Автоматизація керування електричною піччю. Open Library - відкрита бібліотека навчальної інформації Загальні принципи управління

Існує два принципово різних підходи до управління потужністю:

Безперервне керування, при якому в піч можна ввести будь-яку необхідну потужність.

Ступінчасте керування, при якому в піч можна вводити лише дискретний ряд потужностей.

Перший потребує плавного регулювання напруги на нагрівачах. Таке регулювання може бути здійснено за допомогою будь-якого різновиду силових підсилювачів (генератор, тиристорний випрямляч, ЕМП). На практиці найбільш поширені тиристорні джерела живлення, побудовані за схемою ТРН Такі регулятори ґрунтуються на властивостях тиристори, включеного в ланцюг. змінного струмупослідовно з активним опором нагрівача. Тиристорні джерела живлення містять зустрічно-паралельно з'єднані тиристори, забезпечені СІФУ.

Кут управління , а отже, і ефективна напруга на навантаженні залежить від зовнішньої напруги, що подається на джерело. Для зниження впливу відключення напруги живлення на тепловий режим печі тиристорних джерел живлення зазвичай передбачають негативний зворотний зв'язок по вихідній напругі. Тиристорні джерела живлення мають високий ККД (до 98%). Коефіцієнт потужності залежить від глибини регулювання вихідної напруги лінійно, при вугіллі  менше 0 – до М =1, при  = 180 до М = 0. Коефіцієнт потужності визначається не тільки зсувом фаз напруги та першої гармоніки струму, а й величиною вищих гармонік струму . Тому використання компенсуючих конденсаторів не дозволяє скільки значно підвищити до М.

При другому способі змінюють напругу на нагрівачі, перемикаючи в силових ланцюгах печі. Зазвичай є 2-3 ступені можливої ​​напруги та потужності нагрівача. Найбільш поширений двопозиційний спосіб ступінчастого керування. За цим способом піч або включають до мережі на її номінальну потужність, або повністю відключають від мережі. Необхідне значення середньої потужності, що вводиться в піч забезпечують, змінюючи співвідношення часу включеного та відключеного стану.

Середня температура в печі відповідає середньої потужності печі, що вводиться. Різкі зміни миттєвої потужності призводять до коливань температури близько середнього рівня. Величина цих коливань визначається величиною відхилень Р МГНОВ від середнього значення та величиною теплової інерції печі. У більшості загальнопромислових печей величина теплової інерції настільки велика, що коливання температури через ступінчасте управління не виходить за межі необхідного значення точності підтримки температури. Конструктивно двопозиційне управління може бути забезпечене або за допомогою звичайного контактора або тиристорного перемикача. Тиристорний перемикач містить зустрічно-паралельно з
об'єднані тиристори, що працюють з  = 0.

У разі, якщо слаботочний контакт S розімкнуто, ланцюг управління VS1, VS2 розірвано, тиристори закриті, напруга на навантаженні дорівнює нулю. У разі, якщо S замкнуті, створюються ланцюга для протікання струмів управління. Катод позитивний, анод VS1 – негативний. У цьому випадку струм управління тече ланцюгом катод VS1 - VD1 - R - S - керуючий електрод VS2 - катод VS2. VS2 вмикається і весь напівперіод проводить електричний струм. Наступний напівперіод аналогічно включається VS1.

З
існують також трифазні перемикачі. У них використовують два блоки із зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів. Силові ланцюги таких перемикачів побудовані за такою схемою:

Є модифікації тиристорних перемикачів, які взагалі не використовують контакти.

Тиристорні перемикачі надійніші, ніж контактори, вони іскро-і вибухобезпечні, безшумні в роботі, трохи дорожчі.

Ступінчасте регулювання має ККД близьке до 1, до М 1.

Потужність сучасних електричних печей опору коливається від сотень ват до кількох мегават.

Печі потужністю понад 20 кВт виконуються трифазними при рівномірному розподілі навантаження по фазах і підключаються до мереж 220, 380, 660 безпосередньо або через пічні трансформатори (або автотрансформатори).

Електрообладнання, що застосовується в електричних печах опору, включає 3 групи: силове електрообладнання, апаратура управління і контрольно-вимірювальна (КІП).

До силового електроустаткування відносяться

Силові понижувальні трансформатори та регулювальні автотрансформатори,

Силові електроприводи допоміжних механізмів,

Силова комутаційна та захисна апаратура.

До апаратури управління належать комплектні станції керування з комутаційною апаратурою. Перемикачі, кнопки, реле, кінцеві вимикачі, електромагнітні пускачі, реле застосовуються для звичайного виконання.

До КВП відносяться прилади (пристрою) контролю, вимірювання та сигналізації. Зазвичай винесені на щит. Кожна піч опору має бути обов'язково обладнана пірометричними матеріалами. Для дрібних невідповідних печей це може бути термопара з приладом, що вказує, в більшості промислових печей обов'язково автоматичне регулювання температури. Воно здійснюється за допомогою приладів, що реєструють температуру печі.

Більшість електричних печей опору не потребують силових трансформаторів.

Регулювальні трансформатори та автотрансформатори застосовують, коли піч виконана з нагрівальними елементами, що змінюють свій опір залежно від температури (вольфрамові, графітові, молібденові), для живлення соляних ванн та установок прямого нагріву.

Усі промислові печі опору працюють у режимі автоматичного регулювання температури. Регулювання робочої температури в електричній печі опору проводиться зміною потужності, що підводиться.

Регулювання потужності, що підводиться до печі, може бути дискретним та безперервним.

При дискретномурегулюванні можливі такі способи:

Періодичне підключення та відключення електричної печі нагріванням опором до мережі (двопозиційне регулювання);

Перемикання нагрівальних елементів печі з «зірки» на «трикутник» або з послідовного з'єднання на паралельне (трипозиційне регулювання).

Найбільшого поширення набуло двопозиційне регулювання, оскільки спосіб простий і дозволяє автоматизувати процес.

За цим способом піч або включають до мережі на її номінальну потужність, або повністю відключають від мережі. Необхідне значення середньої потужності, що вводиться в піч забезпечують, змінюючи співвідношення часу включеного та відключеного стану.

Середня температура в печі відповідає середньої потужності печі, що вводиться. Різкі зміни миттєвої потужності призводять до коливань температури близько середнього рівня. Конструктивно двопозиційне управління може бути забезпечене або за допомогою звичайного контактора або тиристорного перемикача. Тиристорний перемикач містить зустрічно-паралельно з'єднані тиристори, що працюють з a=0.

При безперервномуРегулювання відбувається плавне регулювання напруги на нагрівачах. Таке регулювання може бути здійснене за допомогою будь-якого різновиду силових підсилювачів. Насправді найбільш поширені тиристорні регулятори напруги. Тиристорні джерела живлення містять зустрічно-паралельно з'єднані тиристори, забезпечені СІФУ.

Тиристорні джерела живлення мають високий ККД (до 98%).

Силові блоки

Для керування печами ми пропонуємо типоряд силових блоків, інтегрованих з мікропроцесорним температурним ПІД-контролером

ТЕРМОЛЮКС-011. Силові блоки поставляються у повністю готовому для роботи вигляді, вимагають лише підключення до мережі та печі (нагрівачів). Силові блоки побудовані на основі оптотиристорних модулів типу МТОТО або тиристорних модулів типу МТТ класу не менше 10. Управління реалізується без будь-яких додаткових пристроїв типу блоків ФІМ, ФІУ, БУС, БУТ – контролер відразу передає сигнал на виконавчий елемент (тиристор, симистор, оптосимістор).

Блоки відрізняються малими габаритами та вагою, можуть бути встановлені будь-де поруч з піччю. Блоки фарбуються порошковою фарбою, в блоці встановлюється вентилятор, що охолоджує.

Типи силових блоків

Тип блоку	Фазність 1Ф/3Ф	Тип з'єднання навантаження	Максимальний струм у фазі
1Ф-25А	1Ф	Y/Δ	25А
1Ф-40А	1Ф	Y/ Δ	40А
1Ф-63А	1Ф	Y/ Δ	63А
1Ф-80А	1Ф	Y/ Δ	80А
1Ф – 125А	1Ф	Y/ Δ	125А
1Ф – 160А	1Ф	Y/ Δ	160А
1Ф – 250А	1Ф	Y/ Δ	250А
1Ф – 400А	1Ф	Y/ Δ	400А
1Ф – 630А	1Ф	Y/ Δ	630А
3Ф-25А	3Ф	Y/ Δ	25А
3Ф-40А	3Ф	Y/ Δ	40А
3Ф-63А	3Ф	Y/ Δ	63А
3Ф-80А	3Ф	Y/ Δ	80А
3Ф – 125А	3Ф	Y/ Δ	125А
3Ф – 160А	3Ф	Y/ Δ	160А
3Ф – 250А	3Ф	Y/ Δ	250А
3Ф – 400А	3Ф	Y/ Δ	400А
3Ф – 630А	3Ф	Y/ Δ	630А

У силових схемах допускається застосування лише з'єднання "розімкнутий трикутник". Також, силові блоки можуть бути виготовлені для двофазного навантаження в корпусах як стандартного розміру, так і з габаритами на вимогу замовника.

Мікропроцесорні ПІД-контролери температури «Термолюкс»

На все наше електротермічне обладнання встановлюється контролер Термолюкс-011 або Термолюкс-021, якщо інше не обговорено із замовником обладнання.

Короткі характеристикита основні переваги контролера «Термолюкс»- 011:

Основні переваги контролера Термолюкс визначаються тим, що даний контролер був розроблений як спеціалізований прилад саме для управління печами опору. Прилад призначений для роботи з будь-якими типами нагрівачів - як зі статичною залежністю опору від температури (дротяні та карбід-кремнієві нагрівачі), так і спадної (хроміт-лантанові нагрівачі) та зростаючої (дисилицид молібдену, молібден, вольфрам). У приладі реалізовано фазо-імпульсний метод керування потужністю (ФІМ), що подається на нагрівачі печі, що дозволяє збільшити ресурс нагрівачів на 30%порівняно з методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) управління потужністю, який реалізований у решті ПІД-регуляторів, присутніх на ринку.

Метод управління ФІМ дозволяє досягти плавної подачі потужності, виключаючи різкі стрибки температури на самому нагрівачі, а також дозволяє більш точно регулювати температуру в порівнянні з методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ).

Прилад Термолюкс подає потужність на нагрівач 100 разів на секунду, завдяки чому нагрівач розігрівається плавно, і не встигає охолонути до включення чергової подачі струму. При цьому нагрівачі не мають додаткових напруг, і працюють у дуже м'якому режимі, що сприяє збільшенню терміну служби.

Практично решта програмованих контролерів працюють методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), при якій потужність подається за схемою «повністю відкрити/повністю закрити»; при цьому на нагрівач надходить відразу 100% потужності. При такому режимі роботи нагрівачі зазнають рідкісних потужних ударів, відповідно термін служби нагрівача скорочується.

Управління реалізується без будь-яких додаткових пристроїв типу блоків ФІМ, ФІУ, БУС, БУТ – контролер відразу передає сигнал на виконавчий елемент (тиристор, семистор, оптотиристор, оптосемістор), незалежно від типу навантаження – одно- чи трифазної, схеми з'єднання навантаження “зірка ” або “трикутник”. Вибір типу навантаження здійснюється оператором програмно, з екрану контролера, без будь-яких фізичних дій і без встановлення додаткових пристроїв.

Прилади мають вихід по шині RS-232 для підключення приладів до комп'ютера, що дозволяє отримати на дисплеї графік процесу нагрівання та охолодження в реальному часі.

Прилад дозволяє здійснювати управління процесом термообробки через ПК, зберігати дані як у табличному, так і в графічному вигляді. Табличні дані можуть бути переведені у формат EXCEL з можливістю подальшого редагування.

Графік технологічного процесу у реальному часі

Всі прилади мають можливість завдання оператором 16 різних програм нагрівання-витримки-охолодження печі, кожна з яких (програм) складається з 10 довільних точок у координатах час-температура. Прилад має адаптивний алгоритм управління - прилад сам автоматично постійно досліджує систему піч+завантаження, і визначає необхідні коефіцієнти системи, без участі оператора. Завдяки наявності адаптивного алгоритму, пристрій можна без переналаштування використовувати на будь-яких печах.

Контролер теплових процесів "Термолюкс" має такі характеристики:

• дискретність завдання температури - 1?
• дискретність завдання часу – 1 хвилина;
• можливість завдання необмеженого часу підтримання кінцевої температури;
• роздільна здатність вимірювання температури - 0,1 гр С;
• контроль обриву термопар;
• наявність режиму ручного керування потужністю;
• можливість обмеження вихідної потужності;
• можливість обмеження максимальної температури об'єкта;
• можливість роботи з будь-якими термопарами, у тому числі ВР ІР у всьому діапазоні робочих температур термопари. Програмований перехід від одного типу термопари до іншого екрану приладу;
• можливість роботи з пірометром замість термопар;
• розташування датчика термокомпенсації на колодці термопарного шнура приладу, що дозволяє уникнути необхідності використання термокомпенсаційних проводів;
• можливість запису циклограм на ПК;
• можливість завдання програми та зміни параметрів з ПК

Контролер «Термолюкс»-021

При керуванні печами з нагрівачами, що мають зростаючий характер залежності опору від температури (дисилицид-молібденові нагрівачі, молібден, вольфрам), тобто мають дуже низький опір при кімнатних температурах, нагрівачі при низьких температурахспоживають дуже великий струм, що істотно перевищує критичне значенняструму нагрівача. Якщо струм не буде обмежений у той чи інший спосіб, це неминуче призведе до виходу нагрівачів з ладу. Загалом струм обмежують установкою в блок управління піччю додаткових потужних дорогих пристроїв обмеження струму. Прилад «Термолюкс»-021 дозволяє побудувати систему керування нагріванням таких печей без установки пристроїв обмеження струму.

Додатково до всіх функцій контролера «Термолюкс»-011 у контролері «Термолюкс»-021 реалізована можливість постійного вимірювання струму, що подається в навантаження (організовано зворотний струм). Це дозволяє програмно обмежити максимальний струм через нагрівачі. Контролер "враховує" це обмеження при подачі потужності на нагрівачі і не дозволяє струму перевищувати задане оператором значення, тим самим забезпечуючи функціонування нагрівачів у безпечному режимі. При цьому часто прилад «Термолюкс»-021 дозволяє відмовитися від використання трансформаторів з перемикаються вручну обмотками, а іноді взагалі відмовитися від використання трансформаторів, що призводить до істотного зниження вартості обладнання.

Прилади « Термолюкс»- 011 та «Термолюкс»-021 сертифіковані Федеральним Агентством з Технічного Контролю та Метрології як "ВИМІРЮВАЧ-РЕГУЛЯТОР" температури, сертифікат RU.C.32.010.A ​​N 22994, зареєстрований у Державному реєстрі засобів вимірювань під N 30932-06.

Система керування печі

Все управління технологічним процесом здійснюється оператором із сенсорного екрану промислового комп'ютера. Все управління піччю здійснюється автоматичною системою управління, побудованою на базі промислового комп'ютера. Промисловий комп'ютер має 17-ти дюймовий сенсорний екран (Типу Тач-Пед), на який виводиться вся інформація про техпроцес. В основному режимі на екрані зображена мнемосхема керування піччю.

Управління нагріванням здійснюється за допомогою мікропроцесорного ПІД-регулятора «Термолюкс-021»

Контролери « ТЕРМОДАТ»

До основних переваг даного приладу слід віднести:

• наявність великого екрана;
• наочне уявлення інформації та техпроцесі;
• наявність вбудованої пам'яті для архівації даних про техпроцеси;
• багатоканальність – можливість керування кількома незалежними зонами печі, використовуючи один прилад.

До недоліків приладу можна віднести:

• метод керування потужністю - релейний або ШІМ (широтно-імпульсна модуляція);
• необхідність встановлення в силовий блок додаткових пристроїв:
• для керування піччю методом ФІМ, необхідно встановлювати дорогі тиристорні регулятори типу «Звів»;
• для керування методом ШІМ необхідно встановлювати проміжний блок керування тиристорами типу «БУТ-3».
• необхідність встановлення в силовий блок додаткового пристрою обмеження струму при роботі з печами з нагрівачами з дисіліцид-молібдену, молібдену, вольфраму.

« Термодат-16Е5 » - одноканальний програмний ПІД-регулятор температури та електронний самописець з графічним 3,5" дисплеєм. Прилад має універсальний вхід, призначений для підключення термопар або термоопорів, а також датчиків з струмовим виходом. Роздільна здатність 1°С або 0,1°С задається користувачем. Може керувати як нагрівачем, так і охолоджувачем Інтуїтивно зрозуміле управління забезпечується 4 кнопками внизу екрана.

Характеристики:

• ПІД-регулятор
• Електронний самописець
• Графічний дисплей
• Регулювання за програмою
• ПІД-закон регулювання, автоматичне налаштування коефіцієнтів
• Універсальний вхід
• Логічний (дискретний) вхід
• Виходи: релейний, симісторний, транзисторний, аналоговий
• Інтерфейс для зв'язку з комп'ютером RS485
• Аварійна сигналізація
• Міцний металевий корпус, розмір 1/4 DIN (96х96х82мм)

Призначений для:

• Заміни застарілих самописців
• Регулювання температури за заданою програмою
• Вимірювання та реєстрації температури
• Аварійна сигналізація

Окрім вищеописаних приладів управління за завданням замовника ми встановимо будь-який необхідний Вам прилад.

Пірометри

Це ідеальний прилад для безконтактного вимірювання температури в промисловості, транспорті та ЖКГ. Пірометри «Кельвін» забезпечують високоточний оперативний контроль температури, а також можливість керування печами по даному сигналу в діапазоні від -40 до 2200 про С у місцях, де встановлення термопари з якихось причин утруднено, а також в області температур, що виходять за межі вимірювання термопар, важкодоступних місцях.

Технічні характеристики:

• Діапазон вимірювання температури: -40 ... +2200 ° С
• Діапазон робочих температур: -40 ° ... + 70 ° С
• Похибка виміру: 1%+1°С
• Час виміру: 0,15 сек
• Роздільна здатність: 1°С
• Показник візування: 1:200
• Діапазон установки випромінювальної здатності: 0,01...1,00
• Спектральний діапазон: 1,0 – 1,6 мкм
• Вихідний цифровий інтерфейс: RS232 9600 бод
• Стандартна довжина лінії зв'язку датчик-пульт: 3 м (максимальна довжина: 20 м)
• Габаритні розміри пульта: 120x120x60мм
• Ступінь захисту від пилу та вологи: IP65

Амперметри « OMIX »

Серія однофазних/трьохфазних амперметрів Omix виконана в корпусах із високоякісного пластику, з одним або трьома світлодіодними індикаторами для відображення вимірюваних значень сили струму.

Характеристики приладу:

Пряме включення – 0…10 А

Через стандартний ТТ – 0…1 МА

• Точність виміру

0.5% +1 Є.М.Р.

• Швидкість виміру

3 змін/с.

• Напруга живлення

U піт. = 220 В

Умови експлуатації-15 ... +50 про С

Вольтметри « OMIX »

Серія однофазних/трьохфазних вольтметрів Omix виконана в корпусах із високоякісного пластику, з одним або трьома світлодіодними індикаторами для відображення вимірюваних значень напруги.

Характеристики приладу:

• Діапазон вимірювання напруги

Пряме включення – 0…500 В

Через стандартний ТН – 0…380 кВ

• Точність виміру

0.5% +1 Є.М.Р.

• Швидкість виміру

3 змін/с

• Напруга живлення

U піт. = 220 В

• Умови експлуатації

15 ... +50 про С

Тиристорні регулятори напруги «ZVEL»

призначені для встановлення всередину електромонтажних шаф. Лінійка регуляторів розрахована на трифазне навантаження зі струмом до 1000 А. Має однофазне/трифазне виконання.

Функціональність регуляторів ZVEL характеризується наявністю сервісних функцій:

• рідко-кристалічний дисплей з індикацією струмів навантаження, що задає сигналу та кодів помилок;
• функція обмеження струму;
• кнопкова панель для програмування уставок;
• електронні захисту від короткого замикання, перевантаження та перегріву;
• автодіагностика пробою тиристорів;
• контроль підключення навантаження;
• захист від пошкодження у навантаженні (несиметрія струмів);
• втрата фази або "злипання" фаз;
• способи управління потужністю - фазо-імпульсний або перепусткою періодів (програмується);

Підсилювач «У13М»

Призначені для керування потужністю електричного навантаження в однофазних ланцюгах змінного струму (для трифазного навантаження необхідно три прилади) за рахунок фазоімпульсної модуляції (ФІМ) від аналогових вхідних сигналів. Прилад має зворотний зв'язок по напругі, що дозволяє здійснювати особливо точне регулювання потужності на навантаженні.

Характеристика:

• Перетворення вхідного сигналу постійного струму (напруги постійного струму) у вихідну потужність (фазоімпульсне керування);
• Формування режиму заборони включення тиристорів;
• Забезпечення лінійної залежності величини вихідної потужності, що виділяється на навантаженні від величини вхідного сигналу. Для управління великою потужністю передбачено можливість підключення зовнішнього блоку потужних тиристорів;
• Гальванічна розв'язка вхідних та вихідних сигналів

Термопари

Термоелектричні перетворювачі (термопари) – пристрій вимірювання температури в камері печі. Є 2 спаяних між собою з одного кінця дроту різного хімічного складу. При цьому не спаяні кінці повинні бути поза камерою (у холодній зоне), а спай у камері (у гарячій зоні).

Компанія "Термокераміка" виготовляєтермопари різних довжин наступних типів:

• ТХА - хромель алюмель
• ТВР – вольфрам-реній
• ТПП - платина-платінародій
• ТПР - платінародій-платінародій

Марка	Тип	Матеріал 1	Матеріал 2	Температура застосування, про С	Примітка
ТХА 0292	До	Сплав Хромель (Ni-90.5, Cr-9.5%)	Сплав Алюмель (Ni-94.5, Al-5.5, Si, Mn, Co)	0-1300
ТПП 0392	S	Сплав Платина-Родій (Pt-87%, Rh-13%)	Платина (Pt)	0-1400
ТПР 0392	У	Сплав Платина-Родій (Pt-70%, Rh-30%)	Сплав Платина-Родій (Pt-94%, Rh-6%)	600-1800
ТВР 0392	А1	Сплав Вольфрам-Реній (W-95%, Re-5%)	Сплав Вольфрам-Реній (W-80%, Re-20%)	0-2200 у неокислювальних середовищах Компенсаційні дроти (термопарні дроти, термоелектродні дроти) використовуються для підключення термоелектричних перетворювачів (термопар) до вимірювальних приладів та перетворювачів з метою зменшення похибки вимірювання. Так як термоелектродні дроти використовуються для подовження висновків термоелектричних перетворювачів (термопар), їх називають термоелектродними подовжувальними проводами. Струмопровідні багатодротяні жили зі сплаву "ХА" - хромель-алюмель Ізоляція із ПВХ пластикату І40-13А Оболонка із ПВХ пластикату І40-13А Екран

Існує два принципово різних підходи до управління потужністю:

1) Безперервне керування, при якому в піч можна ввести будь-яку необхідну потужність.

2) Ступінчасте управління, при якому в піч можна вводити лише дискретний ряд потужностей.

Перший потребує плавного регулювання напруги на нагрівачах. Таке регулювання може бути здійснено за допомогою будь-якого різновиду силових підсилювачів (генератор, тиристорний випрямляч, ЕМП). Насправді найбільш поширені тиристорні джерела харчування, побудовані за схемою ТРН. Такі регулятори засновані на властивостях тиристори, включеного до ланцюга змінного струму послідовно з активним опором нагрівача. Тиристорні джерела живлення містять зустрічно-паралельно з'єднані тиристори, забезпечені СІФУ.

Кут управління a, а отже, і ефективна напруга на навантаженні залежить від зовнішньої напруги, що подається на джерело. Для зниження впливу відключення напруги живлення на тепловий режим печі тиристорних джерел живлення зазвичай передбачають негативний зворотний зв'язок по вихідній напругі. Тиристорні джерела живлення мають високий ККД (до 98%). Коефіцієнт потужності залежить від глибини регулювання вихідної напруги лінійно, при вугіллі a менше 0 – до М =1, при a = 180° до М = 0. Коефіцієнт потужності визначається не тільки зсувом фаз напруги та першої гармоніки струму, а й величиною вищих гармонік струму . Тому використання компенсуючих конденсаторів не дозволяє скільки значно підвищити до М.

При другому способі змінюють напругу на нагрівачі, перемикаючи в силових ланцюгах печі. Зазвичай є 2-3 ступені можливої ​​напруги та потужності нагрівача. Найбільш поширений двопозиційний спосіб ступінчастого керування. За цим способом піч або включають до мережі на її номінальну потужність, або повністю відключають від мережі. Необхідне значення середньої потужності, що вводиться в піч забезпечують, змінюючи співвідношення часу включеного та відключеного стану.

Середня температура в печі відповідає середньої потужності печі, що вводиться. Різкі зміни миттєвої потужності призводять до коливань температури близько середнього рівня. Величина цих коливань визначається величиною відхилень Р МГНОВ від середнього значення та величиною теплової інерції печі. У більшості загальнопромислових печей величина теплової інерції настільки велика, що коливання температури через ступінчасте управління не виходить за межі необхідного значення точності підтримки температури. Конструктивно двопозиційне управління може бути забезпечене або за допомогою звичайного контактора або тиристорного перемикача. Тиристорний перемикач містить зустрічно-паралельно

Існують також трифазні перемикачі. У них використовують два блоки із зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів. Силові ланцюги таких перемикачів побудовані за такою схемою:

Є модифікації тиристорних перемикачів, які взагалі не використовують контакти.

Тиристорні перемикачі надійніші, ніж контактори, вони іскро-і вибухобезпечні, безшумні в роботі, трохи дорожчі.

Ступінчасте регулювання має ККД близьке до 1, до М»1.

1 Мета роботи

1.1 Ознайомитись з пристроєм електричної печі опору, електричними нагрівачами, режимом роботи електропечі та електричною схемою керування.

2 Порядок виконання роботи

2.1 Записати технічні (паспортні) дані електричної печі та електро вимірювальних приладів.

2.2 Ознайомитись із пристроєм електричної печі опору та призначенням окремих її частин.

2.3 Ознайомитись з електричною схемою керування режимами роботи електричної печі опору.

2.4 Зібрати електричну схемущодо досвіду.

2.5 Провести досвід визначення енергетичних показників роботи електричної печі опору.

2.6 Скласти звіт про виконану роботу.

3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для ознайомлення з пристроєм, принципом дії та призначенням окремих частин електричної печі опору має складатися з електричної печі опору камерного типумоделі ОКБ-194А або моделі Н-15 з ніхромовими нагрівачами, призначеними для термічної обробки металів при індивідуальному та дрібносерійному виробництвах. Крім того, має бути вихідний матеріал для термічної обробки; для цього рекомендується заготовити деталі, що потребують такої обробки. Повинні відомі основні параметри температурних режимів.

У електричну піч закладаються термопари контролю температури. Установка повинна мати пристрій для автоматичного регулювання температури та розташовувати набори вимірювальних приладів та регуляторів температури нагрівання вихідного матеріалу.

У приміщенні, де проводяться застрягання, повинні бути розвішені плакати із зображенням електропечей різних типівта конструкцій, електричних принципових схем керування електропечними установками електронагріву опором.

4 Короткі теоретичні відомості

Електричні печі опору, де електрична енергія перетворюється на теплову через рідкі або тверді тіла, бувають прямої та непрямої дії. У печах прямогодії тіло, що нагрівається безпосередньо включається в мережу (рис.1) і нагрівається струмом, що протікає через нього.

Малюнок 1 - Принципова схемаустановки прямого нагріву металевої заготовки: 1 - заготівля, що нагрівається; 2 - трансформатор

У печах непрямогодії тепло виділяється в спеціальних нагрівальних елементах і передається тілу, що нагрівається променевипусканням, теплопровідністю або конвекцією. Печі опору та апарати прямого нагріву застосовуються для нагрівання циліндричних виробів (прутків, труб), а непрямого нагрівудля термічної обробки виробів та матеріалів, а також для нагрівання заготовок під кування та штампування.

Нагрів вихідного матеріалу в електричних печах опору, зазвичай, виробляється до певної (заданої) температури. Після періоду нагрівання слідує період витримки, необхідний для вирівнювання температури. Вимірювання температури нагріву та контроль за ходом технологічного процесунагрівання може проводитися візуально та автоматично за допомогою автоматичних регуляторів за двопозиційним методом (періодичне включення та відключення печі).

На рис.2 наведено принципову електричну схему управління електричною піччюпри двопозиційному регулюванні.

Рисунок 2 – Принципова електрична схема печі при двопозиційному керуванні

Схема передбачає ручне та автоматичне керування. Якщо перемикач Ппоставити у становище 1 , то схема буде налаштована на ручне управління, а положення 2 перемикача переводить схему автоматичне управління. Увімкнення та вимкнення нагрівальних елементів НЕпроводиться терморегулятором TP, контакти якого в залежності від температури в печі замикають або розмикають ланцюг котушки контактора Лбезпосередньо чи через проміжне реле РП. Регулювання температури нагрівання може здійснюватися зміною потужності печі – перемиканням нагрівачів із трикутника на зірку (рис. 3, а), при цьому потужність печі зменшується втричі, а для однофазних печей перемиканням із паралельного з'єднання нагрівачів на послідовне (рис. 3, б) .

Рисунок 3 – Електрична схема перемикання нагрівачів печі: а – з трикутника на зірку; б - з паралельного на послідовне

В електричних печах опору як нагрівальні елементи застосовуються матеріали з великим питомим опором. Ці матеріали не повинні окислюватися, а оксиди, що утворилися на поверхні, не повинні лопатися і відскакувати при коливаннях температури.

Найбільшого поширення при нагріванні вихідних матеріалів набули камерні печі завдяки їх універсальності, вони виконуються у вигляді прямокутної камери з вогнетривким футеруванням та теплоізоляцією, перекриті підом і укладені в металевий кожух. Печі серії Н виконуються з стрічковими або дротяними нагрівачами, покладеними на керамічні полички. Печі типу ОКБ-194 (рис. 4 та рис. 5) виготовляються двокамерними, верхня камера обладнана карборундовими нагрівачами, а нижня - ніхромовими.

Малюнок 4 - Камерна електропіч типу ОКБ-194: 1 – механізм підйому дверцят верхньої камери; 2 – ролики дверцят нижньої камери; 3 – теплоізоляція; 4 – верхня камера; 5 – нижня камера; 6 – подова плита

Методичні вказівки

Технічні (паспортні) дані електричної печі, апаратури управління, контролю та електровимірювальних приладів записуються за табличними даними обладнання. Надалі ці відомості мають бути відображені у звіті по роботі. Технічні дані обладнання є їх номінальними параметрами, тому під час роботи необхідно дотримуватися вказаних у паспортах значень струму, напруги, потужностей та інших величин.

При ознайомленні з електричною піччю опору слід звернути увагу на її конструкцію та пристрій нагрівальних елементів та їхнє розміщення в печі. Рекомендується виміряти опір нагрівальних елементів за допомогою тестера. Зняти ескіз завантажувального пристрою, звернути увагу до його привод. З'ясувати, яких температурних режимів слід дотримуватися при термічній обробці вихідного матеріалу (деталей) під час проведення досвіду. Уточнити, якими приладами вимірюватиметься температура нагріву, де встановлюватимуться термопари. Електрична схема з'єднань електропечі та вимірювальних приладів для проведення досвіду наведена на рис. 5.

Учні повинні підібрати електровимірювальні прилади, апаратуру управління, виконати необхідні з'єднання і перед тим як включити схему в роботу дати керівнику заняття для перевірки.

Рисунок 5 – Принципова електрична схема печі типу ОКБ-194: а – електрична схема; б – діаграма роботи універсального перемикача УП

Після перевірки електричної схеми з'єднань та отримання дозволу та завдання від керівника заняття на термічну обробку вихідного матеріалу учні закладають у завантажувальний пристрій вихідний матеріал (деталі) та включають пекти роботу. Під час проведення досвіду треба уважно спостерігати за показаннями електровимірювальних та тепловимірювальних приладів (амперметром, вольтметром, ватметром, вторинним приладом термопари) та фіксувати їх показання через рівні проміжки часу. Дані спостережень та наступних розрахунків занести до таблиці 1. При досягненні граничної температури (відповідно до завдання) та наявності регулятора буде здійснено регулювання температури. Необхідно простежити, як працює регулятор, та помітити час перерви подачі електроенергії. Після закінчення досвіду визначити витрату електроенергії та коефіцієнт потужності установки.

Споживання Аелектричної енергії визначається за показанням лічильника, а у тому випадку, коли він у схемі відсутній, можна скористатися величинами потужності Р(за показанням ватметра) та тривалості tроботи:

А = Pt.(1)

Коефіцієнт потужності установки:

cosφ = Р/( UI).(2)

Таблиця 1 – Дані дослідів

Звіт по роботі складається за формою, зазначеною у додатку 1. У звіті необхідно навести паспортні дані машини апаратів та вимірювальних приладів, коротко описати конструкцію електричної печі опору, режим термообробки вихідного матеріалу, навести ескіз завантажувального пристрою, розташування електронагрівальних елементів, електричну схему з'єднань приладів та апаратів, що використовувалася під час проведення досвіду. Записати результати спостережень та розрахунків. Описати способи регулювання температурних режиміву процесі термообробки. Відповісти на контрольні питання.