Електричні печі опору управління регулювання. Вивчення режимів роботи електричної печі опору та електричної схеми управління. Різновиди тиристорів відрізняються між собою

Управління потужністю печей опору

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, ЕМУ). Насправді найбільш поширені тиристорні джерела харчування, 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 a, а отже, і ефективна напруга на навантаженні залежить від зовнішньої напруги, що подається на джерело. Важливо зауважити, що 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 куті a менше 0 - до М = 1, при a = 180 ° до М = 0. Коефіцієнт потужності визначається не тільки зрушенням фаз напруги і першої гармоніки струму, але і величиною вищих гармонік струму. З цієї причини 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 і величиною теплової ін'єрції печі. У більшості загальнопромислових печей величина теплової ін'єрції 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.

В. Крилов

В даний час тиристори знаходять широке застосування в різних пристроях автоматичного контролю, сигналізації та керування. Тиристор являє собою керований напівпровідниковий діод, якому властиві два стійкі стани: відкритий, коли прямий опір тиристора дуже мало і струм у його ланцюгу залежить в основному від напруги джерела живлення та опору навантаження, і закритий, коли його прямий опір велике і струм становить одиниці міліампер .

На рис. 1 показана типова вольтамперна характеристика тиристора, де ділянка О відповідає закритому стану тиристора, а ділянка БВ - відкритому.

При негативних напругах тиристор поводиться як звичайний діод (ділянка ОД).

Якщо збільшувати пряму напругу на закритому тиристорі при струмі електрода, що дорівнює нулю, то при досягненні величини Uвкл тиристор відкриється. Таке перемикання тиростора називають перемиканням по аноду. Робота тиристора у своїй аналогічна роботі некерованого напівпровідникового чотиришарового діода - динистора.

Наявність керуючого електрода дозволяє відкривати тиристор при анодній напрузі, меншій за Uвкл. Для цього необхідно по ланцюзі керуючий електрод - катод пропустити струм управління Iу. Вольтамперна характеристика тиристора при цьому випадку показано на рис. 1 пунктир. Мінімальний струм управління, необхідний відкривання тиристора, називається струмом випрямлення Iспр. Струм випрямлення залежить від температури. У довідниках він вказується за певної анодної напруги. Якщо за час дії струму керування анодний струм перевищить значення струму вимикання Iвикл, то тиристор залишиться відкритим і після закінчення дії струму керування; якщо цього не станеться, то тиристор знову закриється.

При негативному напрузі на аноді тиристора подача напруги на його електрод, що управляє, не допускається. Неприпустимо також на керуючому електроді негативне (щодо катода) напруга, при якому зворотний струм електрода, що управляє, перевищує кілька міліампер.

Відкритий тиристор можна перевести в закритий стан, Тільки знизивши його анодний струм до величини, меншої Iвикл. У пристроях постійного струму для цієї мети використовуються спеціальні ланцюжки, що гасять, а в ланцюгу змінного струму тиристор закривається самостійно в момент переходу величини анодного струму через нуль.

Це є причиною найбільш широкого застосування тиристорів у ланцюгах змінного струму. Всі схеми, що розглядаються нижче, мають відношення тільки до тиристорів, включених в ланцюг змінного струму.

Для забезпечення надійної роботи тиристора джерело напруги, що управляє, має задовольняти певним вимогам. На рис. 2 показана еквівалентна схема джерела керуючого напруги, а на рис. 3 - графік, за допомогою якого можна визначити вимоги до його прямої навантаження.

На графіку лінії А і Б обмежують зону розкиду вхідних вольтамперних характеристик тиристора, що становлять залежність напруги на керуючому електроді Uу від струму цього електрода Iу при розімкнутому анодному ланцюзі. Пряма визначає мінімальну напругу Uу, при якому відкривається будь-який тиристор даного типу при мінімальній температурі. Пряма Г визначає мінімальний струм Iу, достатній для відкриття будь-якого тиристора даного типу при мінімальній температурі. Кожен конкретний тиристор відкривається у певній точці своєї вхідної характеристики. Заштрихована зона є геометричним місцем таких точок для всіх тиристорів цього типу, що задовольняють технічним умовам. Прямі Д і Е визначають максимально допустимі значення напруги Uу і струму Iу відповідно, а крива К - максимально допустиме значення потужності, що розсіюється на електроді, що управляє. Напрямна пряма Л джерела керуючого сигналу проведена через точки, що визначають напругу холостого ходу джерела Еу.хх та його струм короткого замикання Iу.кз = Eу.хх/Rвнутр, де Rвнутр- внутрішній опір джерела. Точка S перетину прямої навантажувальної Л з вхідною характеристикою (крива М) обраного тиристора повинна знаходитися в області, що лежить між заштрихованою зоною і лініями А, Д, К, Е і Б.

Ця область носить назву кращої області відкривання. Горизонтальна пряма Н визначає найбільшу напругу на переході, що управляє, при якому не відкривається жоден тиристор даного типу при максимально допустимій температурі. Таким чином, ця величина, що становить десяті частки вольта, визначає максимально допустиму амплітуду напруги перешкоди ланцюга управління тиристором.

Після відкривання тиристора ланцюг управління не впливає на його стан, тому управління тиристором може здійснюватися імпульсами невеликої тривалості (десятки або сотні мікросекунд), що дозволяє спростити схеми управління і знизити потужність, що розсіюється на електроді, що управляє. Тривалість імпульсу, однак, повинна бути достатньою для наростання анодного струму до величини, що перевищує струм вимкнення Iвикл при різному характері навантаження та режимі роботи тиристора.

Порівняльна простота пристроїв управління при роботі тиристорів у ланцюгах змінного струму зумовила широке застосування цих приладів як регулюючих елементів у пристроях стабілізації та регулювання напруги. Середнє значення напруги на навантаженні при цьому регулюють зміною моменту подачі (тобто фази) керуючого сигналу щодо початку напівперіоду напруги живлення. Частота проходження керуючих імпульсів у таких схемах має бути синхронізована з частотою мережі.

Існує кілька методів управління тиристорами, з яких слід відзначити амплітудний, фазовий та фазо-імпульсний.

Амплітудний метод управління полягає в тому, що на керуючий електрод тиристора подають позитивну напругу, що змінюється за величиною. Тиристор відкривається в той момент, коли ця напруга стає достатньою для протікання через керуючий перехід струму випрямлення. Змінюючи напругу на електроді, що управляє, можна змінювати момент відкривання тиристора. Найпростіша схемарегулятора напруги, побудована за цим принципом, наведено на рис. 4.

Як керуюча напруга тут використовується частина анодної напруги тиристора, тобто напруги позитивного напівперіоду мережі. Резистором R2 змінюють момент відкриття тиристора Д1 і, отже, середнє значення напруги на навантаженні. При повністю введеному резистори R2 напруга на навантаженні мінімальна. Діод Д2 захищає керуючий перехід тиристора від зворотної напруги. Слід звернути увагу, що ланцюг управління підключена безпосередньо до мережі, а паралельно тиристору. Зроблено це для того, щоб відкритий тиристоршунтував ланцюг управління, не допускаючи марного розсіювання потужності на його елементах.

Основними недоліками пристрою є сильна залежність напруги на навантаженні від температури і необхідність індивідуального підбору резисторів для кожного екземпляра тиристора. Перше пояснюється температурною залежністю струму випрямлення тиристорів, друге - великим розкидом їх вхідних характеристик. Крім того, пристрій здатний регулювати момент відкривання тиристора лише протягом першої половини позитивного напівперіоду напруги мережі.

Керуючий пристрій, схема якого наведена на рис. 5 дозволяє розширити діапазон регулювання до 180°, а включення тиристора в діагональ випрямного моста - регулювати напругу на навантаженні протягом обох напівперіодів напруги мережі.

Конденсатор С1 заряджається через резистори R1 і R2 до напруги, при якому через керуючий перехід тиристора протікає струм, що дорівнює струму випрямлення. У цьому тиристор відкривається, пропускаючи струм через навантаження. Завдяки наявності конденсатора напруга на навантаженні менше залежить від коливань температури, але тим не менш і цьому пристрою притаманні ті самі недоліки.

При фазовому методі управління тиристорами за допомогою фазообертального моста змінюють фазу напруги, що управляє, відносно напруги на аноді тиристора. На рис. 6 наведена схема однонапівперіодного регулятора напруги, в якому зміна напруги на навантаженні здійснюється резистором R2, включеним в одне з плечей моста, з діагоналі якого напруга надходить на керуючий перехід тиристора.

Напруга на кожній половині обмотки III управління має бути приблизно 10 ст. Інші параметри трансформатора визначаються напругою та потужністю навантаження. Основним недоліком фазового методу управління є мала крутість керуючого напруги, через що стабільність моменту відкривання тиристора виходить невисокою.

Фазо-імпульсний метод управління тиристорами відрізняється від попереднього тим, що з метою підвищення точності та стабільності моменту відкривання тиристора на його електрод, що управляє, подають імпульс напруги з крутим фронтом. Цей метод набув у час найбільшого поширення. Схеми, що реалізують цей метод, відрізняються великою різноманітністю.

На рис. 7 наведена схема одного з найпростіших пристроїв, що використовують фазоімпульсний метод управління тиристором.

При позитивному напрузі на аноді тиристора Д3 конденсатор С1 заряджається через діод Д1 змінний резистор R1. Коли напруга на конденсаторі досягне напруги включення диністора Д2, він відкривається і розряджається конденсатор через керуючий перехід тиристора. Цей імпульс розрядного струму відкриває тиристор Д3 і через навантаження починає протікати струм. Змінюючи резистором R1 струм заряду конденсатора, можна змінювати момент відкриття тиристора в межах напівперіоду напруги мережі. Резистор R2 виключає самовідкриття тиристора Д3 за рахунок струмів витоку при підвищеній температурі. За технічними умовами при роботі тиристорів у режимі очікування установка цього резистора обов'язкова. Наведена на рис. 7 схема не знайшла широкого застосування через великий розкид величини напруги включення диністорів, що доходить до 200%, і значної залежності напруги включення від температури.

Однією з різновидів фазо-импульеного методу управління тиристорами є таке зване вертикальне управління, що отримало в даний час найбільше поширення. Воно полягає в тому, що на вході генератора імпульсів проводиться порівняння (рис. 8) постійної напруги (1) та напруги, що змінюється за величиною (2). У момент рівності цих напруг генерується імпульс (3) керування тиристором. Змінна за величиною напруга може мати синосоїдальну, трикутну або пилкоподібну (як показано на рис. 8) форму.

Як видно з малюнка, зміна моменту виникнення керуючого імпульсу, тобто зсув його фази, може проводитися трьома способами:

зміною швидкості наростання змінної напруги (2а),

зміною його початкового рівня (2б) та

зміною величини постійної напруги (1а).

На рис. 9 показано структурна схемапристрої, що реалізує вертикальний метод керування тиристорами.

Як і будь-який інший пристрій фазо-імпульсного управління, воно складається з фазозсувного пристрою ФСУ та генератора імпульсів ГІ. Фазозсувний пристрій, у свою чергу, містить вхідний пристрій ВУ, що сприймає напругу управління Uу, генератор змінної (за величиною) напруги ГПН і порівнюючий пристрій СУ. Як названі елементи можуть бути використані різні пристрої.

На рис. 10 наведена принципова схемапристрої керування тиристором (Д5), включеним послідовно з мостовим випрямлячем (Д1 - Д4).

Пристрій складається з генератора пилкоподібної напруги з транзисторним комутатором (Т1), тригера Шмітта (Т2, Т3) та вихідного ключового підсилювача (Т4). Під дією напруги, що знімається з синхронізуючої обмотки III трансформатора Тр1, транзистор Т1 закритий. При цьому конденсатор С1 заряджається через резистори R3 та R4. Напруга на конденсаторі зростає по експоненційній кривій, початкова ділянка якої з деяким наближенням можна вважати прямолінійною (2, див. рис. 8).

У цьому транзистор Т2 закритий, а Т3 відкритий. Струм емітера транзистора Т3 створює на резисторі R6 падіння напруги, яке визначає рівень спрацьовування тригера Шмітта (1 на рис. 8). Сума напруги на резисторі R6 і відкритому транзисторі Т3 менше, ніж напруга на стабілітроні Д10, тому транзистор Т4 закритий. Коли напруга на конденсаторі С1 досягає рівня спрацьовування тригера Шмітт, транзистор Т2 відкривається, а Т3 закривається. Транзистор T4 при цьому відкривається і на резистори R10 з'являється імпульс напруги, що відкриває тиристор Д5 (імпульс 3 на рис. 8). Наприкінці кожного напівперіоду напруги мережі транзистор T1 відкривається струмом, що протікає через резистор R2. Конденсатор С1 при цьому розряджається практично до нуля та пристрій керування повертається у вихідний стан. Тиристор закривається в момент переходу амплітуди анодного струму через нуль. З початком наступного напівперіод цикл роботи пристрою повторюється.

Змінюючи опір резистора R3, можна змінювати струм заряду конденсатора С1, тобто швидкість наростання напруги на ньому, а значить, і мрій появи тиристор імпульсу, що відкриває. Замінивши резистор R3 на транзистор, можна автоматично регулювати напругу на навантаженні. Таким чином, у цьому пристрої використаний перший з названих вище способів зсуву фази імпульсів, що управляють.

Невелика зміна схеми показана на рис. 11, дозволяє отримати регулювання другого способу. В цьому випадку конденсатор С1 заряджається через постійний резистор R4 і швидкість наростання пилкоподібної напруги у всіх випадках однакова. Але при відкритті транзистора T1 конденсатор розряджається не до нуля, як у попередньому пристрої, а до напруги управління Uу.
Отже, і заряд конденсатора черговому циклі почнеться з цього рівня. Змінюючи напругу Uу, регулюють момент відкриття тиристора. Діод Д11 відключає джерело напруги керування від конденсатора під час його заряду.

Вихідний каскад на транзисторі T4 забезпечує необхідне посилення струму. Використовуючи як навантаження імпульсний трансформатор, можна одночасно керувати кількома тиристорами.

У пристроях управління до керуючого переходу тиристора напруга прикладена протягом відрізка часу від моменту рівності постійної і пилкоподібної напруги до закінчення напівперіоду напруги мережі, тобто до моменту розряду конденсатора C1. Зменшити тривалість імпульсу, що управляє, можна включенням диференціюючого ланцюжка на вході підсилювача струму, виконаного на транзисторі Т4 (див. рис. 10).

Одним із варіантів вертикального методу управління тиристорами є число-імпульсний метод. Його особливість полягає в тому, що на електрод керуючого тиристора подають не один імпульс, а пачку коротких імпульсів. Тривалість пачки дорівнює тривалості керуючого імпульсу, показаного на рис. 8.

Частота проходження імпульсів у пачці визначається параметрами генератора імпульсів. Число-імпульсний метод управління забезпечує надійне відкривання тиристора при будь-якому характері навантаження і дозволяє зменшити потужність, що розсіюється на переході тиристора, що управляє. Крім того, якщо на виході пристрою включений імпульсний трансформатор, можна зменшити його розміри і спростити конструкцію.

На рис. 12 наведена схема керуючого пристрою, що використовує число-імпульсний метод.

Як вузл порівняння та генератора імпульсів тут застосований балансний діодно-регенеративний компаратор, що складається зі схеми порівняння на діодах Д10, Д11 і власне блокінг-генератора, зібраного на транзисторі Т2. Діоди Д10, Д11 керують роботою ланцюга зворотного зв'язку блокінг-генератора.

Як і попередніх випадках, при закритому транзисторі Т1 починається заряд конденсатора С1 через резистор R3. Діод Д11 відкритий напругою Uу, а діод Д10 закритий. Таким чином, ланцюг обмотки IIa позитивного зворотного зв'язку блокінг-генератора розімкнена, а ланцюг обмотки IIб негативного зворотного зв'язку замкнута і транзистор Т2 закритий. Коли напруга на конденсаторі С1 досягне напруги Uу, діод Д11 закриється, а Д10 відкриється. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку виявиться замкненим, і блокінг-генератор почне виробляти імпульси, які з обмотки I трансформатора Тр2 надходитимуть на керуючий перехід тиристора. Генерація імпульсів продовжуватиметься до кінця напівперіоду напруги мережі, коли відкриється транзистор T1 і конденсатор С1 розрядиться. Діод Д10 при цьому закриється, а Д11 відкриється, блокінг-процес припиниться, і пристрій повернеться у вихідний стан. Змінюючи напругу управління Uу, можна змінювати момент початку генерації щодо початку напівперіоду і, отже, момент відкривання тиристора. Отже, у разі використовується третій спосіб зсуву фази управляючих імпульсів.

Застосування балансної схеми вузла порівняння забезпечує температурну стабільність роботи. Кремнієві діоди Д10 і Д11 з малим зворотним струмом дозволяють отримати високу вхідний опірпорівнюючого вузла (близько 1 Мом). Тому він не робить ніякого впливу на процес заряду конденсатора С1. Чутливість вузла дуже висока і становить кілька мілівольт. Резистори R6, R8, R9 та конденсатор С3 визначають температурну стабільність робочої точки транзистора Т2. Резистор R7 служить обмеження колекторного струму цього транзистора і поліпшення форми імпульсу блокинг-генератора. Діод Д13 обмежує викид напруги на колекторній обмотці III трансформатора Тр2, що виникає при закриванні транзистора. Імпульсний трансформатор Тр2 можна виконати на феритовому кільці 1000НН типорозміру К15Х6Х4,5. Обмотки I та III містять по 75, а обмотки II а та II б - по 50 витків дроту ПЕВ-2 0,1.

Недоліком цього пристрою керування є порівняно низька частотапрямування імпульсів (приблизно 2 кгц при тривалості імпульсу 15 мксек). Збільшити частоту можна, наприклад, зменшивши опір резистора R4 через який розряджається конденсатор С2, але при цьому дещо погіршується температурна стабільність чутливості порівнюючого вузла.

Число-імпульсний метод керування тиристорами можна використовувати і в розглянутих вище (рис. 10 і 11) пристроях, оскільки при певному виборі номіналів елементів (С1, R4-R10, див. рис. 10) тригер Шмітта при напрузі на конденсаторі С1, що перевищує рівень спрацьовування тригера, що генерує не одиночний імпульс, а послідовність імпульсів. Їх тривалість і частота слідування визначаються параметрами та режимом тригера. Такий пристрій отримав назву "мультивібратор з розрядним тригером".

На закінчення слід зазначити, що значне схемне спрощення пристроїв керування тиристорами за збереження високих якісних показників може бути досягнуто за допомогою одноперехідних транзисторів.

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 електричної печіопору 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 в будь-якому місці поряд із 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 реалізований фазо-імпульсний метод керування потужністю (ФІМ), що подається на нагрівачі печі, що дозволяє збільшити ресурс нагрівачів на 30%в порівнянні 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 порівняно 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 всі інші програмовані контролери працюють методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), коли 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 та 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 автоматичному режиміпостійно досліджує систему піч+завантаження, та 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 обмотками, що перемикаються вручну, а іноді і зовсім 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 процесомздійснюється оператором з сенсорного екрану промислового комп'ютера. Все управління піччю здійснюється автоматичною системою управління, побудованою з урахуванням 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 керування 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 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 за цим сигналом 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 фазо-імпульсної 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 вимірювальним приладамта перетворювачам з метою зменшення похибки вимірювання. Оскільки 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

В електричних печах опору в переважній більшості випадків застосовується найпростіший виглядрегулювання температури - двопозиційне регулювання, при якому виконавчий елемент системи регулювання - контактор має лише два крайні положення: «включено» та «вимкнено».

У включеному стані температура печі зростає, так як її потужність завжди вибирається із запасом, і відповідна їй температура значно перевищує її робочу температуру. У вимкненому стані температура печі знижується експоненційною кривою.

Для ідеалізованого випадку, коли в системі регулятор - піч відсутнє динамічне запізнення, робота двопозиційного регулятора показана на рис. 1, на якому у верхній частині дана залежність температури печі від часу, а в нижній - відповідна зміна її потужності.

Рис. 1. Ідеалізована схема роботи двопозиційного регулятора температури

При розігріванні печі спочатку її потужність буде постійною та рівною номінальною, тому її температура зростатиме до точки 1, коли вона досягне значення t зад + ∆ t1.В цей момент регулятор спрацює, контактор відключить піч і його потужність впаде до нуля. Внаслідок цього температура печі почне зменшуватись по кривій 1-2 доти, доки не буде досягнуто нижню межу зони нечутливості. У цей момент відбудеться нове ввімкнення печі, і її температура знову почне збільшуватися.

Таким чином, процес регулювання температури печі за двопозиційним принципом полягає у її зміні за пилкоподібною кривою біля заданого значення в межах інтервалів +∆ t1, -∆t1що визначаються зоною нечутливості регулятора.

Середня потужність печі залежить від співвідношення інтервалів часу її включеного та вимкненого стану. У міру прогріву печі і завантаження крива нагріву печі йтиме крутіше, а крива остигання печі - легше, тому відношення періодів циклу буде зменшуватися, а отже, падатиме і середня потужність Рср.

При двопозиційному регулюванні середня потужність печі весь час приводиться у відповідність до потужності, необхідної для підтримки постійної температури. Зона нечутливості сучасних терморегуляторів може бути зроблена малою і доведена до 0,1-0,2°С. Однак дійсні коливання температури печі можуть бути у багато разів більшими через динамічне запізнення в системі регулятор - піч.

Основним джерелом цього запізнення є інерція датчика - термопари, особливо якщо вона забезпечена двома чохлами захисними, керамічним і металевим. Чим більше запізнення, тим більше коливання температури нагрівача перевищують зону нечутливості регулятора. Крім того, амплітуди цих коливань дуже залежать від надлишку потужності печі. Чим більша потужність включення печі перевищує середню потужність, тим більші ці коливання.

Чутливість сучасних автоматичних потенціометрів є дуже високою і може задовольнити будь-які вимоги. Інерція датчика, навпаки, велика. Так, стандартна термопара у фарфоровому наконечнику із захисним чохлом має запізнення близько 20-60 с. Тому в тих випадках, коли коливання температури неприпустимі, як датчики застосовують незахищені термоелементи з відкритим кінцем. Це, однак, не завжди можливо через можливі механічні пошкодження датчика, а також попадання в прилади через термоелемент струмів витоку, що викликають неправильну їх роботу.

Можна досягти зменшення запасу потужності, якщо піч не включати і вимикати, а перемикати з одного ступеня потужності на іншу, причому вищий ступінь повинен бути лише не набагато більше споживаної піччю потужності, а нижча - ненабагато менше. У цьому випадку криві нагріву печі та її охолодження будуть дуже пологими і температура майже не виходитиме за межі зони нечутливості приладу.

Для того щоб здійснити таке перемикання з одного ступеня потужності на інший, необхідно мати можливість плавно або ступенями регулювати потужність печі. Таке регулювання може бути здійснено такими способами:

1) перемикання нагрівачів печі, наприклад, із «трикутника» на «зірку». Таке досить грубе регулювання пов'язане з порушенням рівномірності температури і застосовується лише в побутових електронагрівальних приладах,

2) включення послідовно з піччю регульованого активного чи реактивного опору. Цей спосіб пов'язаний з дуже великими втратами енергії або зниженням коефіцієнта потужності установки,

3) живлення печі через регулювальний трансформатор або автотрансформатор з перемиканням печі на різні ступені напруги. Тут регулювання також ступінчасте і порівняно грубе, так як регулюється напруга живлення, а потужність печі пропорційна квадрату цієї напруги. Крім того, мають місце додаткові втрати (у трансформаторі) та зниження коефіцієнта потужності,

4) фазове регулювання за допомогою напівпровідникових пристроїв. В цьому випадку живлення печі здійснюється через тиристори, кут включення яких змінюється системою керування. Таким шляхом можна отримати плавне регулювання потужності печі в широких межах майже без додаткових втрат, використовуючи безперервні методи регулювання – пропорційний, інтегральний, пропорційно-інтегральний. Відповідно до цих методів для кожного моменту часу повинна виконуватися відповідність поглинається піччю потужності та потужності, що виділяється в печі.

Найефектніший зі всіх способів регулювання температурного режимув електричних печах - імпульсне регулювання з використанням тиристорних регуляторів.

p align="justify"> Процес імпульсного регулювання потужності печі представлений на рис. 2. Періодичність роботи тиристорів вибирають залежно від теплової інерційності електричної печі опору.

Рис. 2. Тиристорний імпульсний регулятор температури електричної печі опору

Виділяють три основні способи імпульсного регулювання:

Імпульсне регулювання при частоті комутації - f до = 2f с (де f с - частота струму мережі живлення) зі зміною моменту відмикання тиристора називається фазоімпульсним або фазовим (криві 1),

Імпульсне регулювання з підвищеною частотою комутації f до

Імпульсне регулювання зі зниженою частотою комутації f до f (криві 3).