Automatická regulácia teploty v elektrických rúrach

V elektrických odporových peciach sa vo väčšine prípadov používa najjednoduchší typ regulácie teploty - dvojpolohová regulácia, pri ktorej má výkonný prvok riadiaceho systému - stýkač iba dve koncové polohy: «zapnuté» a «vypnuté». .

V zapnutom stave teplota pece stúpa, pretože jej výkon je vždy zvolený s rezervou a zodpovedajúca ustálená teplota výrazne prevyšuje jej prevádzkovú teplotu. Keď je rúra vypnutá, teplota rúry klesá exponenciálne.

Pre idealizovaný prípad, keď v systéme regulátor - pec nie je žiadne dynamické oneskorenie, je činnosť regulátora zapnutia a vypnutia znázornená na obr. 1, na ktorom je v hornej časti uvedená závislosť teploty pece od času a v dolnej časti zodpovedajúca zmena jej výkonu.

Ryža. 1. Idealizovaná schéma činnosti dvojpolohového regulátora teploty

Keď sa pec zahreje, na začiatku bude jej výkon konštantný a rovný menovitému, takže jej teplota stúpne na bod 1, keď dosiahne hodnotu Tbutt + ∆t1. V tomto okamihu bude regulátor fungovať, stykač vypne pec a jej výkon klesne na nulu. Výsledkom je, že teplota pece začne klesať pozdĺž krivky 1-2, kým sa nedosiahne spodná hranica mŕtvej zóny. V tomto okamihu sa pec opäť zapne a jej teplota začne opäť stúpať.

Proces regulácie teploty pece na princípe dvoch polôh teda spočíva v jej zmene po pílovej krivke okolo nastavenej hodnoty v intervaloch +∆t1, -∆t1 určených mŕtvou zónou regulátora.

Priemerný výkon pece závisí od pomeru časových intervalov jej zapnutého a vypnutého stavu. Ako sa pec zahrieva a nabíja, krivka ohrevu pece bude strmšia a krivka ochladzovania pece bude plochejšia, takže pomer periód cyklu sa zníži, a preto klesne aj priemerný výkon Pav.

Pri dvojpolohovom ovládaní sa priemerný výkon rúry vždy prispôsobí výkonu potrebnému na udržanie konštantnej teploty. Mŕtva zóna moderných termostatov môže byť veľmi malá a upravená na 0,1-0,2 °C. Skutočné kolísanie teploty pece však môže byť mnohonásobne väčšie v dôsledku dynamického oneskorenia v systéme regulátor-pec.

Hlavným zdrojom tohto oneskorenia je zotrvačnosť snímača termočlánku, najmä ak je vybavený dvoma ochrannými plášťami, keramickým a kovovým.Čím väčšie je toto oneskorenie, tým viac kolísanie teploty ohrievača prekračuje pásmo necitlivosti regulátora. Okrem toho sú amplitúdy týchto oscilácií vysoko závislé od nadmerného výkonu pece. Čím viac spínací výkon pece prevyšuje priemerný výkon, tým väčšie sú tieto výkyvy.

Citlivosť moderných automatických potenciometrov je veľmi vysoká a dokáže splniť akúkoľvek požiadavku. Naopak, zotrvačnosť snímača je veľká. Štandardný termočlánok v porcelánovom hrote s ochranným krytom má teda oneskorenie asi 20-60 s. Preto sa v prípadoch, keď sú výkyvy teploty neprípustné, používajú ako snímače nechránené termočlánky s otvoreným koncom. To však nie je vždy možné z dôvodu možného mechanického poškodenia snímača, ako aj zvodových prúdov cez termočlánok v zariadeniach, ktoré spôsobujú ich poruchu.

Zníženie výkonovej rezervy je možné dosiahnuť, ak sa pec nezapína a nevypína, ale prepína sa z jedného výkonového stupňa na druhý, pričom vyšší stupeň by mal byť len o niečo vyšší ako výkon spotrebovaný pecou. nižšie - nie oveľa menej. V tomto prípade budú krivky ohrevu a chladenia pece veľmi ploché a teplota sotva prekročí mŕtvu zónu zariadenia.

Aby bolo možné vykonať takýto prechod z jedného výkonového stupňa na druhý, je potrebné, aby bolo možné plynulo alebo v krokoch nastavovať výkon pece. Takáto regulácia sa môže uskutočniť nasledujúcimi spôsobmi:

1) prepínanie ohrievačov pece, napríklad z «trojuholníka» na «hviezdu».Takáto veľmi hrubá regulácia je spojená s porušením rovnomernosti teploty a používa sa iba v domácich elektrických vykurovacích spotrebičoch,

2) sériové zapojenie s pecou s nastaviteľným aktívnym alebo jalovým odporom. Táto metóda je spojená s veľmi veľkými stratami energie alebo znížením účinníka zariadenia,

3) napájanie pece cez regulačný transformátor alebo autotransformátor so spínaním pece pri rôznych úrovniach napätia. Aj tu je regulácia stupňovitá a pomerne hrubá, pretože napájacie napätie je regulované a výkon pece je úmerný druhej mocnine tohto napätia. Okrem toho existujú ďalšie straty (v transformátore) a zníženie účinníka,

4) fázové riadenie s polovodičovými zariadeniami. V tomto prípade je pec napájaná tyristormi, ktorých uhol spínania mení riadiaci systém. Týmto spôsobom je možné získať plynulé riadenie výkonu pece v širokom rozsahu, takmer bez dodatočných strát, pomocou metód spojitého riadenia - proporcionálne, integrálne, proporcionálne-integrálne. V súlade s týmito metódami musí byť pre každý časový okamih splnený súlad medzi výkonom absorbovaným pecou a výkonom uvoľneným v peci.

Najúčinnejšou zo všetkých metód regulácie teploty v elektrických rúrach je pulzná regulácia s tyristorovými regulátormi.

Proces impulzného riadenia výkonu pece je znázornený na obr. 2. Pracovná frekvencia tyristorov sa volí v závislosti od tepelnej zotrvačnosti elektrickej odporovej pece.

Ryža. 2.Tyristorový pulzný regulátor teploty elektrická odporová pec

Existujú tri hlavné spôsoby regulácie srdcovej frekvencie:

— impulzné riadenie pri spínacej frekvencii — ek = 2ev (kde ek je frekvencia prúdu napájacej siete) so zmenou v momente zapálenia tyristora sa nazýva fázový impulz alebo fáza (krivky 1),

— je možná pulzná regulácia so zvýšenou frekvenciou spínania

— pulzná regulácia so zníženou frekvenciou spínania (krivky 3).

Pulznou reguláciou je možné dosiahnuť plynulú reguláciu výkonu v širokom rozsahu bez dodatočných strát so zabezpečením súladu so spotrebovanou pecou a napájaním zo siete.

Ryža. 3. Schéma zapojenia kontinuálneho regulátora teploty

Hlavné prvky obvodu: BT — tyristorový blok pozostávajúci zo 6 tyristorov, paralelne zapojených dva v každej fáze pece, ALE — tyristorový riadiaci blok, generuje signál do tyristorových riadiacich elektród, PTC — tepelné riadiace zariadenie, prijíma signál z teplotného snímača, spracováva a vydáva nezrovnalosť v NO, PE — potenciometer, má posúvač posunutý o ED s mechanickým prevodom v závislosti od signálu DT, DT — teplotný snímač (termočlánok), ISN — stabilizovaný zdroj jednosmerného napätia, KL — lineárny stýkač, VA1, VA2 — automatické spínače na ochranu obvodov pred skratmi.