Automatska regulacija temperature u električnim pećnicama

U elektrootpornim pećima u većini slučajeva koristi se najjednostavnija vrsta regulacije temperature - dvopoložajna regulacija, kod koje izvršni element regulacijskog sustava - kontaktor ima samo dva krajnja položaja: «uključeno» i «isključeno». .

U uključenom stanju, temperatura peći raste, jer je njegova snaga uvijek odabrana s rezervom, a odgovarajuća stacionarna temperatura značajno premašuje njegovu radnu temperaturu. Kada je isključena, temperatura pećnice se eksponencijalno smanjuje.

Za idealizirani slučaj gdje nema dinamičkog kašnjenja u sustavu regulator-peć, rad on-off regulatora prikazan je na slici. 1, u kojem je u gornjem dijelu dana ovisnost temperature peći o vremenu, a u donjem dijelu odgovarajuća promjena njegove snage.

Riža. 1. Idealizirana shema rada dvopoložajnog regulatora temperature

Kad se peć zagrije, njena će snaga u početku biti konstantna i jednaka nazivnoj, pa će joj temperatura porasti do točke 1 kada dosegne vrijednost Tbutt + ∆t1. U ovom trenutku regulator će raditi, kontaktor će isključiti peć i njegova snaga će pasti na nulu. Kao rezultat toga, temperatura peći će se početi smanjivati ​​duž krivulje 1-2 dok se ne postigne donja granica mrtve zone. U tom trenutku peć će se ponovno uključiti i temperatura će ponovno početi rasti.

Dakle, proces regulacije temperature peći prema principu dva položaja sastoji se u njenoj promjeni po krivulji pile oko zadane vrijednosti u intervalima +∆t1, -∆t1 određenim mrtvom zonom regulatora.

Prosječna snaga peći ovisi o omjeru vremenskih intervala njegovog uključenog i isključenog stanja. Kako se peć zagrijava i puni, krivulja grijanja peći postat će strmija, a krivulja hlađenja peći će biti ravnija, tako da će se omjer ciklusa smanjiti i stoga će prosječna snaga Pav također pasti.

S dvopoložajnom regulacijom prosječna snaga pećnice se u svakom trenutku prilagođava snazi ​​potrebnoj za održavanje konstantne temperature. Mrtva zona modernih termostata može se učiniti vrlo malom i dovesti do 0,1-0,2 ° C. Međutim, stvarne fluktuacije u temperaturi peći mogu biti mnogo puta veće zbog dinamičkog kašnjenja u sustavu regulator-peć.

Glavni izvor ovog kašnjenja je inercija senzora termopara, posebno ako je opremljen s dva zaštitna omotača, keramičkim i metalnim.Što je veće ovo kašnjenje, to više fluktuacije temperature grijača prelaze mrtvu zonu regulatora. Osim toga, amplitude ovih oscilacija jako ovise o prekomjernoj snazi ​​peći. Što više sklopna snaga peći premašuje prosječnu snagu, veće su te fluktuacije.

Osjetljivost suvremenih automatskih potenciometara vrlo je visoka i može zadovoljiti sve zahtjeve. Naprotiv, inercija senzora je velika. Dakle, standardni termoelement u porculanskom vrhu sa zaštitnim poklopcem ima kašnjenje od oko 20-60 s. Stoga, u slučajevima kada su temperaturne fluktuacije neprihvatljive, nezaštićeni otvoreni termoelementi se koriste kao senzori. Međutim, to nije uvijek moguće zbog mogućih mehaničkih oštećenja senzora, kao i struja curenja kroz termoelemente u uređajima, što uzrokuje njihov kvar.

Smanjenje rezerve snage moguće je postići ako se peć ne pali i gasi, već se prebacuje s jednog stupnja snage na drugi, pri čemu viši stupanj treba biti samo malo veći od snage koju troši peć, a niže - ne puno manje. U tom će slučaju krivulje grijanja i hlađenja peći biti vrlo ravne i temperatura će jedva premašiti mrtvu zonu uređaja.

Da bi se izvršio takav prijelaz s jednog stupnja snage na drugi, potrebno je moći glatko ili stepenasto podešavati snagu peći. Takva se regulacija može provesti na sljedeće načine:

1) prebacivanje grijača peći, na primjer, iz «trokuta» u «zvijezdu».Takva vrlo gruba regulacija povezana je s kršenjem ujednačenosti temperature i koristi se samo u kućanskim električnim grijačima,

2) serijski spoj s peći s podesivim aktivnim ili jalovim otporom. Ova metoda je povezana s vrlo velikim gubicima energije ili smanjenjem faktora snage instalacije,

3) napajanje peći preko regulacijskog transformatora ili autotransformatora s uključivanjem peći na različitim naponskim razinama. Ovdje je regulacija također stepenasta i relativno gruba, jer je napon napajanja reguliran, a snaga peći je proporcionalna kvadratu ovog napona. Osim toga, postoje dodatni gubici (u transformatoru) i smanjenje faktora snage,

4) fazno upravljanje s poluvodičkim elementima. U ovom slučaju, peć se napaja tiristorima, čiji kut prebacivanja mijenja upravljački sustav. Na taj način je moguće dobiti glatku regulaciju snage peći u širokom rasponu, gotovo bez dodatnih gubitaka, korištenjem kontinuiranih metoda regulacije - proporcionalne, integralne, proporcionalno-integralne. U skladu s ovim metodama, za svaki trenutak vremena mora biti ispunjena korespondencija između snage koju apsorbira peć i snage oslobođene u peći.

Najučinkovitija od svih metoda kontrole temperature u električnim pećnicama je pulsna regulacija tiristorskim regulatorima.

Proces pulsiranja snage peći prikazan je na sl. 2. Radna frekvencija tiristora odabire se ovisno o toplinskoj inerciji peći za električni otpor.

Riža. 2.Tiristorski impulsni regulator temperature električna otporna peć

Postoje tri glavne metode regulacije otkucaja srca:

— upravljanje impulsom na frekvenciji sklopke — ek = 2ev (gdje je ek frekvencija struje opskrbne mreže) s promjenom trenutka paljenja tiristora naziva se fazni impuls ili faza (krivulje 1),

— moguća je regulacija impulsa s povećanom frekvencijom preklapanja

— regulacija impulsa sa smanjenom frekvencijom preklapanja (krivulje 3).

Impulsnom kontrolom moguće je postići glatku regulaciju snage u širokom rasponu bez dodatnih gubitaka, osiguravajući usklađenost s potrošenom peći i napajanjem iz mreže.

Riža. 3. Dijagram spajanja kontinuiranog regulatora temperature

Glavni elementi kruga: BT — tiristorski blok koji se sastoji od 6 tiristora, dva paralelno spojena u svakoj fazi peći, ALI — tiristorski kontrolni blok, generira signal za upravljačke elektrode tiristora, PTC — uređaj za kontrolu topline, prima signal iz temperaturnog senzora, obrađuje i daje na izlazu odstupanje u NO, PE — potenciometarski element, ima klizač koji se pomiče ED s mehaničkim prijenosom, ovisno o DT signalu, DT — temperaturni senzor (termopar), ISN — stabilizirani istosmjerni izvor napona, KL — linearni kontaktor, VA1, VA2 — automatski prekidači za zaštitu krugova od kratkog spoja.