Меню

Регулировка напряжением керамического нагревателя



Бездатчиковая Стабилизация Температуры Электронагревателя

Особенностью данной конструкции стабилизатора температуры нагревательного прибора является отсутствие какого-либо внешнего датчика контроля. Датчиком в данной схеме служит сам нагреватель, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры. Данную схему стабилизатора можно применить в замен вышедшего из строя штатного стабилизатора или же в случаях, где вмешательство в конструкцию прибора не желательно.

Схема стабилизатора, выполненная на отечественной элементной базе, показана на рисунке выше. На транзисторах VT2 и VT3 собран генератор импульсов, управляющий симистором VS1 , который коммутирует нагреватель ЕК1 в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Это минимизирует коммутационные помехи и мощность, расходуемую на управление симистором. Диоды VD1 и VD4 служат выпрямителями, а стабилитроны VD5 и VD7 — стабилизаторами напряжения питания компаратора DA1 и генератора.

Сопротивление нагревателя ЕК1 образует с резисторами R1-R4 измерительный мост, к диагонали которого подключены входы компаратора DA1. Сопротивление и мощность резистора R4 должны составлять приблизительно 0,5% соответствующих параметров нагревателя. Падение напряжения на этом резисторе — 1,1. 1,2 В .

С помощью резисторов R2 и R3 добиваются, чтобы мост был сбалансирован при номинальной или максимально допустимой (в зависимости от решаемой задачи) температуре нагревателя. Анализ баланса происходит при открытом симисторе VS1 и только в отрицательных полупериодах сетевого напряжения, когда транзистор VT1 закрыт отрицательным напряжением, снимаемым с резистора R4 чем разрешена работа компаратора DA1 .

Если температура, а следовательно, и сопротивление нагревателя выше заданных, уровень на выходе компаратора при его включении становится низким Конденсатор С3 быстро разряжается через резистор R9 . На эмиттер транзистора VT2 через резистор R12 и диод VD9 поступает отрицательное напряжение, блокирующее генератор импульсов. Генератор возобновит работу лишь после зарядки конденсатора С3 через резистор R12 .

В ближайшем после возобновления работы генератора отрицательном полупериоде сетевого напряжения компаратор DA1 вновь « проверит » сопротивление нагревателя ЕК1 , и в зависимости от результата генератор либо продолжит работу, либо вновь будет заблокирован. Поэтому при перегреве напряжение на нагреватель поступает лишь кратковременно с паузами, зависящими от постоянной времени цепи R12C3 . Если температура ниже заданной, нагреватель работает непрерывно.

Печатная плата для схемы стабилизатора температуры показана на рисунке выше. Плата двухсторонняя из фольгированного стеклотекстолита. Симистор VS1 КУ208Г1 в корпусе TO-220 запаивается непосредственно на плату и вместе с ней крепится к теплоотводу. Сетевое напряжение и нагреватель подключаются к соответствующим разъёмам.

Для указанного типа симистора мощность нагревательного элемента не должна превышать 1 кВт . При мощности нагревателя более 1 кВт необходимо заменить симистор VS1 указанного на схеме типа на более мощный (например, серий ТС106, ТС112 ).

Каждый из стабилитронов Д814Д можно заменить парой соединенных последовательно низковольтных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 12. 15 В , например, КС162А, КС168А, КС175А .

Смонтировав все элементы, кроме диода VD9 к стабилизатору подключают нагреватель и включают его в сеть. Прежде всего проверяют напряжение между выводами 11 и 6 компаратора DA1 , которое должно находиться в пределах 24…30 В . Если при наличии импульсов на коллекторе транзистора VT3 симистор VS1 не открывается или открывается лишь в положительных полупериодах сетевого напряжения, в стабилизаторе уменьшают сопротивление резистора R14 .

Далее правый по схеме вывод резистора R12 временно соединяют перемычкой с « общим » проводом (например, с катодом диода VD3 ) и убеждаются, что с помощью подстроечного резистора R3 можно установить на конденсаторе С3 два значения напряжения — почти нулевое и близкое к напряжению стабилизации стабилитрона VD5 .

Окончательно регулируют прибор после удаления временной перемычки и установки диода VD9 . Переведя переменный резистор R2 в одно из крайних положений и выждав время достаточное для установления теплового режима измеряют температуру нагревателя или обогреваемой среды. Такие же измерения повторяют при нескольких положениях рукоятки управления резистором R2. По полученным результатам резистор можно снабдить шкалой, проградуированной в значениях температуры. Границы интервала регулирования корректируют подстроечным резистором R3 , заменяя при необходимости и переменный резистор R2 аналогичным другого номинала.

Источник

Терморегулятор нагрева непрерывного действия

Терморегулятор нагрева непрерывного действия (далее — «терморегулятор») предназначен для применения в системах регулирования температуры, использующих электрические нагреватели с питанием от однофазной сети переменного тока

220-230В, 50Гц, таких как: дистилляторы, инкубаторы, системы электроотопления, и т.д. Регулирующим элементом терморегулятора является симистор с управляемой фазой отпирания, что обеспечивает плавное и непрерывное (в отличие от регуляторов с релейным выходом) изменение мощности подключенного нагревательного элемента как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Схема фазового управления симистором реализована на китайском клоне arduino LGT8F328P-LQFP32 MiniEVB. Вместо оптопары РС817 можно использовать РС814, тогда диодный мост VD2 можно заменить перемычками. В авторском варианте схема запитана от импульсного маломощного блока питания 12V, 1,25A (MN15-12).

Для кулера симистора мной использован радиатор от УНЧ бобинного магнитофона «Юпитер 203». Разводка платы выполнена для него. Можно использовать другой алюминиевый радиатор с размерами 45*45 мм., сделав в нем соответствующие крепежные отверстия. При управлении нагрузкой до 1 кВт радиатор практически холодный, для бОльших нагрузок применен вентилятор 12V 45*45 или 40*40, закрепленный на радиаторе.

Датчик температуры использован цифровой DS18S20, в герметичной гильзе, длина кабеля 1 м.

При правильной сборке и заливке соответствующей прошивки, схема в наладке не нуждается.

Испытания проводил нагреванием воды в старой кастрюле на электрической плитке:

Корпус использовал фабричный, NM9, плата разведена под него.

Основные технические характеристики терморегулятора:

  • диапазон температур регулируемой среды: 0-120 ºC;
  • сеть питания: однофазная,

220-230В, 50Гц;

  • максимальная мощность подключаемого нагревательного элемента 3 кВт;
  • точность измерения температуры датчиком +/- 0,5ºC;
  • точность поддержания температуры в автоматическом режиме — +/- 0,1ºC.
  • Описание работы устройства.

    Терморегулятор имеет два режима работы — ручной и автоматический.

    В ручном режиме оператор может регулировать мощность нагревательного элемента (OP — » output point») вращением ручки энкодера в направлении по часовой стрелке (увеличение) или против часовой стрелки (уменьшение мощности). Диапазон регулирования мощности — 0-100% с шагом в ручном режиме 1%.

    В автоматическом режиме оператор может задавать уставку по температуре (SP — «set point «) в градусах Цельсия с помощью энкодера. Установленное задание будет поддерживаться автоматически регулятором, который реализован программно на микроконтроллере. В зависимости от отклонения текущей, измеренной датчиком, температуры среды (PV — » point value») от задания SP регулятор, по специальному алгоритму, увеличивает или уменьшает мощность нагревательного элемента OP для устранения отклонения.

    Органы управления и отображения.

    Дисплей терморегулятора — жидкокристаллический, с светодиодной подсветкой. Имеет две строки по 16 символов. В рабочих режимах на дисплей выводятся текущие значения измеренной температуры (PV ) и задания по температуре (SP) в градусах Цельсия, а также выходная мощность (OP) в процентах от максимума. В ручном режиме у отметки OP подсвечивается символ «*». В режиме инженерного меню на дисплей выводятся наименования и текущие значения параметров настройки ПИД регулятора с возможностью их изменения.

    Энкодер предназначен для изменения параметров путем вращения ручки по часовой стрелке (увеличение) или против часовой стрелки (уменьшение значения). В ручном режиме оператору предоставляется возможность изменять выходную мощность (OP), в автоматическом — задание по температуре (SP). Нажатием на вал энкодера вниз в осевом направлении сохраняется в память микроконтроллера значение SP. В режиме инженерного меню есть возможность выбирать , изменять и сохранять в память параметры настройки ПИД регулятора: Kr, Ti, Td, OP0.

    Переключатель режимов представляет собой тумблер с двумя положениями «РУЧ» и «АВТ», который переводит регулятор в ручной или автоматический режим соответственно.

    Блокатор энкодера представляет собой тумблер с двумя положениями, который в положении «LOCK» блокирует реакцию регулятора на вращение ручки энкодера. Это является средством защиты от случайного изменения параметров.

    Кнопка «RES» — сброс микроконтроллера. Ее нажатие инициирует перезагрузку и перезапуск вычислительной системы.

    Инженерное меню.

    Переход в инженерное меню обеспечивается нажатием и удержанием в нажатом состоянии вала (кнопки) энкодера при перезагрузке программы микроконтроллера до появления надписи «SETUP» в верхней строке дисплея . Вращением ручки выбирается параметр (Kr, Ti, Td, OP0), значение которого нужно изменить. Однократное нажатие кнопки энкодера на выбранном параметре переводит его в режим изменения. Далее, вращением ручки по часовой стрелке (увеличение) или против часовой стрелки (уменьшение) выставляется необходимое значение параметра и нажатием на кнопку энкодера сохраняется в память.

    Порядок работы.

    Для начала работы , подключите термодатчик к регулятору. Обеспечьте надежный контакт корпуса датчика со средой, температура которой регулируется. В ручном режиме возможна работа без подключения датчика.

    Подключите вилку нагревательного элемента к розетке терморегулятора.

    Включите вилку терморегулятора в розетку сети переменного тока 220 -230 В, 50Гц.

    С помощью переключателя режимов выберите желаемый режим работы (ручной или автоматический). С помощью ручки энкодера выставьте необходимое значение OP или SP. При необходимости, включите блокировку энкодера и сохраните текущее значение SP в память.

    Рекомендуемый алгоритм работы следующий:

    1. Включите регулятор в ручном режиме.
    2. Регулируя выходную мощность OP, достигните желаемой температуры Вашего процесса.
    3. Переключите режим в «АВТ».
    4. При необходимости, скорректируйте значение SP.
    5. Включите блокатор энкодера.
    6. Нажатием на кнопку энкодера, сохраните текущее значение SP в память микроконтроллера.

    Настройка параметров ПИД регулятора

    Регулировка мощности нагрева в автоматическом режиме выполняется по следующей формуле (формула обще — принципиальная, не учитывает особенности программной числовой реализации):

    Tk — текущая температура среды, измеренная датчиком,

    t — текущее время,

    k — номер итерации.

    По умолчанию параметры имеют следующие значения:

    Установка Ti=0 или Td=0 выключает интегральную или дифференциальную составляющую расчета соответственно.

    Kr — общий коэффициент передачи регулятора. Его увеличение приводит к уменьшению статической ошибки регулирования, то есть усиливает реакцию регулятора на отклонение температуры от уставки. Kr отвечает за мгновенную реакцию регулятора на изменение регулируемого параметра. Слишком большое значение Kr может привести к неустойчивой работе регулятора, возникновению автоколебаний.

    Ti — время интегрирования. Использование интегральной составляющей позволяет сделать статическую ошибку нулевой, то есть повысить точность регулирования. Если Kr определяет мгновенную реакцию регулятора на параметр регулирования, то отношение Kr/Ti — определяет инерционность регулятора. Чем больше значение Ti, тем медленнее регулятор «дотягивает» параметр до значения уставки SP. Для отсутствии колебаний параметра при регулировании инерционность регулятора (Ti) не должна быть меньше инерционности объекта регулирования. Малое значение Ti может привести к неустойчивой работе регулятора, возникновению автоколебаний.

    Td — время дифференцирования. Дифференциальная составляющая обеспечивает мгновенную реакцию регулятора на изменение отклонения Ek. Дифференциальное регулирование еще называют «упреждающим». Эта составляющая усиливает отработку регулятором быстрых коротких бросков параметра. Слишком большое значение Td может привести к неустойчивой работе регулятора, возникновению автоколебаний.

    OP0 — начальная точка регулятора. Это значение мощности выставляется сразу после включения или перезагрузки.

    Источник

    Электрический керамический обогреватель за 500 рублей своими руками

    Впереди сезон отопления для частных домов. В продаже все большую популярность набирают керамические настенные обогреватели. Особенно для отопления каркасных домов-термосов.

    В наше время все более оптимальным становится отопление от электричества с минимальными вложениями в оборудование (котлы, трубы, радиаторы), т.к. срок окупаемости всего этого из-за стоимости пеллет, угля, газа все больше и больше увеличивается.

    Плюс таких обогревателей вижу в том, что они смотрятся не только как электрический отопительный прибор, но и как декоративный элемент под окном. Цвет можно выбрать, наиболее подходящий под интерьер.

    В каркасном доме у своих знакомых керамические обогреватели вообще вмонтированы в стены под окнами. Не знаю как решен вопрос пожаробезопасности. Но такое решение видел.

    Цены на керамические обогреватели из-за встроенного электронного терморегулятора не такие комфортные. На приобретение обогревателей на несколько комнат нужна существенная сумма.

    Но есть решение из серии DIY (сделай сам). Можно легко изготовить подобные керамические обогреватели, затратив на каждый порядка 500 руб. Смотрим видео:

    Идея сборки такого обогревателя взята на канале Михалыч в youtube. Но там качество съемки оставляет желать лучшего.

    Берем лист керамогранита нужной площади с необходимой расцветкой и металлические Z-образные уголки. Два для крепления на дюбеля к стене и один – как подпорка для вертикального положения обогревателя. Приклеиваем (фиксируем) их на жидкие гвозди.

    Отмеряем два мотка кабеля по 5 м . Это даст нам примерную мощность обогревателя 350 Вт . Фиксируем заранее приобретенный греющий кабель необходимого сопротивления ( 66 Ом ) на малярный скотч. Кабель выгодно приобрести на алиэкспресс (ссылка в описании к видео). Кабель фиксируем тоже жидкими гвоздями. Как высохнет – малярный скотч убираем. Соединяем концы кабеля и подключаем к внешнему электрокабелю. Делаем параллельное подключение этих двух отрезков по 5 м к 220В. Проверяем на нагрев.

    Схема подключения. Только в нашем случае будет два таких параллельно соединенных кабеля

    Заливается пескоцементной смесью (или кафельным клеем). Можно еще покрыть грунтовкой, что бы раствор не так крошился.

    Источник

    Источники питания карбидокремниевых нагревателей

    Карбидокремниевые нагревательные элементы можно рассматривать как обычные резистивные нагрузки, на которые действуют простые законы электричества, где V — напряжение в вольтах, I — сила тока в амперах, W- мощность в ваттах, R — сопротивление в Омах.

    Соединения элементов

    Элементы могут соединяться как параллельно, так и последовательно, однако в большинстве случаев наиболее предпочтительным считается параллельное соединение, т.к. при таком соединении изменения сопротивления будут уравновешиваться с пользой для срока службы элементов. При последовательном соединении элементов этого не происходит, и срок службы элементов при этом снижается.

    Поскольку сопротивление элементов увеличивается относительно медленно, то влияние нарушения равновесия все же будет небольшим, и можно соединять последовательно до четырех элементов при условии, что у них согласованы величины сопротивления. При температуре электропечи, превышающей 1400°С, рекомендованное количество элементов, соединенных последовательно, ограничивается двумя.

    Эффективным же решением обычно считается комбинация параллельного и последовательного соединений элементов, и в этом случае рекомендуется последовательно соединенные группы элементов соединять параллельно, если же параллельно соединенные группы соединить последовательно, то выход из строя одного из элементов приведет к значительной перегрузке остальных элементов этой группы.

    В трехфазных сетях элементы могут быть соединены звездой или дельтой. При применении соединения звездой рекомендуется использование 4-х проводного источника питания для того, чтобы сбалансировать фазовые напряжения независимо от фазовых значений сопротивления. При использовании же 3-х проводного соединения в звезду фазовые значения сопротивления должны быть очень четко подобраны.

    Согласование сопротивления

    Рекомендуется для последовательного соединения элементов в группы выбирать элементы, отличающиеся в пределах исходного сопротивления ±5%. При параллельном соединении пределы изменения исходного электросопротивления элементов шире: ±10%.

    Если после небольшого промежутка времени элемент выходит из строя или ломается, его заменяют на новый, желательно с более высоким сопротивлением.

    Если элементы проработали уже достаточно долго, то необходимо заменить всю группу элементов, в противном случае чрезмерная нагрузка придется либо на старый (при последовательном соединении), либо на новый (при параллельном соединении) элемент, что приведет к преждевременному выходу элементов из строя.

    Лучше всего, если общее количество элементов в печи будет разделено на относительно небольшие контрольные группы для упрощения согласования сопротивления в дальнейшем. Например, будет гораздо проще подбирать элементы по сопротивлению, если 48 находящихся в печи элементов разделить на 8 групп из 6 элементов в каждой, вместо 3 групп из 16 элементов.

    При замене группы элементов важно проверить, чтобы перед включением напряжение на выходе источника питания было установлено на нужную величину, т.к. даже за короткое время перегрузка элементов может привести к отказам, не поддающимся ремонту. Старые элементы можно оставлять для дальнейшего использования, но уже со своими «ровесниками» по сопротивлению. По возможности необходимо перед удалением элементов снимать показания напряжения и тока и указывать повышенную величину сопротивления на выводах для облегчения согласования сопротивления при последующем их использовании. Также необходимо помнить, что сопротивление элементов при комнатной температуре не совпадает с сопротивлением при рабочей температуре, и снимать показания необходимо при постоянной температуре выше 1000°С. Различные типы электронагревательных элементов не должны использоваться в одной электрической цепи, т.к. разная скорость «старения» может вызвать перегрузку одного или другого типа в зависимости от способа соединения.

    Запас напряжения

    Для компенсации повышения сопротивления, которое неизбежно в процессе эксплуатации элементов, обычно используется изменяемое напряжение источников питания. Величина необходимого резерва напряжения будет зависеть от темпов «старения» и предполагаемого срока службы элементов, но обычно составляет около 50-100% от напряжения, необходимого для того, чтобы получить полную мощность с новыми электронагревательными элементами в исходном состоянии.

    Например, если 125 В требуется для обеспечения полной мощности с новыми элементами, то для создания 100% запаса напряжения необходимо напряжение в пределах 125-250 В.

    В тех случаях, когда элементы должны работать длительные промежутки времени при температуре 1400°С и выше и при высоких темпах «старения» нужно 100% запаса напряжения. И наоборот, если температура элемента очень низкая и электропечь используется не так часто, достаточным бывает запас напряжения 50% и менее.

    Оборудование источников электропитания

    Для запуска расчетной мощности, которая должна поддерживаться на протяжении всего срока службы элементов, применяются источники питания с меняющимся напряжением. Тип используемого оборудования может влиять на характеристики элемента, и очень важно выбрать соответствующее оборудование для достижения наибольшего срока службы элементов.

    Существуют различные типы источников питания:

    1.Регулируемый силовой трансформатор
    2.Блок тиристоров (тиристорный регулятор напряжения)
    a.фазовое включение (фазовое регулирование зажигания)
    b.импульсное регулирование
    3.Комбинированные системы: тиристоры преобразователи
    4.Прямое включение непосредственно в электросеть

    В сущности, трансформаторы со ступенчатым выходом осуществляют контроль только включения/ выключения, если они не используется в комбинации с тиристорами. Несмотря на трудоемкость и нечувствительность к небольшим перегрузкам, в большинстве случаев трансформатор считается тяжелым, громоздким и относительно дорогим источником питания. Тиристорный контроль является наиболее компактным решением с возможностью бесшагового регулирования мощности и пропорционально-ингегрально-дифференциальным точным температурным контролем. Однако тиристорный контроль требует большей мощности и может быть причиной помех на линиях энергоснабжения. Как правило, для обеспечения запаса напряжения более чем 50% не используют только тиристорный контроль, и, если требуется обеспечить большой запас напряжения вместе с пропорционально-ингегрально-днфференциальным контролем, лучшим решением, является комбинирование преимуществ контроля тиристора и большого напряжения трансформатора.

    Один тиристорный контроль обычно применяют в печах с низкими температурами, в лабораторных печах и другом оборудовании, где скорость изменения сопротивления элементов должна быть низкой. Для применения в высокотемпературных промышленных печах непрерывного действия, где необходим как большой запас напряжения, так и точный температурный контроль, дополнительные затраты на использование комбинированной системы трансформатор-тиристор обычно оправдывают себя по производительности.

    1. Регулируемый силовой трансформатор

    Непрерывно регулируемые от нуля силовые трансформаторы используются для электропитания небольших лабораторных электропечей или обогрева экспериментальных стендов, но считаются очень дорогими для крупных электропечей, для которых более экономичными являются силовые трансформаторы со ступенчатым выходом. Максимальный перепад напряжения у такого трансформатора между ступенями не должен превышать 7% от начального напряжения, необходимого для выделения полной мощности (=), где W — установленная мощность электропечи и R — электросопротивление цепи. рассчитанное по номинальному электросопротивлению элементов), и при расчете максимальной величины вторичного тока трансформатора (= ). Необходимо принимать во внимание допуски на электросопротивление элемента. Например: если печь рассчитана на 5 кВт и оборудована элементами, обладающими электросопротивлением цепи 2 Ома (±15%), то характеристика трансформатора может быть вычислена следующим образом:

    номинальное напряжение плотной мощности = ,
    перепады между ступенями не должны превышать 7% от 100 V = 7 В
    минимальное электросопротивление цепи = 2 Ом -15% = 1.7Ом
    минимальный вторичный ток =
    минимальное требуемое напряжение =

    Предположим, что необходимый запас напряжения составляет 100%. Тогда характеристика трансформатора будет выглядеть следующим образом:

    Вход: Однофазное, соответствующее источнику питания
    Выход: Изменяющееся от 92 В до 197 В при 15 ступенях по 7 В каждая (= 4 крупных * 4 мелких отвода)
    Номинальные данные силового трансформатора: 5 кВА от 92 В и выше (максимальный вторичный ток 54 А)
    1)При использовании силового трансформатора со ступенями необходимо предусмотреть снижение мощности электропечи, которое будет происходить при работе между переключениями со ступени на ступень. Например, при перепаде напряжения между ступенями 7% мощность в процессе работы упадет примерно на 12,5% до того, как напряжение будет переключено на следующую ступень трансформатора.
    2)Если нужно, то для более низких мощностей могут быть предусмотрены несколько отводов менее 92 В.
    3)Если необходимо установить амперметр, то он должен быть смонтирован в первичной цепи, там, где напряжение постоянное: в данном случае его показания точно отразят выделяемую мощность на электронагревательных элементах, независимо от величины вторичного напряжения.

    Блок тиристоров (тиристорный регулятор напряжения)

    Тиристор представляет собой полупроводниковое устройство, с помощью которого регулируется средняя проводимая мощность к электронагревательным элементам, мгновенными его переключениями с включенного на выключенное состояния. Каждый тиристор проводит ток только в одном направлении и для регулирования нагрузок переменного тока, тиристоры, соединенные встречно-параллельно, поставляются в парах. Тиристоры включаются серией импульсов, подаваемых с соответствующего каскада усилителя мощности или температурного контроллера. Тиристоры — это достаточно простые приборы, но их зачастую оснащают закрытым обратным контуром для компенсации перепадов подаваемого напряжения, нагрузки и т.д. Типичные режимы работы обратного контура включают в себя контроль по току (I*I обратная связь), контроль по напряжению (V*V обратная связь) и контроль по активной мощности (VI обратная связь). Как правило, только контроль по напряжению (V*V обратная связь) подходит для карбидокремниевых нагревателей, несмотря на то. что существуют некоторые исключения.

    Контроль по току может привести к увеличению мощности на элементе в связи с возрастанием сопротивления, и как контроль по мощности, так и по току может быть причиной серьезного повреждения элементов по мере роста сопротивления. При наличии такого высокого сопротивления нагрузки как контроль по току, так и по мощности, скорее всего, приведут к подаче максимального напряжения на элементы, н. если имеющееся напряжение выше, чем допустимое, элементы могут быть серьезно повреждены. При контроле по напряжению подача мощности будет контролироваться по сопротивлению и температурным характеристикам элементов, начиная с относительно низкой мощности и постепенно возрастая по мере нагрева элементов.

    Выходные характеристики тиристорного регулятора напряжения находятся в зависимости от способов включения (регулирования) тиристоров. Этих способов два:

    2.1 Фазовое включение (фазовое регулирование зажигания)

    Каждый тиристор включается один раз на определенное время каждые полцикла питания переменным током. Проводимость тиристора заканчивается в конце половины цикла, т.е. ток снижается до нуля. В этом случае синусоида подачи электропитания разбивается, что ведет к снижению среднеквадратичного напряжения на выходе тиристорного блока, то есть к нагрузке поступает лишь часть напряжения. Для регулирования напряжения электропитания карбидокремниевых электронагревательных элементов необходимо изменять угол зажигания тиристоров и. таким образом, можно, увеличивая его. компенсировать «старение» элементов, увеличив напряжение питания нагревателей.

    Блоки тиристоров с фазовым зажиганием могут быть оборудованы токоограничителем, который будет защищать тиристоры от случайной перегрузки, поддерживая выход электротока ниже установленной величины, независимо от величины установки напряжения. Следует иметь ввиду, что систему ограничения тока, необходимую для защиты тиристоров, нельзя использовать для регулирования входа мощности к элементам, так как вход мощности (= I*I*R) будет постепенно возрастать с ростом сопротивления элементов, что приведет к перегрузке нагревательных элементов.

    Так как тиристорные регуляторы с фазовым зажиганием (включением) характеризуются плавным, бесперепадным изменением питающего электронагреватели напряжения, то они идеально подходят для обеспечения электропитания карбидокремниевых электронагревательных элементов. В то же время они могут вызывать радиопомехи и искажение формы волн; этим факторам необходимо уделять особое внимание при выборе системы электропитания печи. Использование фазового зажигания(включения) не приветствуется во многих странах, либо оно строго ограничивается местными правилами.

    Так как при фазном регулировании угла зажигания тиристоров, особенно при малых углах зажигания, появляется большое количество высших гармоник, что приводит к выделению большой реактивной мощности в цепях, то даже при чисто резистивных нагрузках это может привести к большим проблемам в регулировании на мощных установках. Одним словом, для снижения этого эффекта стартовое напряжение с новыми элементами должно быть не меньше 60% от напряжения питания.

    Кабели электропитания должны быть рассчитаны при среднеквадратичном токе, пропущенным через элементы (= Мощность зависит от Напряжение входа, а не Мощность зависит от Напряжение питания). Это значит, что мощность источника питания должна быть выше, чем проектная мощность печи, и чем больше будет запас напряжения, тем выше будет требуемый перерасчет.

    В трехфазных установках появление третьей высшей гармоники вызовет кумулятивное искажение волн электропитания и может привести к чрезмерно высокому нейтральному току в нулевом проводе, в 2 раза превышающему линейный ток в 3-х фазных 4-х проводных нагрузках, соединенных звездой. По этому нейтральные кабели(нулевые провода) должны быть правильно рассчитаны для того, чтобы выдержать этот чрезмерный ток. Тем не менее, необходимо использовать 3-х проводное соединение звездой, для исключения такой проблемы, это может привести к дисбалансу между фазами, особенно, если элементы не очень четко подобраны по сопротивлению.

    Для уменьшения искажения подачи электропитания в крупных установках рекомендуется использование 6-ти проводного электропитания с открытым треугольником (дельтой).

    В данном случае может наблюдаться значительное снижение общих затрат на электроустановку, т.к. тиристоры могут быть рассчитаны только для фазового тока, а не для линейного тока, как это требуется в установке с нагрузкой обычным треугольником (закрытой дельтой), и фазы можно контролировать независимо, что ведет к более гибкому контролю.

    Расчет величины напряжения и электротока в тиристорных регуляторах с фазовым зажиганием осуществляется также, как и для трансформаторов, здесь так же необходимо принимать во внимания допуски на электросопротивление элементов при расчете максимального тока.

    Контроль мощности — фазовый угол.

    Большинство типов вольтметров и амперметров не дают точных среднеквадратичных данных о фазовых регулируемых нагрузках, и поэтому необходимо пристально следить за тем, чтобы электронагревательные элементы не оказались сильно перегруженными. Имеющиеся в наличии цифровые приборы точно укажут на не синусоидальные волны, однако для того, чтобы быть уверенным в правильности выбранного прибора, необходимо проконсультироваться с его производителем. Для получения правильных среднеквадратичных данных рекомендуется использовать датчик Холла с коэффициентом амплитуды 7 или выше.

    2.2 Импульсное регулирование — быстрый цикл

    При импульсном регулировании мощности тиристоры запускаются в начале основного цикла и остаются открытыми на протяжении одного или нескольких полных циклов, затем запираются на один или несколько циклов. ‘Эта операция непрерывно повторяется, ограничивая средний вход мощности к элементам. Ручное регулирование ограничения мощности применяется для изменения соотношения вкл./выкл. для компенсации «старения» элементов.

    Хотя средняя мощность, подаваемая к элементам, может быть в допустимых рекомендуемых для запуска пределах, температура и атмосфера, мгновенные всплески полного напряжения основной цепи могут привести к мгновенным нагрузкам, в несколько раз превышающим эту величину, что может ускорить темпы «старения» и вызвать преждевременный (если не немедленный) выход элементов из строя. В этих целях элементы нужно соединять так. чтобы мгновенные нагрузки на элемент в момент всплеска напряжения основной цепи не превышали 15 Вт/см2.

    Для уменьшения воздействия всплеска «включено» необходимо максимально сократить основное время его длительности, желательно, чтобы оно было менее 30 циклов при частоте питания 50 Гц(т.е. 50% мощности = 15 циклов «вкл.»+ 15 циклов»выкл.»).

    Время включения тиристоров с медленным циклом обычно составляет несколько секунд , и такие тиристоры не пригодны для прямого регулирования мощности карбидокремниевых электронагревательных элементов. Их можно использовать на вторичном контуре ступенчатого силового трансформатора вместо обычных электромеханических контактов.

    Оптимальным видом тиристора с импульсным регулированием для карбидокремниевых элементов является тиристор с одним циклом импульсного регулирования, где средний вход мощности всегда достигается, превышая возможное количество полных циклов(т.е. 50% мощности = 1цикл «вкл» + 1 цикл «выкл»).

    Требуемая величина напряжения блока тиристоров будет такой же или выше, чем напряжение источника питания, но пределы тока блок должны определяться делением среднеквадратичного напряжения питания на минимальное электросопротивление цепи, т.е. ток тиристора = напряжение питания/минимальное электросопротивление.

    По этой причине расчетные значения такого тиристора будут гораздо выше, чем у подобного блока тиристоров с фазовым зажиганием.

    Для получения значения требуемого выхода тиристора необходимо рассчитать мощность при напряжении питания, таким образом коэффициент вкл./выкл. тиристора, в любом случае имеющий определенный процент ограничения, даст необходимую расчетную мощность.

    Т.е. если напряжение питания 200 В и электросопротивление цепи элементов 4 Ом, то мощность при 200 В будет10.000 Вт. Если требуемая мощность 5 кВ, то необходимо установить тиристоры с выходом 5000/10000 = 50%

    Резистивные нагрузки, регулируемые импульсными быстроциклическими тиристорами, обладают единым коэффициентом мощности, т.к. на нагрузку действуют только полные циклы главной цепи, в этом случае кумулятивного искажения питания главной цепи не наблюдается. Однако при больших нагрузках падение напряжения при включенном регуляторе может вызвать «фликкер-эффект» и оказать воздействие на чувствительное оборудование. Это также необходимо иметь в виду при выборе типа и вида источников электропитания.

    Контроль мощности — быстрый цикл

    Очень трудно найти вольтметры и амперметры, которые бы четко реагировали на быстроциклическое регулирование нагрузки при применении импульсных регуляторов, и. как большинство других приборов, они покажут величины, значительно заниженные, чем у действительного выхода тиристора. Необходимо внимательно следить за тем. чтобы электронагревательные элементы в этом случае не были чрезмерно перегружены. Можно производить расчеты требуемых выходных параметров, как указано выше, основываясь на известном сопротивлении элементов. Если существуют какие-либо сомнения на счет настройки, тогда вначале регулировку необходимо установить на самую низкую величину и очень медленно увеличивать, регулируя до тех пор. пока не установится минимальная достаточная мощность для достижения заданной температуры печи. Регулировка должна быть остановлена в этом положении до тех пор. пока, из-за «старения» элементов, мощность не станет недостаточной для поддержания температуры печи в заданных пределах или для достижения температуры при циклическом режиме работы электропечи. В данном случае настройка регулировки должна быть несколько увеличена до тех пор. пока выделяемая электронагревателями мощность опять не станет достаточной.

    3. Трансформатор + тиристор

    Из-за ограничений, наложенных на использование тиристорного управления (см. пункты 2.1 и 2.2) иногда становится невозможным создать адекватный запас напряжения, поэтому может быть целесообразным прибегнуть к комбинированному источнику питания: тиристорный регулятор ступенчатый/трансформатор. Это необходимо для обеспечения адекватного срока службы элементов. Тиристоры могут быть настроены как на основной, так и на второстепенный контуры трансформатора, хотя необходимо принять меры предосторожности особенно для основного соединения. В большинстве случаев трансформаторы снабжаются только 2 или 3 ступенями, так как промежуточные ступени могут исходить от тиристора. Если предполагается использование такой системы, то производители как тиристора, так и преобразователя должны быть проинформированы об этом еще на стадии конструирования электропечи для обеспечения совместимости оборудования.

    4. Прямые включения непосредственно в электросеть

    Группы электронагревательных элементов могут присоединяться и непосредственно к напряжению основной электросети, при условии, что электросопротивление сети достаточно высокое, чтобы защитить элементы от перегрузки при колебаниях ее напряжения. Электросхема соединения элементов должна быть сконструирована так, чтобы выход начальной мощности был выше, чем пределы электропечи для создания резерва мощности, необходимого для компенсации «старения» элементов. Хотя благодаря этому методу общие затраты питания с меняющимся напряжением сохраняются, может быть создан только минимальный запас мощности, и. кроме того, может понадобиться большее количество элементов для распределения начальной излишней мощности.

    Можно создать дополнительный запас мощности, если изменить электросоединение элементов, после того, как элементы «постарели» (например: из 2-х параллельных ветвей 3-х последовательно соединенных элементов в 3 параллельные ветви из 2-х последовательно соединенных элементов; или из 2-х последовательно соединенных элементов в треугольнике (дельте) в 2 параллельно соединенные элемента в звезде. Из-за таких неудобств прямые соединения обычно ограничены областью применения при относительно низких температурах (около 1100°С) или в редко использующихся циклических печах при температурах до 1300°С.

    Источник

    Читайте также:  Как регулировать рулевой редуктор на уаз хантер
    Adblock
    detector