Regulacija upornosti električne peči. Preučevanje načinov delovanja električne uporovne peči in električnega krmilnega vezja. Različice tiristorjev se med seboj razlikujejo
Regulacija moči uporovnih peči
Obstajata dva bistveno različna pristopa k nadzoru moči:
1) Neprekinjen nadzor, pri katerem se lahko v peč vnese poljubna zahtevana moč.
2) Stopenjska regulacija, pri kateri je mogoče v peč vnesti samo diskretno območje moči.
Prvi zahteva gladko regulacijo napetosti na grelcih. Takšno regulacijo je mogoče izvesti s kakršnimi koli močnostnimi ojačevalniki (generator, tiristorski usmernik, EMU). V praksi so najpogostejši tiristorski napajalniki, zgrajeni po shemi TRN. Takšni regulatorji temeljijo na lastnostih tiristorja, vključenega v vezje. izmenični tok zaporedno z uporom grelca. Tiristorski napajalniki vsebujejo antiparalelno povezane tiristorje, opremljene s SIFU.
 |
Pri drugi metodi se napetost na grelniku spremeni s preklapljanjem v napajalnih tokokrogih peči. Običajno obstajajo 2-3 koraki možne napetosti in moči grelnika. Najpogostejši dvopoložajni način krmiljenja korakov. Po tej metodi je peč priključena na omrežje pri nazivni moči ali popolnoma izključena iz omrežja. Zahtevana vrednost povprečne moči, ki se vnese v peč, se zagotovi s spreminjanjem razmerja med časom vklopa in izklopa.
Povprečna temperatura v peči ustreza povprečni moči, dovedeni v peč. Nenadne spremembe trenutne moči povzročijo temperaturna nihanja okoli povprečne ravni. Velikost teh nihanj je določena z velikostjo odstopanj P MGOV od povprečne vrednosti in velikostjo toplotne vztrajnosti peči. Pri večini splošnih industrijskih pečeh je toplotna vztrajnost tako velika, da temperaturna nihanja zaradi stopenjskega nadzora ne presežejo zahtevane natančnosti vzdrževanja temperature. Strukturno se krmiljenje vklopa in izklopa lahko zagotovi s pomočjo običajnega kontaktorja ali tiristorskega stikala. Tiristorsko stikalo vsebuje antiparalelno
Obstajajo tudi trifazna stikala. Uporabljajo dva bloka protivzporedno povezanih tiristorjev. Napajalna vezja takšnih stikal so zgrajena po naslednji shemi:Obstajajo modifikacije tiristorskih stikal, ki sploh ne uporabljajo kontaktov.
Tiristorska stikala so zanesljivejša od kontaktorjev, lastno in protieksplozijsko varna, tiha pri delovanju in nekoliko dražja.
Stopenjsko krmiljenje ima učinkovitost blizu 1, do M »1.
V. Krilov
Trenutno se tiristorji pogosto uporabljajo v različnih napravah za avtomatsko krmiljenje, signalizacijo in krmiljenje. Tiristor je krmiljena polprevodniška dioda, za katero sta značilni dve stabilni stanji: odprto, ko je neposredni upor tiristorja zelo majhen in je tok v njegovem tokokrogu odvisen predvsem od napetosti vira energije in upora bremena, in zaprto, ko je njegov neposredni upor visok in je tok nekaj miliamperov.
Na sl. 1 prikazuje tipično tokovno-napetostno karakteristiko tiristorja, kjer odsek O A ustreza zaprtemu stanju tiristorja, odsek BV pa ustreza odprtemu stanju.
Pri negativnih napetostih se tiristor obnaša kot običajna dioda (odsek OD).
Če povečate napetost naprej na zaprtem tiristorju s tokom krmilne elektrode, ki je enak nič, se bo tiristor odprl, ko je dosežena vrednost Uon. Takšno preklapljanje tiristorja imenujemo anodno preklapljanje. Delovanje tiristorja je v tem primeru podobno delovanju nenadzorovane polprevodniške štirislojne diode - dinistorja.
Prisotnost krmilne elektrode vam omogoča, da odprete tiristor pri anodni napetosti, manjši od Uincl. Da bi to naredili, je potrebno prenesti krmilni tok Iу vzdolž vezja krmilne elektrode - katoda. Tokovno-napetostna karakteristika tiristorja za ta primer je prikazana na sl. 1 pikčasta črta. Najmanjši krmilni tok, potreben za odpiranje tiristorja, se imenuje usmerjevalni tok Iref. Usmerjevalni tok je močno odvisen od temperature. V referenčnih knjigah je navedena pri določeni anodni napetosti. Če v času krmilnega toka anodni tok preseže vrednost izklopnega toka Ioff, bo tiristor ostal odprt tudi po koncu krmilnega toka; če se to ne zgodi, se bo tiristor znova zaprl.
Z negativno napetostjo na anodi tiristorja dovod napetosti na njegovo krmilno elektrodo ni dovoljen. Prav tako je nesprejemljivo imeti negativno (glede na katodo) napetost na krmilni elektrodi, pri kateri povratni tok krmilne elektrode presega nekaj miliamperov.
Odprti tiristor se lahko pretvori v zaprto stanje, samo z zmanjšanjem njegovega anodnega toka na vrednost, manjšo od Ioff. V napravah z enosmernim tokom se za ta namen uporabljajo posebna vezja za gašenje, v tokokrogu izmeničnega toka pa se tiristor sam zapre v trenutku, ko vrednost anode preide skozi nič.
To je razlog za najbolj razširjeno uporabo tiristorjev v AC tokokrogih. Vsa spodaj obravnavana vezja so pomembna samo za tiristorje, vključene v izmenični tokokrog.
Za zagotovitev zanesljivega delovanja tiristorja mora vir krmilne napetosti izpolnjevati določene zahteve. Na sl. 2 prikazuje ekvivalentno vezje vira krmilne napetosti, sl. 3 je graf, s katerim lahko določite zahteve za njegovo tovorno črto.
Na grafu črti A in B omejujeta območje razpršitve vhodnih tokovno-napetostnih karakteristik tiristorja, ki sta odvisnosti napetosti na krmilni elektrodi Uy od toka te elektrode Iy z odprtim anodnim vezjem. Direct B določa najmanjšo napetost Uу, pri kateri se kateri koli tiristor te vrste odpre pri minimalni temperaturi. Ravna črta G določa najmanjši tok Iy, ki zadostuje za odpiranje katerega koli tiristorja te vrste pri minimalni temperaturi. Vsak določen tiristor se odpre na določeni točki svoje vhodne karakteristike. Osenčeno območje je geometrijsko mesto takšnih točk za vse tiristorje dane vrste, ki izpolnjujejo specifikacije. Ravne črte D in E določajo največje dovoljene vrednosti napetosti Uy oziroma toka Iy, krivulja K pa največjo dovoljeno vrednost razpršene moči na krmilni elektrodi. Obremenitvena črta L vira krmilnega signala je narisana skozi točke, ki določajo napetost odprtega tokokroga vira Eu.xx in njegov tok kratkega stika Iу.kz = Eu.хх/Rintr, kjer je Rintr notranji upor vira vir. Točka S presečišča bremenske črte L z vhodno karakteristiko (krivuljo M) izbranega tiristorja mora biti v območju med osenčenim območjem in črtami A, D, K, E in B.
To območje se imenuje prednostno območje odpiranja. Vodoravna črta H določa najvišjo napetost na regulacijskem prehodu, pri kateri se niti en tiristor te vrste ne odpre pri najvišji dovoljeni temperaturi. Tako ta vrednost, ki je desetinke volta, določa največjo dovoljeno amplitudo interferenčne napetosti v tiristorskem krmilnem vezju.
Po odprtju tiristorja krmilno vezje ne vpliva na njegovo stanje, zato lahko tiristor krmilimo s kratkotrajnimi impulzi (desetine ali stotine mikrosekund), kar omogoča poenostavitev krmilnih vezij in zmanjšanje odpadne moči na krmilno elektrodo. Trajanje impulza pa mora zadostovati, da anodni tok naraste do vrednosti, ki presega izklopni tok Ioff za različne vrste obremenitev in načine delovanja tiristorja.
Relativna preprostost krmilnih naprav za delovanje tiristorjev v izmeničnih tokokrogih je privedla do široke uporabe teh naprav kot krmilnih elementov v napravah za stabilizacijo in regulacijo napetosti. V tem primeru se povprečna vrednost napetosti pri obremenitvi regulira s spremembo trenutka napajanja (to je faze) krmilnega signala glede na začetek pol cikla napajalne napetosti. Frekvenca krmilnih impulzov v takih vezjih mora biti sinhronizirana z omrežno frekvenco.
Obstaja več načinov za krmiljenje tiristorjev, od katerih je treba opozoriti na amplitudo, fazo in fazni impulz.
Metoda nadzora amplitude je v tem, da se na krmilno elektrodo tiristorja dovaja pozitivna napetost, ki se spreminja po velikosti. Tiristor se odpre v trenutku, ko ta napetost postane zadostna za pretok usmerniškega toka skozi krmilni spoj. S spreminjanjem napetosti na krmilni elektrodi lahko spremenite trenutek odpiranja tiristorja. Najenostavnejše vezje regulator napetosti, zgrajen na tem principu, je prikazan na sl. štiri.
Kot krmilna napetost se tu uporablja del anodne napetosti tiristorja, to je napetost pozitivnega polcikla omrežja. Upor R2 spremeni moment odpiranja tiristorja D1 in posledično povprečno vrednost napetosti na bremenu. Ko je upor R2 popolnoma vstavljen, je napetost na bremenu minimalna. Dioda D2 ščiti krmilni prehod tiristorja pred povratno napetostjo. Upoštevati je treba, da krmilno vezje ni neposredno priključeno na omrežje, temveč vzporedno s tiristorjem. To je bilo storjeno z namenom odprt tiristor ranžirali krmilno vezje in preprečili neuporabno disipacijo moči na njegovih elementih.
Glavne pomanjkljivosti obravnavane naprave so močna odvisnost obremenitvene napetosti od temperature in potreba po individualni izbiri uporov za vsak primerek tiristorja. Prvi je razložen s temperaturno odvisnostjo popravljalnega toka tiristorjev, drugi pa z velikim razponom njihovih vhodnih karakteristik. Poleg tega je naprava sposobna nadzorovati moment odpiranja tiristorja samo v prvi polovici pozitivnega polcikla omrežne napetosti.
Krmilna naprava, katere diagram je prikazan na sl. 5, vam omogoča razširitev nadzornega območja na 180 ° in vključitev tiristorja v diagonalo usmerniškega mostu - za regulacijo napetosti pri obremenitvi med obema pol-cikloma omrežne napetosti.
Kondenzator C1 se polni preko uporov R1 in R2 do napetosti, pri kateri skozi krmilni spoj tiristorja teče tok, ki je enak rektifikacijskemu. V tem primeru se tiristor odpre in prehaja tok skozi obremenitev. Zaradi prisotnosti kondenzatorja je napetost na obremenitvi manj odvisna od temperaturnih nihanj, vendar so kljub temu enake pomanjkljivosti te naprave.
Pri fazni metodi krmiljenja tiristorjev z uporabo faznega premičnega mostu se faza krmilne napetosti spremeni glede na napetost na anodi tiristorja. Na sl. 6 prikazuje diagram polvalovnega regulatorja napetosti, v katerem se napetost na obremenitvi spreminja z uporom R2, vključenim v eno od ročic mostu, z diagonale katerega se napetost napaja v krmiljenje prehod tiristorja.
Napetost na vsaki polovici navitja III krmiljenja mora biti približno 10 V. Preostali parametri transformatorja so določeni z napetostjo in močjo bremena. Glavna pomanjkljivost metode faznega krmiljenja je nizka strmina krmilne napetosti, zaradi česar je stabilnost momenta odpiranja tiristorja nizka.
Metoda krmiljenja tiristorja s faznim impulzom se od prejšnje razlikuje po tem, da se za povečanje natančnosti in stabilnosti momenta odpiranja tiristorja na njegovo krmilno elektrodo uporabi napetostni impulz s strmo fronto. Ta metoda je trenutno najbolj razširjena. Sheme, ki izvajajo to metodo, so zelo raznolike.
Na sl. 7 prikazuje diagram ene najpreprostejših naprav z metodo krmiljenja tiristorskega faznega impulza.
S pozitivno napetostjo na anodi tiristorja D3 se kondenzator C1 napolni preko diode D1 in spremenljivega upora R1. Ko napetost na kondenzatorju doseže vklopno napetost dinistorja D2, se odpre in kondenzator se izprazni skozi krmilni spoj tiristorja. Ta impulz praznjenja odpre tiristor D3 in tok začne teči skozi breme. S spreminjanjem polnilnega toka kondenzatorja z uporom R1 je mogoče spremeniti trenutek odpiranja tiristorja znotraj pol cikla omrežne napetosti. Upor R2 odpravlja samoodpiranje tiristorja D3 zaradi tokov uhajanja pri povišanih temperaturah. V skladu s tehničnimi pogoji, ko tiristorji delujejo v stanju pripravljenosti, je namestitev tega upora obvezna. Prikazano na sl. 7, vezje ni našlo široke uporabe zaradi velikega razpona vklopne napetosti dinistorjev, ki doseže do 200%, in znatne odvisnosti vklopne napetosti od temperature.
Ena od vrst fazno-impulzne metode krmiljenja tiristorjev je tako imenovana vertikalna regulacija, ki se trenutno najbolj uporablja. To je v tem, da se na vhodu generatorja impulzov izvede primerjava (slika 8) konstantne napetosti (1) in napetosti, ki se spreminja po velikosti (2). V trenutku izenačitve teh napetosti se ustvari tiristorski krmilni impulz (3). Napetost spremenljive velikosti ima lahko sinusno, trikotno ali žagasto (kot je prikazano na sliki 8) obliko.
Kot je razvidno iz slike, je mogoče spremeniti trenutek pojava krmilnega impulza, to je premik njegove faze, na tri različne načine:
sprememba hitrosti naraščanja izmenične napetosti (2a),
s spremembo njegove začetne ravni (2b) in
s spreminjanjem vrednosti konstantne napetosti (1a).
Na sl. 9 prikazano strukturna shema naprava, ki izvaja vertikalno metodo tiristorskega krmiljenja.
Kot katera koli druga fazno-impulzna krmilna naprava je sestavljena iz fazne prestavne naprave FSU in generatorja impulzov PG. Naprava za fazno premikanje pa vsebuje vhodno napravo VU, ki zaznava krmilno napetost Uy, generator izmenične (v velikosti) napetosti GPN in primerjalno napravo SU. Kot poimenovani elementi se lahko uporabljajo najrazličnejše naprave.
Na sl. 10 je podano shema vezja tiristorske krmilne naprave (D5), povezane zaporedno z mostnim usmernikom (D1 - D4).
Napravo sestavljajo generator žagaste napetosti s tranzistorskim stikalom (T1), Schmittovim prožilom (T2, T3) in ojačevalnikom izhodnega ključa (T4). Pod delovanjem napetosti, odstranjene iz sinhronizacijskega navitja III transformatorja Tr1, je tranzistor T1 zaprt. V tem primeru se kondenzator C1 polni preko uporov R3 in R4. Napetost na kondenzatorju narašča vzdolž eksponentne krivulje, katere začetni odsek se z določenim približkom lahko šteje za pravokoten (2, glej sliko 8).
V tem primeru je tranzistor T2 zaprt, T3 pa odprt. Emiterski tok tranzistorja T3 ustvarja padec napetosti na uporu R6, ki določa nivo delovanja Schmittovega sprožilca (1 na sliki 8). Vsota napetosti na uporu R6 in odprtem tranzistorju T3 je manjša od napetosti na zener diodi D10, zato je tranzistor T4 zaprt. Ko napetost na kondenzatorju C1 doseže Schmittov sprožilni nivo, se tranzistor T2 odpre in T3 zapre. Istočasno se odpre tranzistor T4 in na uporu R10 se pojavi napetostni impulz, ki odpre tiristor D5 (impulz 3 na sliki 8). Na koncu vsakega polcikla omrežne napetosti se tranzistor T1 odpre s tokom, ki teče skozi upor R2. Kondenzator C1 se izprazni skoraj na nič in krmilna naprava se vrne v prvotno stanje. Tiristor se zapre v trenutku, ko amplituda anodnega toka preide skozi nič. Z začetkom naslednjega polcikla se cikel delovanja naprave ponovi.
S spreminjanjem upora upora R3 je mogoče spremeniti polnilni tok kondenzatorja C1, to je hitrost dviga napetosti na njem in s tem trenutek pojava odpiralnega tiristorskega impulza. Z zamenjavo upora R3 s tranzistorjem lahko samodejno prilagodite napetost na bremenu. Tako ta naprava uporablja prvo od zgornjih metod premikanja faze krmilnih impulzov.
Rahla sprememba v vezju, prikazanem na sl. 11 omogoča pridobitev regulacije po drugi metodi. V tem primeru se kondenzator C1 polni preko konstantnega upora R4 in stopnja naraščanja žagaste napetosti je v vseh primerih enaka. Ko pa se tranzistor T1 odpre, se kondenzator ne izprazni na nič, kot v prejšnji napravi, ampak na krmilno napetost Uy.
Posledično se bo polnjenje kondenzatorja v naslednjem ciklu začelo od te ravni. S spreminjanjem napetosti Uy se regulira trenutek odpiranja tiristorja. Dioda D11 odklopi vir krmilne napetosti od kondenzatorja med njegovim polnjenjem.
Izhodna stopnja na tranzistorju T4 zagotavlja potreben tokovni dobiček. Z uporabo impulznega transformatorja kot obremenitve lahko hkrati krmilite več tiristorjev.
V obravnavanih krmilnih napravah se napetost uporablja za krmilni prehod tiristorja za čas od trenutka enakosti konstantne in žagaste napetosti do konca polcikla omrežne napetosti, to je do v trenutku, ko se kondenzator C1 izprazni. Trajanje krmilnega impulza lahko zmanjšate tako, da vklopite diferencialno vezje na vhodu tokovnega ojačevalnika, izdelanega na tranzistorju T4 (glej sliko 10).
Ena od variant vertikalne tiristorske regulacijske metode je številčno impulzna metoda. Njegova posebnost je v tem, da se na krmilno elektrodo tiristorja ne nanaša en impulz, temveč paket kratkih impulzov. Trajanje izbruha je enako trajanju krmilnega impulza, prikazanega na sl. osem.
Hitrost ponavljanja impulza v izbruhu je določena s parametri impulznega generatorja. Metoda krmiljenja s številčnimi impulzi zagotavlja zanesljivo odpiranje tiristorja za katero koli vrsto obremenitve in vam omogoča zmanjšanje razpršene moči pri krmilnem prehodu tiristorja. Poleg tega, če je na izhodu naprave vključen impulzni transformator, je mogoče zmanjšati njegovo velikost in poenostaviti zasnovo.
Na sl. 12 prikazuje diagram krmilne naprave z metodo številčnega impulza.
Kot primerjalno vozlišče in generator impulzov se tukaj uporablja uravnotežen diodno-regenerativni primerjalnik, sestavljen iz primerjalnega vezja na diodah D10, D11 in samega blokirnega generatorja, sestavljenega na tranzistorju T2. Diode D10, D11 krmilijo povratno vezje blokirnega oscilatorja.
Kot v prejšnjih primerih, ko je tranzistor T1 zaprt, se začne polnjenje kondenzatorja C1 skozi upor R3. Dioda D11 je odprta z napetostjo Uy, dioda D10 pa zaprta. Tako je pozitivno povratno navitje IIa blokirnega oscilatorja odprto, negativno povratno navitje IIb pa zaprto in tranzistor T2 zaprt. Ko napetost na kondenzatorju C1 doseže napetost Uy, se dioda D11 zapre in D10 odpre. Pozitivno povratno vezje bo zaprto in blokirni generator bo začel ustvarjati impulze, ki se bodo napajali iz navitja I transformatorja Tr2 na krmilni prehod tiristorja. Generiranje impulzov se bo nadaljevalo do konca polovice cikla omrežne napetosti, ko se odpre tranzistor T1 in se kondenzator C1 izprazni. Dioda D10 se bo nato zaprla, D11 pa odprla, proces blokiranja se bo ustavil in naprava se bo vrnila v prvotno stanje. S spreminjanjem krmilne napetosti Uy je mogoče spremeniti trenutek začetka generiranja glede na začetek pol-cikla in posledično trenutek odpiranja tiristorja. Tako se v tem primeru uporablja tretja metoda premikanja faze krmilnih impulzov.
Uporaba uravnoteženega vezja primerjalnega vozlišča zagotavlja temperaturno stabilnost njegovega delovanja. Silicijeve diode D10 in D11 z nizkim povratnim tokom vam omogočajo visoko vhodna impedanca primerjalno vozlišče (približno 1 Mohm). Zato praktično ne vpliva na proces polnjenja kondenzatorja C1. Občutljivost vozlišča je zelo visoka in znaša nekaj milivoltov. Upori R6, R8, R9 in kondenzator C3 določajo temperaturno stabilnost delovne točke tranzistorja T2. Upor R7 služi za omejevanje kolektorskega toka tega tranzistorja in izboljšanje oblike impulza blokirnega oscilatorja. Dioda D13 omejuje udarno napetost na kolektorskem navitju III transformatorja Tr2, ki se pojavi, ko je tranzistor zaprt. Impulzni transformator Tr2 je mogoče izdelati na feritnem obroču 1000NN velikosti K15X6X4,5. Navitja I in III vsebujejo po 75, navitja II a in II b pa 50 obratov žice PEV-2 po 0,1.
Pomanjkljivost te krmilne naprave je relativna nizka frekvenca ponavljanje impulza (približno 2 kHz s trajanjem impulza 15 mikrosekund). Frekvenco lahko povečate na primer z zmanjšanjem upora upora R4, skozi katerega se izprazni kondenzator C2, hkrati pa je temperaturna stabilnost občutljivosti primerjalnega vozlišča nekoliko slabša.
Metoda tiristorskega krmiljenja s številčnimi impulzi se lahko uporablja tudi v zgoraj obravnavanih napravah (sliki 10 in 11), saj z določeno izbiro elementov ocen (C1, R4-R10, glej sliko 10) Schmittov sprožilec, ko napetost na kondenzatorju C1 presega nivo sprožilca, ne ustvari enega samega impulza, temveč zaporedje impulzov. Njihovo trajanje in hitrost ponavljanja določajo parametri in način proženja. Takšno napravo so poimenovali "razelektritveni multivibrator".
Na koncu je treba opozoriti, da je mogoče z enosmernimi tranzistorji doseči znatno poenostavitev vezja tiristorskih krmilnih naprav ob ohranjanju visokokakovostnih kazalnikov.
Moč sodobnih električnih uporovnih peči se giblje od sto vatov do nekaj megavatov.
Peči z močjo nad 20 kW so trifazne z enakomerno porazdelitvijo obremenitve po fazah in so priključene na omrežja 220, 380, 660 V neposredno ali prek transformatorjev peči (ali avtotransformatorjev).
Električna oprema, ki se uporablja v elektrouporovnih pečeh, vključuje 3 skupine: močnostna električna oprema, krmilna oprema in instrumentacija (KIP).
Električna oprema vključuje
Močnostni padajoči transformatorji in prilagoditveni avtotransformatorji,
Napajalni električni pogoni pomožnih mehanizmov,
Preklopna in zaščitna oprema.
Krmilna oprema vključuje kompletne krmilne postaje s stikalno opremo. Stikala, gumbi, releji, končna stikala, elektromagnetni zaganjalniki, releji se uporabljajo v običajnem dizajnu.
Instrumentacija vključuje naprave (naprave) za nadzor, merjenje in signalizacijo. Običajno nameščen na ščit. Vsaka uporovna peč mora biti opremljena s pirometričnimi materiali. Pri majhnih, nekritičnih pečicah je to lahko termočlen z indikatorsko napravo, pri večini industrijskih pečic je avtomatska regulacija temperature obvezna. Izvaja se z instrumenti, ki beležijo temperaturo peči.
Večina električnih uporovnih peči ne potrebuje močnostnih transformatorjev.
Regulacijski transformatorji in avtotransformatorji se uporabljajo, kadar je peč izdelana z grelnimi elementi, ki spreminjajo svoj upor glede na temperaturo (volfram, grafit, molibden), za napajanje solnih kopeli in neposrednih ogrevalnih naprav.
Vse industrijske uporovne peči delujejo v načinu samodejnega nadzora temperature. Nadzor delovne temperature v električna pečica odpornost nastane s spreminjanjem vhodne moči.
Regulacija moči, dovedene v peč, je možna diskretno in kontinuirano.
pri diskretna regulacija je možna na naslednje načine:
Periodični priklop in izklop električne uporovne grelne peči na omrežje (dvostopenjska regulacija);
Preklop grelnih elementov peči iz "zvezde" v "trikotnik" ali iz serijske povezave v vzporedno (tristopenjska regulacija).
Najpogosteje uporabljena on-off regulacija, saj je metoda preprosta in vam omogoča avtomatizacijo procesa.
Po tej metodi je peč priključena na omrežje pri nazivni moči ali popolnoma izključena iz omrežja. Zahtevana vrednost povprečne moči, ki se vnese v peč, se zagotovi s spreminjanjem razmerja med časom vklopa in izklopa.
Povprečna temperatura v peči ustreza povprečni moči, dovedeni v peč. Nenadne spremembe trenutne moči povzročijo temperaturna nihanja okoli povprečne ravni. Strukturno se krmiljenje vklopa in izklopa lahko zagotovi s pomočjo običajnega kontaktorja ali tiristorskega stikala. Tiristorsko stikalo vsebuje tiristorje, povezane protiparalelno z a=0.
pri neprekinjeno regulacijo, pride do gladke regulacije napetosti na grelcih. Takšno regulacijo je mogoče izvesti s kakršnimi koli močnostnimi ojačevalniki. V praksi so najpogostejši tiristorski regulatorji napetosti. Tiristorski napajalniki vsebujejo antiparalelno povezane tiristorje, opremljene s SIFU.
Tiristorski napajalniki imajo visoko učinkovitost (do 98%).
Napajalni bloki
Za krmiljenje peči ponujamo vrsto napajalnih enot, integriranih z mikroprocesorskim PID regulatorjem temperature
THERMOLUX-011. Napajalni bloki so dobavljeni v popolnoma pripravljeni obliki, zahtevajo le priklop na električno omrežje in na peč (grelnike). Napajalni bloki so zgrajeni na osnovi optotiristorskih modulov tipa MTOTO ali tiristorskih modulov tipa MTT razreda najmanj 10. Krmiljenje se izvaja brez dodatnih naprav kot so FIM, FIM, BUS, BUT bloki - krmilnik takoj prenaša signal na aktuator (tiristor, triak, optotiristor, optosimistor).
Bloki so majhni po velikosti in teži, lahko jih namestite kjer koli v bližini peči. Bloki so pobarvani s prašno barvo, v blok je vgrajen hladilni ventilator.
Vrste napajalnih blokov
| vrsta bloka | Faza 1P/3P | Vrsta povezave obremenitve | Največji tok na fazo |
| 1F-25A | 1F | Y/Δ | 25A |
| 1F-40A | 1F | Y/Δ | 40A |
| 1F-63A | 1F | Y/Δ | 63A |
| 1F-80A | 1F | Y/Δ | 80A |
| 1F - 125A | 1F | Y/Δ | 125A |
| 1F - 160A | 1F | Y/Δ | 160A |
| 1F - 250A | 1F | Y/Δ | 250A |
| 1F - 400A | 1F | Y/Δ | 400A |
| 1F - 630A | 1F | Y/Δ | 630A |
| 3F-25A | 3F | Y/Δ | 25A |
| 3F-40A | 3F | Y/Δ | 40A |
| 3F-63A | 3F | Y/Δ | 63A |
| 3F-80A | 3F | Y/Δ | 80A |
| 3F - 125A | 3F | Y/Δ | 125A |
| 3F - 160A | 3F | Y/Δ | 160A |
| 3F - 250A | 3F | Y/Δ | 250A |
| 3F - 400A | 3F | Y/Δ | 400A |
| 3F - 630A | 3F | Y/Δ | 630A |
V napajalnih tokokrogih je dovoljena samo povezava "odprt trikot". Napajalne bloke je mogoče izdelati tudi za dvofazno obremenitev v primerih kot standardna velikost, in z dimenzijami po želji kupca.
Mikroprocesorski PID regulatorji temperature "Termolux"
Vsa naša elektrotermična oprema je opremljena s krmilnikom Thermolux-011 ali Thermolux-021, razen če ni drugače dogovorjeno z naročnikom opreme.
Kratke značilnosti in glavne prednosti krmilnika "Thermolux" - 011:
Glavne prednosti krmilnika Thermolux določa dejstvo, da je bil ta krmilnik razvit kot specializirana naprava posebej za krmiljenje uporovnih peči. Naprava je zasnovana za delo s katero koli vrsto grelnikov - tako s statično odvisnostjo upornosti od temperature (grelci z žico in silicijevim karbidom), kot z zmanjšanjem (grelniki iz lantanovega kromita) in naraščanjem (molibdenov disilicid, molibden, volfram). Naprava izvaja fazno impulzno metodo krmiljenja moči (PPM), ki se dovaja grelnikom peči, kar omogoča povečajte vir grelnikov za 30% v primerjavi z metodo krmiljenja moči s pulzno širinsko modulacijo (PWM), ki je implementirana v vseh ostalih PID regulatorjih na trgu.
Metoda krmiljenja FIM omogoča doseganje nemotenega napajanja, odpravljanje ostrih temperaturnih nihanj na samem grelniku in vam omogoča tudi natančnejši nadzor temperature v primerjavi z metodo modulacije širine impulza (PWM).
Naprava Thermolux napaja grelec 100-krat na sekundo, zaradi česar se grelec gladko segreje in nima časa, da se ohladi, preden se vklopi naslednji tok. Hkrati grelniki ne doživljajo dodatnih obremenitev in delujejo v zelo mehkem načinu, kar prispeva k podaljšanju življenjske dobe.
Skoraj vsi drugi programabilni krmilniki delujejo po metodi pulzno-širinske modulacije (PWM), pri kateri se napajanje napaja po shemi "popolnoma odprto / popolnoma zaprto"; hkrati pa grelniku takoj dovaja 100% moči. V tem načinu delovanja grelniki doživljajo redke močne udarce, oziroma se življenjska doba grelnika skrajša.
Krmiljenje se izvaja brez kakršnih koli dodatnih naprav, kot so bloki FIM, FMU, BUS, BUT - krmilnik takoj posreduje signal aktuatorju (tiristor, sevenistor, optotiristor, optosemistor), ne glede na vrsto bremena - enofazno ali trifazno. , povezovalna shema obremenitve "zvezda" ali "trikotnik". Izbiro vrste obremenitve opravi operater programsko, z zaslona krmilnika, brez fizičnih dejanj in brez nameščanja dodatnih naprav.
Naprave imajo izhod vodila RS-232 za povezavo naprav z računalnikom, kar vam omogoča, da na zaslonu dobite graf procesa ogrevanja in hlajenja v realnem času.
Naprava omogoča nadzor procesa toplotne obdelave preko osebnega računalnika, shranjevanje podatkov, tako v tabelarični kot grafični obliki. Tabelarične podatke v tem primeru lahko prevedemo v format EXCEL z možnostjo naknadnega urejanja.
Graf procesa v realnem času
Vse naprave imajo možnost nastavitve s strani operaterja 16 različnih programov za segrevanje-zadrževanje-hlajenje peči, od katerih je vsak (program) sestavljen iz 10 poljubnih točk v časovno-temperaturnih koordinatah. Naprava ima prilagodljiv algoritem krmiljenja - sama naprava avtomatski način nenehno pregleduje sistem peč + obremenitev in določa potrebne koeficiente sistema, brez sodelovanja operaterja. Zaradi prisotnosti prilagodljivega algoritma lahko napravo uporabljate na kateri koli peči brez ponovne konfiguracije.
Krmilnik toplotnih procesov "Termolux" ima naslednje značilnosti:
- diskretnost nastavitve temperature - 1 ° С;
- diskretna nastavitev časa - 1 minuta;
- možnost nastavitve neomejenega časa za vzdrževanje končne temperature;
- ločljivost merjenja temperature - 0,1 g C;
- nadzor prekinitve termočlena;
- prisotnost ročnega načina nadzora moči;
- možnost omejitve izhodne moči;
- možnost omejitve najvišje temperature predmeta;
- sposobnost dela s katerim koli termočlenom, vključno z VR IR v celotnem območju delovnih temperatur termočlena. Programabilen prehod z ene vrste termočlena na drugo z zaslona instrumenta;
- sposobnost dela s pirometrom namesto s termočlenom;
- lokacija senzorja za temperaturno kompenzacijo na bloku kabla termoelementa naprave, kar omogoča, da se izognete potrebi po uporabi žic za temperaturno kompenzacijo;
- možnost snemanja ciklogramov na osebnem računalniku;
- možnost nastavitve programa in spreminjanja parametrov iz osebnega računalnika
Krmilnik "Thermolux"-021
Pri krmiljenju peči z grelci, ki imajo naraščajočo temperaturno odvisnost upora (disilicidno-molibdenovi grelniki, molibden, volfram), to je z zelo nizko upornostjo pri sobni temperaturi, grelniki pri nizke temperature porabijo zelo velik tok, ki znatno presega kritična vrednost grelni tok. Če tok ni omejen na tak ali drugačen način, bo to neizogibno povzročilo odpoved grelnikov. Na splošno je tok omejen z namestitvijo dodatnih močnih in dragih naprav za omejevanje toka v krmilno enoto peči. napravo "Thermolux"-021 vam omogoča izgradnjo sistema za nadzor ogrevanja za takšne peči brez namestitve naprav za omejevanje toka.
Poleg vseh funkcij krmilnika "Thermolux"-011 v krmilniku "Thermolux"-021, izvedena je možnost neprekinjenega merjenja toka, ki se dovaja bremenu (organizirana je tokovna povratna informacija). To vam omogoča, da programsko omejite največji tok skozi grelnike. Krmilnik "upošteva" to omejitev pri napajanju grelnikov in ne dovoli, da bi tok presegel vrednost, ki jo nastavi operater, s čimer zagotavlja delovanje grelnikov v varnem načinu. Vendar pa pogosto naprava "Thermolux"-021 vam omogoča, da zavrnete uporabo transformatorjev z ročno preklopnimi navitji in včasih celo popolnoma opustite uporabo transformatorjev, kar vodi do znatnega znižanja stroškov opreme.
Naprave « Thermolux" - 011 in "Thermolux"-021 certificiran s strani Zvezne agencije za tehnični nadzor in meroslovje kot "MERILEC-REGULATOR" temperature, certifikat RU.C.32.010.A N 22994, registriran v državnem registru merilnih instrumentov pod N 30932-06.
Sistem za nadzor peči
Vse upravljanje tehnološki proces izvaja operater z zaslona na dotik industrijskega računalnika.Vso krmiljenje peči izvaja avtomatski krmilni sistem zgrajen na osnovi industrijskega računalnika. Industrijski računalnik je opremljen s 17-palčnim zaslonom na dotik (Touch-Pad Type), na katerem so prikazane vse informacije o procesu. V glavnem načinu je na zaslonu prikazan mnemonični diagram krmiljenja peči.
Ogrevanje je krmiljeno z mikroprocesorskim PID regulatorjem "Thermolux-021"
Krmilniki « TERMODAT"
Glavne prednosti te naprave vključujejo:
- prisotnost velikega zaslona;
- vizualni prikaz informacij in tehničnega procesa;
- prisotnost vgrajenega pomnilnika za arhiviranje podatkov o tehničnih procesih;
- večkanalni - možnost nadzora več neodvisnih območij peči z eno napravo.
Slabosti naprave vključujejo:
- način krmiljenja moči - rele ali PWM (impulzna širinska modulacija);
- potreba po namestitvi dodatnih naprav v napajalno enoto:
- za krmiljenje peči po metodi FIM je potrebno namestiti drage tiristorske krmilnike tipa Zvel;
- za krmiljenje metode PWM je potrebno namestiti vmesno tiristorsko krmilno enoto tipa BUT-3.
- potreba po namestitvi dodatne naprave za omejevanje toka v napajalni enoti pri delu s pečmi z grelniki iz disilicid-molibdena, molibdena, volframa.
«
Thermodat-16E5 »
- enokanalni programski PID regulator temperature in elektronski zapisovalnik s 3,5" grafičnim zaslonom. Naprava ima univerzalni vhod za priklop termočlenov ali termičnih uporov ter senzorjev s tokovnim izhodom. Ločljivost 1°С ali 0,1° S nastavi uporabnik.Upravlja lahko tako grelec kot hladilnik.Intuitiven nadzor zagotavljajo 4 gumbi na dnu zaslona.
Značilnosti:
- PID regulator
- Elektronski snemalnik
- Grafični prikaz
- Regulacija programa
- Zakon krmiljenja PID, avtomatska nastavitev ojačanja
- Univerzalni vhod
- Logični (diskretni) vhod
- Izhodi: rele, triak, tranzistor, analogni
- Vmesnik za komunikacijo z računalnikom RS485
- Alarm
- Robustno kovinsko ohišje, velikost 1/4 DIN (96x96x82mm)
Ustvarjeno za:
- Zamenjave za zastarele zapisovalnike
- Regulacija temperature po danem programu
- Merjenje in registracija temperature
- alarm v sili
Poleg zgoraj opisanih krmilnih naprav vam po naročilu naročnika vgradimo še poljubno napravo.
pirometri
To je idealna naprava za brezkontaktno merjenje temperature v industriji, transportu in javnih službah. Pirometri "Kelvin" zagotavljajo visoko natančno on-line kontrolo temperature, pa tudi možnost krmiljenja peči na tem signalu v območju od -40 do 2200 ° C na mestih, kjer je namestitev termoelementa iz kakršnega koli razloga težavna, kot tudi v temperaturnem območju, ki presega meritve termočlenov, na težko dostopnih mestih.
Tehnični podatki:
- Območje merjenja temperature: -40…+2200°С
- Temperaturno območje delovanja: -40°…+70°С
- Merilna napaka: 1%+1°С
- Čas merjenja: 0,15 sek
- Ločljivost: 1°C
- Vidno razmerje: 1:200
- Območje nastavitve emisivnosti: 0,01 ... 1,00
- Spektralno območje: 1,0 - 1,6 µm
- Izhodni digitalni vmesnik: RS232 9600 baud
- Standardna dolžina komunikacijske linije senzor-krmilnik: 3 m (največja dolžina: 20 m)
- Dimenzije daljinskega upravljalnika: 120x120x60mm
- Stopnja zaščite pred prahom in vlago: IP65
Ampermetri « OMIX »
Serija enofaznih/trifaznih ampermetrov Omix je izdelana v kakovostnih plastičnih ohišjih, z enim ali tremi LED indikatorji za prikaz izmerjenih vrednosti toka.
Lastnosti naprave:
Neposredna povezava - 0 ... 10 A
Preko standardnega CT - 0…1 MA
- Natančnost meritev
0,5 %+1 u.m.r.
- Hitrost merjenja
3 meri/s.
- Napajalna napetost
U hišni ljubljenček. = 220 V
Pogoji delovanja-15…+50 o S
Voltmetri « OMIX »
Serija enofaznih/trifaznih voltmetrov Omix je izdelana v kakovostnem plastičnem ohišju, z enim ali tremi LED indikatorji za prikaz izmerjenih vrednosti napetosti.
Lastnosti naprave:
- Območje merjenja napetosti
Neposredna povezava - 0…500 V
Preko standardnega VT – 0…380 kV
- Natančnost meritev
0,5 %+1 u.m.r.
- Hitrost merjenja
3 meri/s
- Napajalna napetost
U hišni ljubljenček. = 220 V
- Pogoji delovanja
15…+50 o С
Tiristorski regulatorji napetosti "ZVEL"
Namenjen za vgradnjo v električne omarice. Linija regulatorjev je zasnovana za trifazno obremenitev s tokom do 1000 A. Ima enofazno / trifazno zasnovo.
Za funkcionalnost regulatorjev ZVEL je značilna prisotnost servisnih funkcij:
- zaslon s tekočimi kristali z indikacijo obremenitvenih tokov, nastavitvenega signala in kod napak;
- funkcija omejitve toka;
- tipkovnica za programiranje nastavitev;
- elektronska zaščita pred kratkim stikom, preobremenitvijo in pregrevanjem;
- samodejna diagnostika okvare tiristorjev;
- nadzor povezave tovora;
- zaščita pred poškodbami v bremenu (tokovno neuravnoteženost);
- izguba faze ali "lepljenje" faz;
- metode nadzora moči - fazno-impulzni ali preskočni periodi (programabilni);
Ojačevalnik "U13M"
Zasnovan za krmiljenje moči električnega bremena v enofaznih AC tokokrogih (za trifazno breme so potrebne tri naprave) zaradi fazno-impulzne modulacije (PPM) iz analognih vhodnih signalov. Naprava ima povratno informacijo o omrežni napetosti, kar omogoča zelo natančno prilagajanje moči pri bremenu.
Značilnost:
- Pretvori vhodni enosmerni signal (enosmerna napetost) v izhodno moč (fazno-pulzno krmiljenje);
- Oblikovanje režima prepovedi vklopa tiristorjev;
- Zagotavljanje linearne odvisnosti vrednosti izhodne moči, dodeljene obremenitvi, od vrednosti vhodnega signala. Za nadzor velike moči je mogoče priključiti zunanji blok močnih tiristorjev;
- Galvanska ločitev vhodnih in izhodnih signalov
Termoelementi
Termoelektrični pretvorniki (termoelementi) - naprava za merjenje temperature v komori peči. Predstavlja 2 spajkani skupaj z enega konca žice različnih kemična sestava. V tem primeru morajo biti nespajkani konci zunaj komore (v hladnem območjue), ampak spoj v komori (v vročem območju).Podjetje Thermoceramics proizvajatermoelementi različnih dolžin naslednjih vrst:
- THA - krom alumel
- TVR - volfram-renij
- CCI - platina-platina
- TPR - platinarodij-platinarodij
| znamka | Tip | Material 1 | Material 2 | Temperatura uporabe, o C | Opomba |
| THA 0292 | Za |
Kromirana zlitina (Ni-90,5, Cr-9,5%) |
Alloy Alumel (Ni-94.5, Al-5.5, Si, Mn, Co) | 0-1300 | |
| CCI 0392 | S |
Zlitina platina-rodij (Pt-87%, Rh-13%) |
platina (Pt) | 0-1400 | |
| TPR 0392 | AT |
Zlitina platina-rodij (Pt-70%, Rh-30%) |
Zlitina platina-rodij (Pt-94%, Rh-6%) | 600-1800 | |
| TVR 0392 | A1 |
Zlitina volfram-renij (W-95%, Re-5%) |
Zlitina volfram-renij (W-80%, Re-20%) | 0-2200 v neoksidacijskih okoljih
Kompenzacijske žice (termočlenske žice, termočlenske žice) se uporabljajo za priključitev termoelektričnih pretvornikov (termočlenov) na merilni instrumenti in pretvorniki, da se zmanjša merilna napaka. Ker se žice termoelementov uporabljajo za podaljšanje vodnikov termoelektričnih pretvornikov (termoelementov), jih imenujemo podaljške termoelektrod.
|
V električnih uporovnih pečeh se v veliki večini primerov najpreprostejša oblika nadzor temperature - dvopoložajna regulacija, v katerem ima izvršilni element krmilnega sistema - kontaktor le dva skrajna položaja: "vklopljeno" in "izklopljeno".
Ko je vklopljena, se temperatura peči dvigne, saj je njena moč vedno izbrana z rezervo, ustrezna stacionarna temperatura pa znatno presega njeno delovno temperaturo. Ko je izklopljen, se temperatura peči znižuje po eksponentni krivulji.
Za idealiziran primer, ko v sistemu krmilnik-peč ni dinamične zakasnitve, je delovanje krmilnika za vklop in izklop prikazano na sliki 2. 1, v katerem je v zgornjem delu podana odvisnost temperature peči od časa, v spodnjem delu pa ustrezna sprememba njegove moči.
riž. 1. Idealizirana shema delovanja dvopoložajnega regulatorja temperature
Ko se peč segreje, bo njena moč sprva konstantna in enaka nazivni, zato se bo njena temperatura dvignila do točke 1, ko bo dosegla vrednost t set + ∆ t1. V tem trenutku bo regulator deloval, kontaktor bo izklopil peč in njegova moč bo padla na nič. Posledično se bo temperatura peči začela zniževati po krivulji 1-2, dokler ne bo dosežena spodnja meja mrtve cone. V tem trenutku se bo peč ponovno vklopila in njena temperatura se bo ponovno začela povečevati.
Tako je postopek uravnavanja temperature peči po načelu vklopa in izklopa sestavljen iz spreminjanja vzdolž žagaste krivulje okoli dane vrednosti v intervalih +∆ t1, -∆t1 določena z mrtvim območjem regulatorja.
Povprečna moč peči je odvisna od razmerja časovnih intervalov njenega vklopljenega in izklopljenega stanja. S segrevanjem in obremenitvijo peči bo krivulja ogrevanja peči bolj strma, krivulja hlajenja peči pa bo bolj položna, zato se bo razmerje ciklov zmanjšalo, posledično pa bo padla tudi povprečna moč Рav.
Z nadzorom vklopa in izklopa je povprečna moč pečice vedno prilagojena moči, ki je potrebna za vzdrževanje stalne temperature. Mrtva cona sodobnih termostatov je lahko zelo majhna in se dvigne na 0,1-0,2 °C. Vendar pa so lahko dejanska nihanja temperature peči mnogokrat večja zaradi dinamičnega zamika v sistemu krmilnik-peč.
Glavni vir te zakasnitve je vztrajnost senzorja termočlena, zlasti če je opremljen z dvema zaščitnima pokrovoma, keramičnim in kovinskim. Večja kot je ta zakasnitev, bolj nihanje temperature grelnika presega mrtvo cono regulatorja. Poleg tega so amplitude teh nihanj zelo odvisne od presežne moči peči. Bolj kot moč vklopa peči presega povprečno moč, večja so ta nihanja.
Občutljivost sodobnih avtomatskih potenciometrov je zelo visoka in lahko izpolni vse zahteve. Nasprotno, vztrajnost senzorja je velika. Torej ima standardni termočlen v porcelanasti konici z zaščitnim pokrovom zakasnitev približno 20-60 s. Zato se v primerih, ko so temperaturna nihanja nesprejemljiva, kot senzorji uporabljajo nezaščiteni odprti termoelementi. Vendar to ni vedno mogoče zaradi možnih mehanskih poškodb senzorja, pa tudi uhajanja tokov, ki vstopajo v naprave skozi termoelement, kar povzroči njihovo okvaro.
Zmanjšanje rezerve moči je možno doseči, če peči ne prižigamo in izklapljamo, ampak preklopimo z ene stopnje moči na drugo, pri čemer naj bo najvišja stopnja le malo večja od moči, ki jo peč porabi, nižja pa ena - nekoliko manj. V tem primeru bodo krivulje ogrevanja in hlajenja peči zelo ravne in temperatura skorajda ne bo presegla mrtve cone naprave.
Za izvedbo takšnega preklopa z ene stopnje moči na drugo je potrebno imeti možnost gladke ali stopenjske regulacije moči peči. Takšna ureditev se lahko izvaja na naslednje načine:
1) preklop grelnikov peči, na primer iz "trikotnika" v "zvezdo". Takšna zelo groba regulacija je povezana s kršitvijo enakomernosti temperature in se uporablja samo v gospodinjskih električnih grelnikih,
2) vključitev v serijo s pečjo nastavljivega aktivnega ali reaktivnega upora. Ta metoda je povezana z zelo velikimi izgubami energije ali zmanjšanjem faktorja moči naprave,
3) napajanje peči preko regulacijskega transformatorja ali avtotransformatorja s preklopom peči na različne napetostne nivoje. Tudi tu je regulacija stopenjska in razmeroma groba, saj je napajalna napetost regulirana, moč peči pa je sorazmerna s kvadratom te napetosti. Poleg tega pride do dodatnih izgub (v transformatorju) in zmanjšanja faktorja moči,
4) fazna regulacija z uporabo polprevodniških naprav. V tem primeru se peč napaja preko tiristorjev, katerih preklopni kot spreminja krmilni sistem. Na ta način je mogoče doseči gladko regulacijo moči peči v širokem razponu skoraj brez dodatnih izgub z uporabo zveznih metod regulacije - proporcionalno, integralno, proporcionalno-integralno. V skladu s temi metodami se morata za vsak trenutek ujemati moč, ki jo absorbira peč, in moč, sproščena v peči.
Najučinkovitejša od vseh metod regulacije temperaturni režim v električnih pečicah - regulacija impulza s pomočjo tiristorskih regulatorjev.
Postopek impulznega krmiljenja moči peči je prikazan na sl. 2. Pogostost delovanja tiristorjev je izbrana glede na toplotno vztrajnost električne uporovne peči.
riž. 2. Tiristorski preklopni regulator temperature električna uporovna peč
Obstajajo tri glavne metode nadzora impulzov:
Regulacija impulza pri preklopni frekvenci - f k \u003d 2f s (kjer je f s frekvenca napajalnega omrežnega toka) s spremembo sprožilnega momenta tiristorja se imenuje fazni impulz ali faza (krivulje 1),
Impulzno krmiljenje s povečano preklopno frekvenco f do
Impulzna regulacija z zmanjšano preklopno frekvenco f na f c (krivulje 3).
