moment treba si uvedomiť, že tyristor má hlavne 3 výstupy (trinistor): anóda, katóda a riadiaca elektróda.
Ue (riadiaca elektróda) je rovnaká a je zodpovedná za zapnutie a vypnutie tyristora. K otvoreniu tyristora dochádza za podmienky, že aplikované napätie medzi A (anóda) a K (katóda) sa rovná alebo prekračuje objem napätia trinistora. Je pravda, že v druhom prípade bude potrebný vplyv impulzu s kladnou polaritou medzi Ue a K.
Pri konštantnej dodávke napätia je možné tyristor otvárať donekonečna.
Ak ho chcete uviesť do zatvoreného stavu, môžete:
- Znížte úroveň napätia medzi A a K na nulu;
- Znížte hodnotu A-prúdu tak, aby boli hodnoty prídržného prúdu väčšie;
- Ak je obvod postavený na pôsobení striedavého prúdu, zariadenie sa vypne bez vonkajšieho rušenia, keď samotná úroveň prúdu klesne na nulu;
- Použite blokovacie napätie na Ue (relevantné len pre uzamykateľné druhy polovodičových zariadení).
Uzavretý stav tiež trvá nekonečne dlho, kým sa neobjaví spúšťací impulz.
Špecifické metódy kontroly
- Amplitúda .
Predstavuje dodanie kladného napätia rôznej veľkosti do Ue. K otvoreniu tyristora dochádza vtedy, keď je napätie dostatočné na prelomenie riadiaceho prechodu usmerňovacieho prúdu (Isp.). Zmenou hodnoty napätia na Ue je možné zmeniť čas otvorenia tyristora.
Hlavnou nevýhodou tejto metódy je silný vplyv teplotného faktora. Okrem toho každý typ tyristora bude vyžadovať iný typ odporu. Tento moment nepridáva pohodlie pri prevádzke. Okrem toho sa otvárací čas tyristora môže korigovať iba počas prvej 1/2 kladného polcyklu siete.
- Fáza.
Spočíva v zmene fázy Ucontrol (vo vzťahu k napätiu na anóde). V tomto prípade sa používa mostík s fázovým posunom. Hlavnou nevýhodou je nízka strmosť Ucontrolu, preto je možné len krátkodobo stabilizovať otvárací moment tyristora.
- Fázový impulz .
Navrhnuté na prekonanie nedostatkov fázovej metódy. Na tento účel sa na Ue aplikuje napäťový impulz so strmým čelom. Tento prístup je v súčasnosti najbežnejší.
Tyristory a bezpečnosť
V dôsledku impulzívnosti ich pôsobenia a prítomnosti spätného zotavovacieho prúdu tyristory výrazne zvyšujú riziko prepätia pri prevádzke zariadenia. Okrem toho je nebezpečenstvo prepätia v polovodičovej zóne vysoké, ak v iných častiach obvodu nie je žiadne napätie.
Preto, aby sa zabránilo negatívne dôsledky Je obvyklé používať schémy CFTP. Zabraňujú vzhľadu a zadržiavaniu kritické hodnoty Napätie.
Dvojtranzistorový tyristorový model
Z dvoch tranzistorov je celkom možné zostaviť dinistor (tyristor s dvoma vodičmi) alebo trinistor (tyristor s tromi vodičmi). Aby to bolo možné, jeden z nich musí mať p-n-p vodivosť, druhý - n-p-n-vodivosť. Tranzistory môžu byť vyrobené z kremíka aj z germánia.
Spojenie medzi nimi sa vykonáva cez dva kanály:
- Anóda z 2. tranzistora + Riadiaca elektróda z 1. tranzistora;
- Katóda z 1. tranzistora + Riadiaca elektróda z 2. tranzistora.
Ak sa zaobídete bez použitia riadiacich elektród, výstupom bude dinistor.
Kompatibilita vybraných tranzistorov je určená rovnakým množstvom výkonu. V tomto prípade musia byť údaje o prúde a napätí nevyhnutne väčšie, ako je potrebné normálne fungovanie zariadenie. Údaje o prieraznom napätí a prídržnom prúde závisia od špecifických vlastností použitých tranzistorov.
Píšte komentáre, doplnky k článku, možno mi niečo uniklo. Pozri sa na , budem rád, ak nájdeš na mojom ešte niečo užitočné.
Regulácia výkonu odporových pecí
Existujú 2 zásadne odlišné prístupy k regulácii výkonu:
1) Nepretržité riadenie, pri ktorom je možné do pece zaviesť akýkoľvek požadovaný výkon.
2) Kroková regulácia, pri ktorej je možné do pece zaviesť iba diskrétny rozsah výkonov.
Prvý vyžaduje plynulú reguláciu napätia na ohrievačoch. Takáto regulácia môže byť vykonaná pomocou akéhokoľvek druhu výkonových zosilňovačov (generátor, tyristorový usmerňovač, EMU). V praxi sú najbežnejšie tyristorové napájacie zdroje postavené podľa schémy TRN. Takéto regulátory sú založené na vlastnostiach tyristora zapojeného do obvodu striedavého prúdu v sérii s aktívnym odporom ohrievača. Tyristorové zdroje obsahujú antiparalelne zapojené tyristory vybavené SIFU.
 |
Pri druhom spôsobe sa napätie na ohrievači mení zapínaním napájacích obvodov pece. Zvyčajne existujú 2-3 kroky možného napätia a výkonu ohrievača. Najbežnejší dvojpolohový spôsob krokového riadenia. Podľa tejto metódy je pec buď pripojená k sieti pri svojom menovitom výkone, alebo úplne odpojená od siete. Požadovaná hodnota priemerného výkonu zavedeného do pece je zabezpečená zmenou pomeru času zapnutých a vypnutých stavov.
Priemerná teplota v peci zodpovedá priemernému výkonu zavedenému do pece. Náhle zmeny okamžitého výkonu vedú k teplotným výkyvom okolo priemernej úrovne. Veľkosť týchto výkyvov je určená veľkosťou odchýlok P MGOV od priemernej hodnoty a veľkosťou tepelnej zotrvačnosti pece. Vo väčšine všeobecných priemyselných pecí je tepelná zotrvačnosť taká veľká, že kolísanie teploty v dôsledku krokového riadenia nepresahuje požadovanú presnosť udržiavania teploty. Konštrukčne môže byť ovládanie zapnuté-vypnuté buď pomocou bežného stýkača alebo tyristorového spínača. Tyristorový spínač obsahuje antiparalelný
Existujú aj trojfázové spínače. Používajú dva bloky antiparalelne zapojených tyristorov. Výkonové obvody takýchto spínačov sú zostavené podľa nasledujúcej schémy:Existujú úpravy tyristorových spínačov, ktoré vôbec nepoužívajú kontakty.
Tyristorové spínače sú spoľahlivejšie ako stykače, sú vo svojej podstate odolné voči výbuchu, sú tiché v prevádzke a sú o niečo drahšie.
Kroková regulácia má účinnosť blízku 1, až M »1.
Yarov V. M.
Napájacie zdroje pre elektrické odporové pece
Návod
Publikované rozhodnutím Redakčnej a vydavateľskej rady Čuvash štátna univerzita oni, I. I. Ulyanova
Čuvašská štátna univerzita
1982
Učebnica je určená pre študentov odboru "Elektrotermické inštalácie" vykonávajúcich ročníková práca v sadzbe" Automatické ovládanie elektrotepelné inštalácie“ a diplomový návrh s hĺbkovou štúdiou zdrojov energie pre elektrické odporové pece.
Príručka analyzuje vlastnosti činnosti tyristorových regulátorov striedavého napätia pri práci s inou záťažou. Je popísaný princíp činnosti magnetických zosilňovačov a parametrických zdrojov prúdu. Je uvedený popis konkrétnych riadiacich obvodov napájania.
Rep. redaktor: dr. tech. vedy; Profesor Yu.M. MIRONOV.
Úvod
Kapitola I. Zásady regulácie výkonu elektrických odporových pecí
1.1. Charakteristika elektrickej odporovej pece ako napájacej záťaže
1.2. Spôsoby regulácie výkonu elektrickej odporovej pece
1.2.1. Regulácia napájacieho napätia
1.2.2. Spínanie ohrievačov rúry
1.23. Regulácia výkonu pece zmenou tvaru krivky prúdu
Kapitola 2
2.1. Pracujte pri aktívnom zaťažení
2.2. Prevádzka magnetického zosilňovača na aktívnej indukčnej striedavej záťaži
Kapitola 3
3.1. Princíp fungovania
3.2. Spôsoby regulácie záťažového prúdu
Kapitola 4
4.1. Princíp činnosti regulátora
4.2. Aktívny regulátor zaťaženia
4.3. Analýza s aktívnym indukčným zaťažením
4.4. Zdroj fázových impulzov so záťažou transformátora
4.5. Trojfázové regulátory striedavého napätia
4.6. Riadiace systémy pre jednofázové napájacie zdroje s fázovým impulzom
4.6.1. Funkčné schémy riadiacich systémov
4.6.2. Viackanálové riadiace systémy
4.6.3. Jednokanálové riadiace systémy
4.7 Systém riadenia trojfázového napájania
Kapitola 5
5.1. Režim elektrického zdroja s odporovou záťažou
5.2. Procesy v transformátore pri periodickom zapínaní
5.3. Spôsoby zapnutia záťaže transformátora bez magnetizačných prúdových rázov
5.4. Vlastnosti zapnutia trojfázového transformátora
5.5. Riadiace systémy spínacích regulátorov
5.5.1. Požiadavky na riadiace systémy
5.5.2. Riadiace systémy pre jednofázové spínacie regulátory
5.5.3. Riadiaci systém pulznej šírky so záťažou transformátora
5.5.4. Riadiaci systém trojfázového regulátora
Kapitola 6
6.1. Porovnanie metód regulácie striedavého napätia
6.2. Skupinová prevádzka regulátorov ako spôsob zlepšenia energetickej hospodárnosti
6.3. Optimalizácia metód riadenia pre pulzne-šírkové regulátory pri skupinovej záťaži
6.4. Riadiaci systém pre skupinu pulzno-šírkových regulátorov s rovnomerným intervalovým zaradením
6.5. Zvýšenie koeficientu, výkonu v jednom regulátore striedavého napätia
Úvod
Aby sa teplota v peci udržala konštantná alebo sa menila podľa daného zákona, je potrebné mať možnosť meniť jej výkon v širokom rozsahu. Požiadavky na presnosť regulácie sa v závislosti od technologického procesu vykonávaného v peci značne líšia. Napríklad pri tavení kovov a zahrievaní na plastickú deformáciu sú nízke - prípustné sú teplotné výkyvy ± 25-50 ° C; pri tepelnom spracovaní sa tieto požiadavky sprísňujú, dosahujú až ±10-±5° С.Takúto kvalitu regulácie je možné zabezpečiť dvoj- a trojpolohovou reguláciou.
Technologický postup výroby polovodičových súčiastok, monokryštálov rôzne materiály, tepelné spracovanie skla atď. kladie prísne požiadavky na kvalitu kontroly teploty. Zabezpečiť tak vysoké požiadavky (±0,5-±3°C) na úrovni 1000-1500°C je možné len pri použití riadených bezkontaktných zdrojov na báze magnetických alebo tyristorových zosilňovačov.
Rôznorodosť technologických procesov určuje rozmanitosť zdrojov potravy. Magnetické zosilňovače boli prakticky nahradené tranzistorovými zosilňovačmi, pretože tieto majú vyššiu účinnosť, lepšie dynamické vlastnosti a ukazovatele hmotnosti a veľkosti.
V kontaktných vykurovacích zariadeniach sa používajú parametrické zdroje prúdu, ktorých princíp činnosti je založený na fenoméne rezonancie v trojfázovej sieti.
Výkon v súčasnosti používaných tyristorových zdrojov sa pohybuje od stoviek wattov až po stovky kilowattov. Príručka porovnáva spôsoby ovládania tyristorov, hodnotí oblasti ich použitia.
Cheboksary, vydavateľstvo ChuvGU, 1982
