Автоматичен контрол на температурата в електрически фурни

В електрическите съпротивителни пещи в по -голямата част от случаите се използва най -простият тип контрол на температурата — управление в две позиции, при който изпълнителният елемент на системата за управление — контакторът има само две крайни позиции: «включено» и «изключено».

При включено състояние температурата на пещта се повишава, тъй като нейната мощност винаги се избира с запас, а съответната стационарна температура значително надвишава нейната работна температура. При изключване температурата на фурната намалява експоненциално.

За идеализирания случай, когато няма динамично забавяне в системата контролер-пещ, работата на контролера за включване и изключване е показана на фиг. 1, в който в горната част е дадена зависимостта на температурата на пещта от времето, а в долната част съответната промяна в нейната мощност.

Ориз. 1. Идеализирана схема на работа на двупозиционен температурен регулатор

Когато пещта се загрее, в началото мощността й ще бъде постоянна и равна на номиналната, така че температурата й ще се повиши до точка 1, когато достигне стойността Tзадник + ∆t1. В този момент регулаторът ще работи, контакторът ще изключи пещта и мощността му ще падне до нула. В резултат на това температурата на пещта ще започне да намалява по кривата 1-2, докато се достигне долната граница на мъртвата зона. В този момент пещта ще се включи отново и температурата й ще започне отново да се повишава.

По този начин процесът на регулиране на температурата на пещта съгласно принципа на две позиции се състои в промяната й по крива на трион около зададената стойност в интервалите +∆t1, -∆t1определена от мъртвата зона на контролера.

Средната мощност на пещта зависи от съотношението на времевите интервали на нейното включено и изключено състояние. Тъй като пещта се затопля и се зарежда, кривата на нагряване на пещта ще стане по -стръмна, а кривата на охлаждане на пещта ще бъде по -плоска, така че съотношението на периодите на цикъла ще намалее и следователно средната мощност Pav също ще падне.

С двупозиционно управление средната мощност на фурната се регулира през цялото време спрямо мощността, необходима за поддържане на постоянна температура. Мъртвата зона на съвременните термостати може да се направи много малка и да се доведе до 0,1-0,2 ° C. Реалните колебания в температурата на пещта обаче могат да бъдат многократно по-големи поради динамичното забавяне в системата на контролер-пещ.

Основният източник на това забавяне е инерцията на сензора на термодвойката, особено ако е оборудван с две защитни обвивки, керамична и метална. Колкото по -голямо е това забавяне, толкова повече колебанията в температурата на нагревателя надвишават мъртвата зона на контролера. В допълнение, амплитудите на тези трептения са силно зависими от излишната мощност на пещта. Колкото повече превключващата мощност на пещта надвишава средната мощност, толкова по -големи са тези колебания.

Чувствителността на съвременните автоматични потенциометри е много висока и може да отговори на всяко изискване. Напротив, инерцията на сензора е голяма. По този начин стандартната термодвойка в порцеланов връх със защитна обвивка има закъснение от около 20-60 s.Следователно, в случаите, когато температурните колебания са неприемливи, като сензори се използват незащитени термоелементи с отворен край. Това обаче не винаги е възможно поради възможни механични повреди на сензора, както и изтичащи токове през термодвойката в устройствата, причинявайки им неизправност.

Възможно е да се постигне намаляване на резерва на мощност, ако пещта не се включва и изключва, а се превключва от един етап на захранване в друг, а по -високият етап трябва да бъде само малко повече от консумираната мощност от пещта, а долната — не много по -малко. В този случай кривите на отопление и охлаждане на пещта ще бъдат много плоски и температурата едва ли ще надхвърли мъртвата зона на устройството.

За да се извърши такова превключване от един етап на захранване към друг, е необходимо да може да се регулира плавно или на стъпки мощността на пещта. Такова регулиране може да се извърши по следните начини:

1) превключване на нагреватели на пещи, например от «триъгълник» на «звезда». Такъв много груб регламент е свързан с нарушаване на равномерността на температурата и се използва само в домакински електрически отоплителни уреди,

2) последователно свързване с пещта с регулируемо активно или реактивно съпротивление. Този метод е свързан с много големи загуби на енергия или намаляване на коефициента на мощност на инсталацията,

3) захранване на пещта чрез регулиращ трансформатор или автотрансформатор с превключване на пещта на различни нива на напрежение. Тук регулирането също е поетапно и относително грубо, тъй като захранващото напрежение се регулира, а мощността на пещта е пропорционална на квадрата на това напрежение. Освен това има допълнителни загуби (в трансформатора) и намаляване на коефициента на мощност,

4) фазово управление с полупроводникови устройства. В този случай пещта се захранва чрез тиристори, чийто ъгъл на превключване се променя от системата за управление. По този начин е възможно да се получи плавен контрол на мощността на пещта в широк диапазон, почти без допълнителни загуби, като се използват непрекъснати методи за управление — пропорционални, интегрални, пропорционално -интегрални. В съответствие с тези методи за всеки момент от време трябва да се изпълни съответствието между мощността, погълната от пещта, и мощността, освободена в пещта.

Най -ефективният от всички методи за контрол на температурата в електрическите фурни е импулсно регулиране с тиристорни регулатори.

Процесът на импулсно управление на мощността на пещта е показан на фиг. 2. Честотата на работа на тиристорите се избира в зависимост от топлинната инерция на пещта с електрическо съпротивление.

Ориз. 2. Тиристорен импулсен регулатор на температурата електрическа съпротивителна пещ

Има три основни метода за регулиране на пулса:

— управление на импулса при честота на превключване — еk = 2ев (където еc е честотата на тока на захранващата мрежа) с промяна в момента на запалване на тиристора се нарича фазов импулс или фаза (криви 1),

— импулсно регулиране с повишена честота на превключване еДа се

— импулсно регулиране с намалена честота на превключване еДа се еs (криви 3).

Чрез импулсно управление е възможно да се постигне плавен контрол на мощността в широк диапазон без допълнителни загуби, осигурявайки съответствие с консумираната пещ и захранването от мрежата.

Ориз. 3. Схема на свързване на непрекъснатия температурен регулатор

Основните елементи на веригата: BT — тиристорен блок, състоящ се от 6 тиристора, свързани два паралелно във всяка фаза на пещта, НО — тиристорен блок за управление, генерира сигнал към тиристорните управляващи електроди, PTC — устройство за управление на топлината, получава сигнал от температурен датчик, обработва и издава несъответствие в НО, PE — потенциометричен елемент, има плъзгач, преместен от ED с механично предаване, в зависимост от DT сигнала, DT — температурен сензор (термодвойка), ISN — източник на стабилизирано DC напрежение, KL — линеен контактор, VA1, VA2 — автоматични превключватели за защита на вериги от късо съединение.