Automatisk temperaturkontroll i elektriske ovner

I elektriske motstandsovner brukes i de fleste tilfeller den enkleste typen temperaturkontroll - to-posisjonskontroll, der det utøvende elementet i kontrollsystemet - kontaktoren bare har to endeposisjoner: «på» og «av» .

I på-tilstanden stiger temperaturen på ovnen, fordi dens kraft alltid velges med en margin, og den tilsvarende steady-state-temperaturen overstiger dens driftstemperatur betydelig. Når den er slått av, synker temperaturen i ovnen eksponentielt.

For det idealiserte tilfellet der det ikke er noen dynamisk forsinkelse i kontrolleren-ovnssystemet, er driften av på-av-kontrolleren vist i fig. 1, hvor avhengigheten av ovnstemperaturen av tid er gitt i den øvre del, og den tilsvarende endring i kraften i den nedre del.

Ris. 1. Idealisert skjema for drift av en to-posisjons temperaturregulator

Når ovnen varmes opp, vil kraften i begynnelsen være konstant og lik den nominelle, så temperaturen vil stige til punkt 1 når den når verdien Tbutt + ∆t1. På dette tidspunktet vil regulatoren fungere, kontaktoren vil slå av ovnen og kraften vil falle til null. Som et resultat vil ovnstemperaturen begynne å synke langs kurve 1-2 inntil den nedre grensen for dødsonen er nådd. På dette tidspunktet vil ovnen slå seg på igjen og temperaturen vil begynne å stige igjen.

Dermed består prosessen med å regulere temperaturen på ovnen i henhold til prinsippet om to posisjoner i dens endring langs en sagkurve rundt den innstilte verdien i intervallene +∆t1, -∆t1 bestemt av dødsonen til kontrolleren.

Den gjennomsnittlige kraften til ovnen avhenger av forholdet mellom tidsintervallene for dens på- og av-tilstand. Etter hvert som ovnen varmes opp og lades, vil ovnens varmekurve bli brattere og ovnens kjølekurve vil bli flatere, slik at syklusperiodeforholdet vil avta og derfor vil også gjennomsnittseffekten Pav falle.

Med to-posisjonskontroll justeres ovnens gjennomsnittlige effekt til enhver tid til den effekten som kreves for å opprettholde en konstant temperatur. Dødsonen til moderne termostater kan gjøres veldig liten og bringes til 0,1-0,2 ° C. Imidlertid kan de faktiske svingningene i ovnstemperaturen være mange ganger større på grunn av den dynamiske forsinkelsen i kontrolleren-ovnssystemet.

Hovedkilden til denne forsinkelsen er tregheten til termoelementsensoren, spesielt hvis den er utstyrt med to beskyttende skall, keramikk og metall.Jo større denne forsinkelsen er, desto mer overskrider varmerens temperatursvingninger kontrollerens dødbånd. I tillegg er amplitudene til disse oscillasjonene svært avhengig av ovnens overskuddseffekt. Jo mer koblingskraften til ovnen overstiger gjennomsnittseffekten, desto større er disse svingningene.

Følsomheten til moderne automatiske potensiometre er svært høy og kan oppfylle alle krav. Tvert imot er tregheten til sensoren stor. Således har et standard termoelement i en porselensspiss med et beskyttende deksel en forsinkelse på omtrent 20-60 s. Derfor, i tilfeller der temperatursvingninger er uakseptable, brukes ubeskyttede termoelementer med åpen ende som sensorer. Dette er imidlertid ikke alltid mulig på grunn av mulig mekanisk skade på sensoren, samt lekkasjestrømmer gjennom termoelementet i enhetene, noe som får dem til å fungere feil.

Det er mulig å oppnå en reduksjon i kraftreserven hvis ovnen ikke slås av og på, men skiftes fra ett effekttrinn til et annet, og det høyere trinnet skal bare være litt mer enn strømmen som forbrukes av ovnen, og lavere - ikke mye mindre. I dette tilfellet vil oppvarmings- og kjølekurvene til ovnen være veldig flate og temperaturen vil neppe overstige enhetens dødsone.

For å gjøre en slik overgang fra ett effekttrinn til et annet, er det nødvendig å kunne justere ovnseffekten jevnt eller i trinn. Slik regulering kan utføres på følgende måter:

1) bytte ovnsovner, for eksempel fra «trekant» til «stjerne».En slik veldig grov regulering er assosiert med brudd på temperaturensartethet og brukes bare i elektriske husholdningsapparater,

2) seriekobling med ovnen med justerbar aktiv eller reaktiv motstand. Denne metoden er forbundet med svært store energitap eller en reduksjon i kraftfaktoren til installasjonen,

3) å drive ovnen gjennom en reguleringstransformator eller en autotransformator med ovnskobling ved forskjellige spenningsnivåer. Her er reguleringen også trinnvis og relativt grov, siden forsyningsspenningen er regulert, og ovnseffekten er proporsjonal med kvadratet av denne spenningen. I tillegg er det ytterligere tap (i transformatoren) og reduksjon i effektfaktor,

4) fasekontroll med halvlederenheter. I dette tilfellet drives ovnen av tyristorer, hvis koblingsvinkel endres av kontrollsystemet. På denne måten er det mulig å oppnå en jevn kontroll av ovnseffekten over et bredt område, nesten uten ytterligere tap, ved bruk av kontinuerlige kontrollmetoder - proporsjonal, integral, proporsjonal-integral. I samsvar med disse metodene, for hvert øyeblikk av tid, må samsvaret mellom kraften som absorberes av ovnen og kraften som frigjøres i ovnen oppfylles.

Den mest effektive av alle metoder for temperaturkontroll i elektriske ovner er pulsregulering med tyristorregulatorer.

Pulskontrollprosessen til ovnskraften er vist i fig. 2. Driftsfrekvensen til tyristorene velges avhengig av den termiske tregheten til den elektriske motstandsovnen.

Ris. 2.Tyristor puls temperaturkontroller elektrisk motstandsovn

Det er tre hovedmetoder for hjertefrekvensregulering:

— pulsstyring ved koblingsfrekvens — ek = 2ev (der ek er frekvensen til forsyningsnettstrømmen) med en endring i tenningsøyeblikket til tyristoren kalles en fasepuls eller fase (kurve 1),

— pulsregulering med økt koblingsfrekvens er mulig

— pulsregulering med redusert koblingsfrekvens (kurve 3).

Gjennom pulsstyring er det mulig å oppnå en jevn effektkontroll over et bredt område uten ytterligere tap, noe som sikrer samsvar med den forbrukte ovnen og strømforsyningen fra nettverket.

Ris. 3. Tilkoblingsskjema for den kontinuerlige temperaturregulatoren

Hovedelementene i kretsen: BT — tyristorblokk bestående av 6 tyristorer, koblet to parallelt i hver fase av ovnen, MEN — tyristorkontrollblokk, genererer et signal til tyristorkontrollelektrodene, PTC — varmekontrollenhet, mottar en signal fra temperatursensor, behandler og sender ut et avvik i NO, PE — potensiometerelement, har en glider beveget av ED med en mekanisk overføring, avhengig av DT-signalet, DT — temperaturføler (termoelement), ISN — stabilisert likespenningskilde, KL — lineær kontaktor, VA1, VA2 — automatiske brytere for å beskytte kretser mot kortslutninger.