Control automat al temperaturii in cuptoarele electrice

În cuptoarele cu rezistență electrică, în majoritatea cazurilor, se utilizează cel mai simplu tip de control al temperaturii - control în două poziții, în care elementul executiv al sistemului de control - contactorul are doar două poziții finale: «pornit» și «oprit» .

În starea de pornire, temperatura cuptorului crește, deoarece puterea sa este întotdeauna selectată cu o marjă, iar temperatura corespunzătoare la starea de echilibru depășește semnificativ temperatura de funcționare. Când este oprit, temperatura cuptorului scade exponențial.

Pentru cazul ideal în care nu există o întârziere dinamică în sistemul controler-cuptor, funcționarea controlerului pornit-oprit este prezentată în Fig. 1, în care dependența temperaturii cuptorului de timp este dată în partea superioară, iar modificarea corespunzătoare a puterii sale în partea inferioară.

Orez. 1. Schema idealizată de funcționare a unui regulator de temperatură cu două poziții

Când cuptorul se încălzește, la început puterea acestuia va fi constantă și egală cu cea nominală, astfel că temperatura acestuia va crește până la punctul 1 când va atinge valoarea Tbutt + ∆t1. În acest moment, regulatorul va funcționa, contactorul va opri cuptorul și puterea acestuia va scădea la zero. Ca urmare, temperatura cuptorului va începe să scadă de-a lungul curbei 1-2 până când se atinge limita inferioară a zonei moarte. În acest moment, cuptorul va porni din nou și temperatura acestuia va începe să crească din nou.

Astfel, procesul de reglare a temperaturii cuptorului conform principiului a două poziții constă în schimbarea acesteia de-a lungul unei curbe de ferăstrău în jurul valorii setate în intervalele +∆t1, -∆t1 determinate de zona moartă a controlerului.

Puterea medie a cuptorului depinde de raportul dintre intervalele de timp dintre starea de pornire și oprire. Pe măsură ce cuptorul se încălzește și se încarcă, curba de încălzire a cuptorului va deveni mai abruptă, iar curba de răcire a cuptorului va fi mai plată, astfel încât raportul perioadei ciclului va scădea și, prin urmare, puterea medie Pav va scădea.

Cu controlul în două poziții, puterea medie a cuptorului este ajustată în orice moment la puterea necesară pentru a menține o temperatură constantă. Zona moartă a termostatelor moderne poate fi făcută foarte mică și adusă la 0,1-0,2 ° C. Cu toate acestea, fluctuațiile reale ale temperaturii cuptorului pot fi de multe ori mai mari datorită întârzierii dinamice a sistemului controler-cuptor.

Sursa principală a acestei întârzieri este inerția senzorului de termocuplu, mai ales dacă acesta este echipat cu două carcase de protecție, ceramică și metalică.Cu cât această întârziere este mai mare, cu atât fluctuațiile de temperatură ale încălzitorului depășesc banda moartă a controlerului. În plus, amplitudinile acestor oscilații sunt foarte dependente de puterea în exces a cuptorului. Cu cât puterea de comutare a cuptorului depășește puterea medie, cu atât aceste fluctuații sunt mai mari.

Sensibilitatea potențiometrelor automate moderne este foarte mare și poate îndeplini orice cerință. Dimpotrivă, inerția senzorului este mare. Astfel, un termocuplu standard într-un vârf de porțelan cu un capac de protecție are o întârziere de aproximativ 20-60 s. Prin urmare, în cazurile în care fluctuațiile de temperatură sunt inacceptabile, ca senzori se folosesc termocupluri deschise neprotejate. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna posibil din cauza posibilelor deteriorări mecanice ale senzorului, precum și a curenților de scurgere prin termocuplul din dispozitive, provocând funcționarea defectuoasă a acestora.

Este posibil să se obțină o reducere a rezervei de putere dacă cuptorul nu este pornit și oprit, dar este comutat de la o treaptă de putere la alta, iar treapta superioară ar trebui să fie doar puțin mai mare decât puterea consumată de cuptor, iar mai jos - nu cu mult mai puțin. În acest caz, curbele de încălzire și răcire ale cuptorului vor fi foarte plate și temperatura va depăși cu greu zona moartă a dispozitivului.

Pentru a face o astfel de trecere de la o treaptă de putere la alta, este necesar să se poată regla puterea cuptorului fără probleme sau în trepte. O astfel de reglementare poate fi efectuată în următoarele moduri:

1) comutarea încălzitoarelor cuptorului, de exemplu, de la „triunghi” la „stea”.O astfel de reglementare foarte aspră este asociată cu o încălcare a uniformității temperaturii și este utilizată numai în aparatele de încălzire electrice de uz casnic,

2) conectare în serie cu cuptorul cu rezistență activă sau reactivă reglabilă. Această metodă este asociată cu pierderi foarte mari de energie sau cu o reducere a factorului de putere al instalației,

3) alimentarea cuptorului printr-un transformator de reglare sau un autotransformator cu comutare cuptor la diferite niveluri de tensiune. Aici, reglarea este, de asemenea, treptat și relativ grosier, deoarece tensiunea de alimentare este reglată, iar puterea cuptorului este proporțională cu pătratul acestei tensiuni. În plus, există pierderi suplimentare (în transformator) și reducerea factorului de putere,

4) controlul fazei cu dispozitive semiconductoare. În acest caz, cuptorul este alimentat de tiristoare, al căror unghi de comutare este modificat de sistemul de control. În acest fel, este posibil să se obțină un control lin al puterii cuptorului pe o gamă largă, aproape fără pierderi suplimentare, folosind metode de control continuu - proporțional, integral, proporțional-integral. În conformitate cu aceste metode, pentru fiecare moment de timp, trebuie îndeplinită corespondența dintre puterea absorbită de cuptor și puterea degajată în cuptor.

Cea mai eficientă dintre toate metodele de control al temperaturii în cuptoarele electrice este reglarea pulsului cu regulatoare cu tiristoare.

Procesul de control al impulsului puterii cuptorului este prezentat în Fig. 2. Frecvența de funcționare a tiristoarelor este selectată în funcție de inerția termică a cuptorului cu rezistență electrică.

Orez. 2.Controler de temperatură puls tiristor cuptor cu rezistență electrică

Există trei metode principale de reglare a ritmului cardiac:

— controlul impulsului la frecvența de comutare — ek = 2ev (unde ek este frecvența curentului rețelei de alimentare) cu o modificare a momentului de aprindere a tiristorului se numește impuls sau fază de fază (curbele 1);

— este posibilă reglarea impulsului cu frecvență de comutare crescută

— reglarea impulsului cu frecvență de comutare redusă (curbele 3).

Prin controlul impulsurilor, este posibil să se realizeze un control lin al puterii pe o gamă largă, fără pierderi suplimentare, asigurând conformitatea cu cuptorul consumat și cu alimentarea cu energie din rețea.

Orez. 3. Schema de conectare a regulatorului continuu de temperatura

Elementele principale ale circuitului: BT — bloc tiristoare format din 6 tiristoare, conectate câte două în paralel în fiecare fază a cuptorului, DAR — bloc de control tiristoare, generează un semnal către electrozii de control tiristoare, PTC — dispozitiv de control al căldurii, primește un semnal de la senzorul de temperatură, procesează și emite o discrepanță în NO, PE — element potențiometru, are un cursor deplasat de ED cu o transmisie mecanică, în funcție de semnalul DT, DT — senzor de temperatură (termocuplu), ISN — sursă de tensiune DC stabilizată, KL — contactor liniar, VA1, VA2 — întrerupătoare automate pentru protejarea circuitelor de scurtcircuite.