Automatisk temperaturkontroll i elektriska ugnar
I elektriska motståndsugnar används i de flesta fall den enklaste typen av temperaturkontroll - tvålägeskontroll, där det verkställande elementet i styrsystemet - kontaktorn har endast två ändlägen: «på» och «av» .
I påslaget tillstånd stiger ugnens temperatur, eftersom dess effekt alltid väljs med en marginal, och motsvarande stationära temperatur överstiger avsevärt dess driftstemperatur. När ugnen stängs av sjunker temperaturen exponentiellt.
För det idealiserade fallet där det inte finns någon dynamisk fördröjning i regulator-ugnssystemet, visas driften av on-off-regulatorn i fig. 1, i vilken ugnstemperaturens beroende av tiden anges i den övre delen och motsvarande förändring av dess effekt i den nedre delen.
Ris. 1. Idealiserat driftschema för en temperaturregulator med två lägen
När ugnen värms upp kommer dess effekt i början att vara konstant och lika med den nominella, så dess temperatur kommer att stiga till punkt 1 när den når värdet Tbutt + ∆t1. Vid denna tidpunkt kommer regulatorn att fungera, kontaktorn kommer att stänga av ugnen och dess effekt kommer att sjunka till noll. Som ett resultat kommer ugnstemperaturen att börja minska längs kurva 1-2 tills den nedre gränsen för dödzonen nås. Vid denna tidpunkt kommer ugnen att slås på igen och dess temperatur kommer att börja stiga igen.
Processen att reglera ugnens temperatur enligt principen om två lägen består således i dess förändring längs en sågkurva runt det inställda värdet i intervallen +∆t1, -∆t1 som bestäms av regulatorns dödzon.
Ugnens genomsnittliga effekt beror på förhållandet mellan tidsintervallen för dess på och av tillstånd. När ugnen värms upp och laddas kommer ugnsvärmekurvan att bli brantare och ugnskylningskurvan blir plattare, så cykelperiodförhållandet kommer att minska och därför kommer också medeleffekten Pav att sjunka.
Med tvålägeskontroll justeras ugnens medeleffekt hela tiden till den effekt som krävs för att hålla en konstant temperatur. Den döda zonen hos moderna termostater kan göras mycket liten och bringas till 0,1-0,2 ° C. De faktiska fluktuationerna i ugnstemperaturen kan dock vara många gånger större på grund av den dynamiska fördröjningen i styr-ugnssystemet.
Huvudkällan till denna fördröjning är trögheten hos termoelementsensorn, särskilt om den är utrustad med två skyddande skal, keramik och metall.Ju större denna fördröjning, desto mer överskrider värmarens temperaturfluktuationer regulatorns dödband. Dessutom är amplituderna för dessa oscillationer starkt beroende av ugnens överskottseffekt. Ju mer omkopplingseffekten hos ugnen överstiger medeleffekten, desto större är dessa fluktuationer.
Känsligheten hos moderna automatiska potentiometrar är mycket hög och kan uppfylla alla krav. Tvärtom är sensorns tröghet stor. Således har ett standardtermoelement i en porslinsspets med ett skyddande hölje en fördröjning på cirka 20-60 s. Därför, i de fall där temperaturfluktuationer är oacceptabla, används oskyddade öppna termoelement som sensorer. Detta är dock inte alltid möjligt på grund av eventuell mekanisk skada på sensorn, såväl som läckströmmar genom termoelementet i enheterna, vilket gör att de inte fungerar.
Det är möjligt att uppnå en minskning av effektreserven om ugnen inte slås på och av, utan växlas från ett effektsteg till ett annat, och det högre steget bör bara vara något mer än den effekt som förbrukas av ugnen, och lägre - inte mycket mindre. I detta fall kommer ugnens uppvärmnings- och kylkurvor att vara mycket platta och temperaturen kommer knappast att överstiga enhetens döda zon.
För att göra en sådan omkoppling från ett effektsteg till ett annat är det nödvändigt att kunna justera ugnseffekten smidigt eller i steg. Sådan reglering kan utföras på följande sätt:
1) byta ugnsvärmare, till exempel från «triangel» till «stjärna».En sådan mycket grov reglering är förknippad med en kränkning av temperaturlikformighet och används endast i elektriska hushållsapparater,
2) seriekoppling med ugnen med justerbart aktivt eller reaktivt motstånd. Denna metod är förknippad med mycket stora energiförluster eller en minskning av installationens effektfaktor,
3) strömförsörjning av ugnen genom en reglertransformator eller en autotransformator med ugnsomkoppling vid olika spänningsnivåer. Här är regleringen också stegvis och relativt grov, eftersom matningsspänningen är reglerad, och ugnseffekten är proportionell mot kvadraten på denna spänning. Dessutom finns det ytterligare förluster (i transformatorn) och minskning av effektfaktor,
4) faskontroll med halvledarenheter. I detta fall drivs ugnen av tyristorer, vars omkopplingsvinkel ändras av styrsystemet. På detta sätt är det möjligt att erhålla en jämn kontroll av ugnseffekten över ett brett område, nästan utan ytterligare förluster, med hjälp av kontinuerliga styrmetoder - proportionell, integral, proportionell-integral. I enlighet med dessa metoder måste för varje ögonblick överensstämmelsen mellan den effekt som absorberas av ugnen och den effekt som frigörs i ugnen uppfyllas.
Den mest effektiva av alla metoder för temperaturkontroll i elektriska ugnar är pulsreglering med tyristorregulatorer.
Pulsstyrningsprocessen för ugnseffekten visas i fig. 2. Tyristorernas arbetsfrekvens väljs beroende på den termiska trögheten hos den elektriska motståndsugnen.
Ris. 2.Tyristor puls temperaturregulator elektrisk motstånd ugn
Det finns tre huvudmetoder för pulsreglering:
— pulsstyrning vid omkopplingsfrekvens — ek = 2ev (där ek är frekvensen för nätströmmen) med en ändring i tyristorns antändningsmoment kallas en faspuls eller fas (kurvor 1),
— pulsreglering med ökad kopplingsfrekvens är möjlig
— pulsreglering med reducerad kopplingsfrekvens (kurvor 3).
Genom pulsstyrning är det möjligt att uppnå en jämn effektkontroll över ett brett område utan ytterligare förluster, vilket säkerställer överensstämmelse med den förbrukade ugnen och strömförsörjningen från nätverket.
Ris. 3. Anslutningsschema för den kontinuerliga temperaturregulatorn
Huvudelementen i kretsen: BT — tyristorblock bestående av 6 tyristorer, anslutna två parallellt i varje fas i ugnen, MEN — tyristorkontrollblock, genererar en signal till tyristorkontrollelektroderna, PTC — värmestyrningsanordning, tar emot en signal från temperatursensor, bearbetar och matar ut en avvikelse i NO, PE — potentiometerelement, har en skjutreglage flyttad av ED med en mekanisk transmission, beroende på DT-signalen, DT — temperatursensor (termoelement), ISN — stabiliserad DC-spänningskälla, KL — linjär kontaktor, VA1, VA2 — automatiska omkopplare för att skydda kretsar från kortslutning.