— устройство, обладающее свойствами полупроводника, в основе конструкции которого лежит монокристаллический полупроводник, имеющий три или больше p-n-переходов.

Его работа подразумевает наличие двух стабильных фаз:

• «закрытая» (уровень проводимости низкий);
• «открытая» (уровень проводимости высоки).

Тиристоры — устройства, выполняющие функции силовых электронных ключей. Другое их наименование — однооперационные тиристоры. Данный прибор позволяет осуществлять регуляцию воздействия мощных нагрузок посредством незначительных импульсов.

Согласно вольт-амперной характеристике тиристора, увеличение силы тока в нём будет провоцировать снижение напряжения, то есть появится отрицательное дифференциальное сопротивление.

Кроме того, эти полупроводниковые устройства могут объединять цепи с напряжением до 5000 Вольт и силой тока до 5000 Ампер (при частоте не более 1000 Гц).

Тиристоры с двумя и тремя выводами пригодны для работы как с постоянным, так и с переменным током. Наиболее часто принцип их действия сравнивается с работой ректификационного диода и считается, что они являются полноценным аналогом выпрямителя, в некотором смысле даже более эффективным.

Разновидности тиристоров отличаются между собой:

• Способом управления.
• Проводимостью (односторонняя или двусторонняя).

Общие принципы управление

В структуре тиристора имеется 4 полупроводниковых слоя в последовательном соединении (p-n-p-n). Контакт, подведённый к наружному p-слою — анод, к наружному n-слою — катод. Как результат, при стандартной сборке в тиристоре максимально может быть два управляющих электрода, которые крепятся к внутренним слоям. Соответственно подключённому слою проводники, по типу управления устройства делятся на катодные и анодные. Чаще используется первая разновидность.

Ток в тиристорах течёт в сторону катода (от анода), поэтому соединение с источником тока осуществляет между анодом и плюсовым зажимом, а также между катодом и минусовым зажимом.

Тиристоры с управляющим электродом могут быть:

• Запираемыми;
• Незапираемыми.

Показательным свойством незапираемых приборов является отсутствие у них реакции на сигнал с управляющего электрода. Единственный способ закрыть их — снизить уровень протекающего сквозь них тока так, чтобы он уступал силе тока удержания.

Управляя тиристором следует учитывать некоторые моменты. Устройство данного типа сменяет фазы работы с «выключен» на «включён» и обратно скачкообразно и только при условии внешнего воздействия: при помощи тока (манипуляции с напряжением) или фотонов (в случаях с фототиристором).

Чтобы разобраться в данном моменте необходимо помнить, что у тиристора преимущественно имеется 3 вывода (тринистор): анод, катод и управляющий электрод.

Уэ (управляющий электрод) как раз таки и отвечает за то, чтобы включать и выключать тиристор. Открытие тиристора происходит при условии, что приложенное напряжение между А (анодом) и К (катодом) становится равным или превосходит объём напряжения работы тринистора. Правда, во втором случае потребуется воздействие импульса положительной полярности между Уэ и К.

При постоянной подаче питающего напряжения тиристор может быть открыт бесконечно долго.

Чтобы перевести его в закрытое состояние, можно:

• Снизить уровень напряжения между А и К до нуля;
• Понизить значение А-тока таким образом, чтобы показатели силы тока удержания оказались больше;
• Если работа цепи построена на действии переменного тока, выключение прибора произойдёт без постороннего вмешательства, когда уровень тока сам снизится до нулевого показания;
• Подать запирающее напряжение на Уэ (актуально только в отношении запираемых разновидностей полупроводниковых устройств).

Состояние закрытости тоже длится бесконечно долго, пока не возникнет запускающий импульс.

Конкретные способы управления

• Амплитудный .

Представляет собой подачу положительного напряжения изменяющейся величины на Уэ. Открытие тиристора происходит, когда величины напряжения довольно, чтобы пробиться через управляющий переход тока спрямления (Iспр.). При помощи изменения величины напряжения на Уэ, появляется возможность изменения времени открытия тиристора.

Главный недочёт этого метода — сильное влияние температурного фактора. Кроме того, для каждой разновидности тиристора потребуется резистор другого вида. Этот момент не добавляет удобства в эксплуатации. Помимо этого время открытия тиристора возможно корректировать лишь пока длится первая 1/2 положительного полупериода сети.

• Фазовый.

Заключается в смене фазы Uупр (в соотношении с напряжением на аноде). При этом применяется фазовращательный мост. Главный минус — малая крутизна Uупр, поэтому стабилизировать момент открытия тиристора можно лишь ненадолго.

• Фазово-импульсный .

Рассчитан на преодоление недостатков фазового метода. С этой целью на Уэ подаётся импульс напряжения с крутым фронтом. Данный подход в настоящее время наиболее распространён.

Тиристоры и безопасность

Из-за импульсности своего действия и наличия обратного восстановительного тока тиристоры очень сильно повышает риск перенапряжения в работе прибора. Помимо этого опасность перенапряжения в зоне полупроводника высока, если в других частях цепи напряжения нет вовсе.

Поэтому во избежание негативных последствий принято использовать схемы ЦФТП. Они препятствуют появлению и удержанию критический значений напряжения.

Двухтранзисторная модель тиристора

Из двух транзисторов вполне можно собрать динистор (тиристор с двумя выводами) или тринистор (тиристор с тремя выводами). Для этого один из них должен иметь p-n-p-проводимость, другой — n-p-n-проводимость. Выполнены транзисторы могут быть как из кремния, так и из германия.

Соединение между ними осуществляется по двум каналам:

• Анод от 2-го транзистора + Управляющий электрод от 1-го транзистора;
• Катод от 1-го транзистора + Управляющий электрод от 2-го транзистора.

Если обойтись без использования управляющих электродов, то на выходе получится динистор.

Совместимость выбранных транзисторов определяется по одинаковому объёму мощности. При этом показания тока и напряжения должны быть обязательно больше требуемых для нормального функционирования прибора. Данные по напряжению пробоя и току удержания зависят от конкретных качеств использованных транзисторов.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Яров В. М.
Источники питания электрических печей сопротивления
Учебное пособие

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Чувашского государственного университета им, И. И. Ульянова

Чувашский государственный университет
1982 г.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Электротермические установки», выполняющих курсовую работу по курсу «Автоматическое управление электротермических установок» и дипломное проектирование с углубленной проработкой источников питания для электропечей сопротивления.

В пособии анализируются особенности работы тиристорных регуляторов переменного напряжения при работе на различную нагрузку. Описывается принцип действия магнитных усилителей и параметрических источников тока. Приводится описание конкретных схем управления источников питания.

Отв. редактор: докт. техн. наук; профессор Ю. М. МИРОНОВ.

Введение

Глава I. Принципы регулирования мощности электропечей сопротивления
1.1. Характеристики электропечи сопротивления как нагрузки источника питания
1.2. Способы регулирования мощности электропечи сопротивления
1.2.1. Регулирование питающего напряжения
1.2.2. Переключение нагревателей печи
1.23. Регулировалие мощности печи за счет изменения формы кривой тока

Глава 2. Магнитные усилители с самонасыщением
2.1. Работа на активную нагрузку
2.2. Работа магнитного усилителя на активно-индуктивную нагрузку переменного тока

Глава 3. Параметрический источник тока
3.1. Принцип действия
3.2. Способы регулирования тока нагрузки

Глава 4. Фазоимпульсный регулятор переменного напряжения
4.1. Принцип действия регулятора
4.2. Регулятор с активной нагрузкой
4.3. Анализ при активио-индуктивиой нагрузке
4.4. Фазоимпульсвый источник с трансформаторной нагрузкой
4.5. Трехфазные регуляторы переменного напряжения
4.6. Системы управления однофазных фазоимпульсных источников питания
4.6.1. Функциональные схемы систем управления
4.6.2. Многоканальные системы управлении
4.6.3. Одноканальные системы управлении
4.7 Система управления трехфазного источника питания

Глава 5. Источники питиния с широтно-импульсным управлением
5.1. Электрический режим источника с активной нагрузкой
5.2. Процессы в трансформаторе при периодическом включении
5.3. Способы включения трансформаторной нагрузки без бросков тока намагничивания
5.4. Особенности включения трехфазного трансформатора
5.5. Системы управления импульсных регуляторов
5.5.1. Требования к системам управления
5.5.2. Системы управления однофазных импульсных регуляторов
5.5.3. Система управления широтно-импульсного регулятора с трансформаторной нагрузкой
5.5.4. Система управления трехфазного регулятора

Глава 6. Влияние регулируемых источников переменного напряжения на питающую сеть
6.1. Сравнение способов регулирования переменного напряжения
6.2. Групповой режим работы регуляторов как способ улучшения энергетических показателей
6.3. Оптимизация способов управления широтио-импульсными регуляторами при групповой нагрузке
6.4. Система управления группой широтно-импульсных регулягоров с равноинтервальным включением
6.5. Повышение коэффициента, мощности в одиночном регуляторе переменного напряжения

Введение

Для того чтобы поддерживать температуру в печи постоянной или менять ее по заданному закону, необходимо иметь возможность изменять ее мощность в широких пределах. Требования к точности регулирования в зависимости от проводимого в печи технологического процесса меняются в широких пределах. Например, прн плавке металлов н нагреве под пластическую деформацию они невысоки - колебания температуры ±25-50° С являются допустимыми; при термообработке эти требования ужесточаются, доходя до ±10-±5° С. Такое качество регулирования может быть обеспечено двух- и трехпознционным регулированием.

Технологический процесс производства полупроводниковых приборов, монокристаллов различных материалов, термообработки стекла и т. п. предъявляет жёсткие требования к качеству регулирования температуры. Обеспечение таких высоких требований (±0,5-±3°С) на уровне 1000-1500°С оказывается возможным только с применением управляемых бесконтактных источников на основе магнитных или тиристорных усилителей.

Разнообразие технологических процессов определяет и разнообразие, источников пнтання. Магнитные усилители практически вытеснены тнрнсторными усилителями, так как последние имеют более высокий КПД, лучшие динамические характеристики и массогабаритные показатели.

В установках контактного нагрева находят применение параметрические источники тока, принцип действия которых основан на явлении резонанса в трехфазной сети.

Мощность применяемых в настоящее время тиристорных источников питания находится в пределах от сотен ватт до сотен киловатт. В пособии приводится сравнение способов управления тиристорами, оцениваются области их применения.

Чебоксары, издательство ЧувГУ, 1982

Существует 2 принципиально различных подхода к управлению мощностью:

1) Непрерывное управление, при котором в печь можно ввести любую требуемую мощность.

2) Ступенчатое управление, при котором в печь можно вводить лишь дискретный ряд мощностей.

Первый требует плавного регулирования напряжения на нагревателях. Такое регулирование может быть осуществлено с помощью любой разновидности силовых усилителей (генератор, тиристорный выпрямитель, ЭМУ). На практике наиболее распространены тиристорные источники питания, построенные по схеме ТРН. Такие регуляторы основаны на свойствах тиристоры, включенного в цепь переменного тока последовательно с активным сопротивлением нагревателя. Тиристорные источники питания содержат встречно-параллельно соединенные тиристоры, снабженные СИФУ.

При втором способе изменяют напряжение на нагревателе, производя переключение в силовых цепях печи. Обычно имеется 2-3 ступени возможного напряжения и мощности нагревателя. Наиболее распространен двухпозиционный способ ступенчатого управления. По этому способу печь либо включают в сеть на ее номинальную мощность, либо полностью отключают от сети. Требуемое значение средней мощности, вводимой в печь обеспечивают, изменяя соотношения времени включенного и отключенного состояния.

Средняя температура в печи соответствует средней мощности вводимой в печь. Резкие изменения мгновенной мощности приводят к колебаниям температуры около среднего уровня. Величина этих колебаний определяется величиной отклонений Р МГНОВ от среднего значения и величиной тепловой инерции печи. В большинстве общепромышленных печей величина тепловой инерции настолько велика, что колебание температуры из-за ступенчатого управления не выходит за пределы требуемого значения точности поддержания температуры. Конструктивно двухпозиционное управление может быть обеспечено либо посредством обычного контактора, либо тиристорного переключателя. Тиристорный переключатель содержит встречно-параллельно

Имеются модификации тиристорных переключателей, вообще не использующих контакты.

Тиристорные переключатели более надежны, чем контакторы, они искро- и взрывобезопасны, бесшумны в работе, немного дороже.

Ступенчатое регулирование имеет КПД близкое к 1, к М »1.

Силовые блоки

Для управления печами мы предлагаем типоряд силовых блоков, интегрированных с микропроцессорным температурным ПИД-контроллером

ТЕРМОЛЮКС-011. Силовые блоки поставляются в полностью готовом для работы виде, требуют только подключения к сети и к печи (нагревателям). Силовые блоки построены на основе оптотиристорных модулей типа МТОТО или тиристорных модулей типа МТТ класса не менее 10. Управление реализуется без каких либо дополнительных устройств типа блоков ФИМ, ФИУ, БУС, БУТ – контролер сразу передает сигнал на исполнительный элемент (тиристор, симистор, оптотиристор, оптосимистор).

Блоки отличаются малыми габаритами и весом, могут быть установлены в любом месте рядом с печью. Блоки окрашиваются порошковой краской, в блоке устанавливается охлаждающий вентилятор.

Типы силовых блоков

В силовых схемах допускается применение только соединения «разомкнутый треугольник». Также, силовые блоки могут быть изготовлены для двухфазной нагрузки в корпусах как стандартного размера, так и с габаритами по требованию заказчика.

Микропроцессорные ПИД-контроллеры температуры «Термолюкс»

На все наше электротермическое оборудование устанавливается контроллер «Термолюкс»-011 или «Термолюкс»-021, если иное не обговорено с заказчиком оборудования.

Краткие характеристики и основные преимущества контроллера « Термолюкс»- 011:

Основные достоинства контроллера «Термолюкс» определяются тем, что данный контроллер был разработан как специализированный прибор именно для управления печами сопротивления. Прибор предназначен для работы с любыми типами нагревателей – как со статической зависимостью сопротивления от температуры (проволочные и карбид-кремниевые нагреватели), так и убывающей (хромит-лантановые нагреватели) и возрастающей (дисилицид молибдена, молибден, вольфрам). В приборе реализован фазо-импульсный метод управления мощностью (ФИМ), подаваемой на нагреватели печи, что позволяет увеличить ресурс нагревателей на 30% по сравнению с методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) управления мощностью, который реализован во всех остальных ПИД-регуляторах, присутствующих на рынке.

Метод управления ФИМ позволяет добиться плавной подачи мощности, исключая резкие скачки температуры на самом нагревателе, а также позволяет более точно регулировать температуру по сравнению с методом широтно-импульсной модуляции (ШИМом).

Прибор «Термолюкс» подает мощность на нагреватель 100 раз в секунду, благодаря чему нагреватель разогревается плавно, и не успевает остыть до включения очередной подачи тока. При этом нагреватели не испытывают дополнительных напряжений, и работают в очень мягком режиме, что способствует увеличению срока службы.

Практически все остальные программируемые контролеры работают методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой мощность подается по схеме «полностью открыть/полностью закрыть»; при этом на нагреватель поступает сразу 100% мощности. При таком режиме работы нагреватели испытывают редкие мощные удары, соответственно срок службы нагревателя сокращается.

Управление реализуется без каких либо дополнительных устройств типа блоков ФИМ, ФИУ, БУС, БУТ – контроллер сразу передает сигнал на исполнительный элемент (тиристор, семистор, оптотиристор, оптосемистор), вне зависимости от типа нагрузки – одно- или трехфазной, схемы соединения нагрузки “звезда” или “треугольник”. Выбор типа нагрузки производится оператором программно, с экрана контроллера, без каких-либо физических действий и без установки дополнительных устройств.

Приборы имеют выход по шине RS-232 для подключения приборов к компьютеру, что позволяет получить на дисплее график процесса нагрева и остывания в реальном времени.

Прибор позволяет осуществлять управление процессом термообработки через ПК, сохранять данные, как в табличном, так и в графическом виде. Табличные данные при этом могут быть переведены в формат EXCEL с возможностью последующего редактирования.

График технологического процесса в реальном времени

Все приборы имеют возможность задания оператором 16 различных программ нагрева-выдержки-остывания печи, каждая из которых (программ) состоит из 10 произвольных точек в координатах время-температура. Прибор имеет адаптивный алгоритм управления - прибор сам в автоматическом режиме постоянно исследует систему печь+загрузка, и определяет необходимые коэффициенты системы, без участия оператора. Благодаря наличию адаптивного алгоритма, прибор можно без перенастройки использовать на любых печах.

Контроллер тепловых процессов "Термолюкс" имеет следующие характеристики:

• дискретность задания температуры – 1?С;
• дискретность задания времени – 1 минута;
• возможность задания неограниченного времени поддержания конечной температуры;
• разрешающая способность измерения температуры – 0,1 гр С;
• контроль обрыва термопары;
• наличие режима ручного управления мощностью;
• возможность ограничение выходной мощности;
• возможность ограничения максимальной температуры объекта;
• возможность работы с любыми термопарами, в том числе ВР ИР во всем диапазоне рабочих температур термопары. Программируемый переход от одного типа термопары к другому с экрана прибора;
• возможность работы с пирометром вместо термопары;
• расположение датчика термокомпенсации на колодке термопарного шнура прибора, что позволяет уйти от необходимости использования термокомпенсационных проводов;
• возможность записи циклограмм на ПК;
• возможность задания программы и изменения параметров с ПК

Контроллер «Термолюкс» -021

При управлении печами с нагревателями, имеющими возрастающий характер зависимости сопротивления от температуры (дисилицид-молибденовые нагреватели, молибден, вольфрам), то есть имеющих очень низкое сопротивление при комнатных температурах, нагреватели при низких температурах потребляют очень большой ток, существенно превышающий критическое значение тока нагревателя. Если ток не будет ограничен тем или иным способом, это неизбежно приведет к выходу нагревателей из строя. В общем случае ток ограничивают установкой в блок управления печью дополнительных мощных дорогостоящих устройств ограничения тока. Прибор «Термолюкс» -021 позволяет построить систему управления нагревом подобных печей без установки устройств ограничения тока.

Дополнительно ко всем функциям контроллера «Термолюкс» -011 в контроллере «Термолюкс» -021 реализована возможность постоянного измерения тока, подаваемого в нагрузку (организована обратная связь по току). Это позволяет программно ограничить максимальный ток через нагреватели. Контроллер “учитывает” данное ограничение при подаче мощности на нагреватели и не позволяет току превышать заданное оператором значение, тем самым обеспечивая функционирование нагревателей в безопасном режиме. При этом часто прибор «Термолюкс» -021 позволяет отказаться от использования трансформаторов с переключаемыми вручную обмотками, а иногда и вовсе отказаться от использования трансформаторов, что приводит к существенному снижению стоимости оборудования.

Приборы « Термолюкс»- 011 и «Термолюкс» -021 сертифицированы Федеральным Агентством по Техническому Контролю и Метрологии как “ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР” температуры, сертификат RU.C.32.010.A N 22994, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под N 30932-06.

Система управления печи

Все управление технологическим процессом осуществляется оператором с сенсорного экрана промышленного компьютера.Все управление печью осуществляется автоматической системой управления, построенной на базе промышленного компьютера. Промышленный компьютер снабжен 17-ти дюймовым сенсорным экраном (Типа Тач-Пэд), на который выводится вся информация о техпроцессе. В основном режиме на экране изображена мнемосхема управления печью.

Управление нагревом осуществляется при помощи микропроцессорного ПИД-регулятора «Термолюкс-021»

Контроллеры « ТЕРМОДАТ»

К основным достоинствам данного прибора следует отнести:

• наличие большого экрана;
• наглядное представление информации и техпроцессе;
• наличие встроенной памяти для архивации данных о техпроцессах;
• многоканальность – возможность управления несколькими независимыми зонами печи используя один прибор.

К недостаткам прибора можно отнести:

• метод управления мощностью – релейный или ШИМ (широтно-импульсная модуляция);
• необходимость установки в силовой блок дополнительных устройств:
• для управления печью методом ФИМ, необходимо устанавливать дорогостоящие тиристорные регуляторы типа «Звел»;
• для управления методом ШИМ необходимо устанавливать промежуточный блок управления тиристорами типа «БУТ-3».
• необходимость установки в силовой блок дополнительного устройства ограничения тока, при работе с печами с нагревателями из дисилицид- молибдена, молибдена, вольфрама.

« Термодат-16Е5» - одноканальный программный ПИД-регулятор температуры и электронный самописец с графическим 3,5" дисплеем. Прибор имеет универсальный вход, предназначенный для подключения термопар или термосопротивлений, а также датчиков с токовым выходом. Разрешение 1°С или 0,1°С задается пользователем. Может управлять как нагревателем, так и охладителем. Интуитивно понятное управление обеспечивается 4 кнопками внизу экрана.

Характеристики:

• ПИД-регулятор
• Электронный самописец
• Графический дисплей
• Регулирование по программе
• ПИД-закон регулирования, автоматическая настройка коэффициентов
• Универсальный вход
• Логический (дискретный) вход
• Выходы: релейный, симисторный, транзисторный, аналоговый
• Интерфейс для связи с компьютером RS485
• Аварийная сигнализация
• Прочный металлический корпус, размер 1/4 DIN (96х96х82мм)

Предназначен для:

• Замены устаревших самописцев
• Регулирования температуры по заданной программе
• Измерения и регистрации температуры
• Аварийной сигнализации

Кроме вышеописанных приборов управления по заданию заказчика мы установим любой требуемый Вам прибор.

Пирометры

Это идеальный прибор для бесконтактного измерения температуры в промышленности, на транспорте и ЖКХ. Пирометры «Кельвин» обеспечивают высокоточный оперативный контроль температуры, а так же возможность управления печами по данному сигналу в диапазоне от -40 до 2200 о С в местах, где установка термопары по каким-либо причинам затруднена, а также в области температур, выходящих за пределы измерения термопар, труднодоступных местах.

Технические характеристики:

• Диапазон измерения температуры: -40…+2200°С
• Диапазон рабочих температур: -40°…+70°С
• Погрешность измерения: 1%+1°С
• Время измерения: 0,15 сек
• Разрешение: 1°С
• Показатель визирования: 1:200
• Диапазон установки излучательной способности: 0,01 … 1,00
• Спектральный диапазон: 1,0 - 1,6 мкм
• Выходной цифровой интерфейс: RS232 9600 бод
• Стандартная длина линии связи датчик-пульт: 3 м (максимальная длина: 20 м)
• Габаритные размеры пульта: 120x120x60мм
• Степень защиты от пыли и влаги: IP65

Амперметры « OMIX»

Серия однофазных/трехфазных амперметров Omix выполнена в корпусах из высококачественного пластика, с одним или тремя светодиодным индикаторами для отображения измеренных значений силы тока.

Характеристики прибора:

Прямое включение – 0…10 А

Через стандартный ТТ – 0…1 МА

• Точность измерения

0.5%+1 е.м.р.

• Скорость измерения

3 изм/с.

• Напряжение питания

U пит. = 220 В

Условия эксплуатации -15…+50 о С

Вольтметры « OMIX»

Серия однофазных/трехфазных вольтметров Omix выполнена в корпусах из высококачественного пластика, с одним или тремя светодиодным индикаторами для отображения измеренных значений напряжения.

Характеристики прибора:

• Диапазон измерения напряжения

Прямое включение – 0…500 В

Через стандартный ТН – 0…380 кВ

• Точность измерения

0.5%+1 е.м.р.

• Скорость измерения

3 изм/с

• Напряжение питания

U пит. = 220 В

• Условия эксплуатации

15…+50 о С

Тиристорные регуляторы напряжения «ZVEL»

предназначены для установки внутрь электромонтажных шкафов. Линейка регуляторов рассчитана на трехфазную нагрузку с током до 1000 А. Имеет однофазное/трехфазное исполнение.

Функциональность регуляторов ZVEL характеризуется наличием сервисных функций:

• жидко-кристаллический дисплей с индикацией токов нагрузки, задающего сигнала и кодов ошибок;
• функция ограничения тока;
• кнопочная панель для программирования уставок;
• электронные защиты от короткого замыкания, перегрузки и перегрева;
• автодиагностика пробоя тиристоров;
• контроль подключения нагрузки;
• защита от повреждения в нагрузке (несимметрия токов);
• потеря фазы или “слипание” фаз;
• способы управления мощностью – фазо-импульсный или пропуском периодов(программируется);

Усилитель «У13М»

Предназначены для управления мощностью электрической нагрузки в однофазных цепях переменного тока (для трехфазной нагрузки необходимо три прибора) за счет фазо-импульсной модуляции (ФИМ) от аналоговых входных сигналов. Прибор имеет обратную связь по сетевому напряжению, что позволяет осуществлять особо точную регулировку мощности на нагрузке.

Характеристика:

• Преобразование входного сигнала постоянного тока (напряжения постоянного тока) в выходную мощность (фазоимпульсное управление);
• Формирование режима запрета включения тиристоров;
• Обеспечение линейной зависимости величины выходной мощности, выделяемой на нагрузке, от величины входного сигнала. Для управления большой мощностью предусмотрена возможность подключения внешнего блока мощных тиристоров;
• Гальваническая развязка входных и выходных сигналов

Термопары

Термоэлектрические преобразователи (термопары) – устройство для измерения температуры в камере печи. Представляет собой 2 спаянных между собой с одного конца проволоки различного химического состава. При этом не спаянные концы должны находиться вне камеры (в холодной зон

Компания «Термокерамика» изготавливает термопары различных длин следующих типов:

• ТХА – хромель алюмель
• ТВР – вольфрам-рений
• ТПП – платина-платинародий
• ТПР – платинародий-платинародий

1 Цель работы

1.1 Ознакомиться с устройством электрической печи сопротивления, электрическими нагревателями, режимом работы электропечи и электрической схемой управления.

2 Порядок выполнения работы

2.1 Записать технические (пас­портные) данные электрической печи и электроизмерительных приборов.

2.2 Ознакомиться с устройством электрической печи сопротивле­ния и назначением отдельных ее частей.

2.3 Ознакомиться с электрической схемой управления режимами работы электрической печи сопротивления.

2.4 Собрать электрическую схему для проведения опыта.

2.5 Провести опыт по определению энергетических показателей работы электрической печи сопротивления.

2.6 Составить отчет о проделанной работе.

3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка для ознакомления с устройством, принципом действия и назначе­нием отдельных частей электрической печи сопротивления должна состоять из электрической печи сопротивления камерного типа мо­дели ОКБ-194А или модели Н-15 с нихромовыми нагревателями, предназначенными для термической обработки металлов при ин­дивидуальном и мелкосерийном производствах. Кроме того, дол­жен быть исходный материал для термической обработки; для этого рекомендуется заготовить детали, требующие такой обработки. Должны быть известны основные параметры температурных ре­жимов.

В электрическую печь закладываются термопары для контроля температуры. Установка должна иметь устройство для автомати­ческого регулирования температуры и располагать набором изме­рительных приборов и регуляторов температуры нагрева исходно­го материала.

В помещении, где проводятся замятия, должны быть развешены плакаты с изображением электропечей различных типов и конст­рукций, электрических принципиальных схем управления электропечными установками электронагрева сопротивлением.

4 Краткие теоретические сведения

Электрические печи сопротив­ления, где электрическая энергия превращается в тепловую через жидкие или твердые тела, бывают прямого и косвенного действия. В печах прямого действия нагреваемое тело непосредственно включается в сеть (рис.1) и нагревается протекающим через него током.

Рисунок 1 - Принципиальная схема установки прямого нагрева металлической заготовки: 1 – нагреваемая заготовка; 2 - трансформатор

В печах косвенного действия тепло выделяется в специальных нагревательных элементах и передается нагреваемому телу лучеиспусканием, теплопроводностью или конвекцией. Печи сопротивления и аппараты прямого нагрева применяются для нагрева цилиндрических изделий (прутков, труб), а косвенного нагрева для термической обработки изделий и материалов, а также для нагрева заготовок под ковку и штамповку.

Нагрев исходного материала в электрических печах сопротивления, как правило, производится до определенной (заданной) температуры. После периода нагрева следует период выдержки, необходимый для выравнивания температуры. Измерение температуры нагрева и контроль за ходом технологического процесса нагрева может производиться визуально и автоматически при помощи автоматических регуляторов по двухпозиционному методу (периодическое включение и отключение печи).

На рис.2 приведена принципиальная электрическая схема управления электрической печью при двухпозиционном регулировании.

Рисунок 2 - Принципиальная электрическая схема печи при двухпозиционном управлении

Схема предусматривает ручное и автоматическое управление. Если переключатель П поставить в положение 1 , то схема будет настроена на ручное управление, а положение 2 переключателя переводит схему на автоматическое управление. Включение и отключение нагревательных элементов НЭ производится терморегулятором TP , контакты которого в зависимости от температуры в печи замыкают или размыкают цепь катушки контактора Л непосредственно или через промежуточное реле РП . Регулирование температуры нагрева может осуществляться изменением мощности печи – переключением нагревателей с треугольника на звезду (рис. 3, а), при этом мощность печи уменьшается в три раза, а для однофазных печей переключением с параллельного соединения нагревателей на последовательное (рис. 3, б).

Рисунок 3 - Электрическая схема переключения нагревателей печи: а – с треугольника на звезду; б – с параллельного на последовательное

В электрических печах сопротивления в качестве нагревательных элементов применяются материалы с большим удельным сопротивлением. Эти материалы не должны окисляться, а образовавшиеся на поверхности окислы не должны лопаться и отскакивать при колебаниях температуры.

Наибольшее распространение при нагревании исходных материалов получили камерные печи благодаря их универсальности, они выполняются в виде прямоугольной камеры с огнеупорной футеровкой и теплоизоляцией, перекрытые подом и заключенные в металлический кожух. Печи серии Н выполняются с ленточными или проволочными нагревателями, уложенными на керамические полочки. Печи типа ОКБ-194 (рис. 4 и рис. 5) изготовляются двухкамерными, верхняя камера оборудована карборундовыми нагревателями, а нижняя- нихромовыми.

Рисунок 4 - Камерная электропечь типа ОКБ-194: 1 – механизм подъема дверцы верхней камеры; 2 – ролики дверцы нижней камеры; 3 – теплоизоляция; 4 – верхняя камера; 5 – нижняя камера; 6 – подовая плита

Методические указания

Технические (паспортные) данные электрической печи, аппаратуры управления, контроля и электроизмерительных приборов записываются по табличным данным оборудования. В дальнейшем эти сведения должны быть отражены в отчете по работе. Технические данные оборудования являются их номинальными параметрами, поэтому во время работы необходимо придерживаться указанных в паспортах значений тока, напряжений, мощностей и других величин.

При ознакомлении с электрической печью сопротивления следует обратить внимание на ее конструкцию и устройство нагревательных элементов и их расположение в печи. Рекомендуется измерить сопротивление нагревательных элементов с помощью тестера. Снять эскиз загрузочного устройства, обратить внимание на его привод. Выяснить, какие температурные режимы должны соблюдаться при термической обработке исходного материала (деталей) во время проведения опыта. Уточнить, какими приборами будет измеряться температура нагрева, где будут устанавливаться термопары. Электрическая схема соединений электропечи и измерительных приборов для проведения опыта приведена на рис. 5.

Учащиеся должны подобрать электроизмерительные приборы, аппаратуру управления, выполнить необходимые соединения и, перед тем как включить схему в работу, дать руководителю занятия для проверки.

Рисунок 5 - Принципиальная электрическая схема печи типа ОКБ-194: а – электрическая схема; б – диаграмма работы универсального переключателя УП

После проверки электрической схемы соединений и получения разрешения и задания от руководителя занятия на термическую обработку исходного материала учащиеся закладывают в загрузочное устройство исходный материал (детали) и включают печь работу. Во время проведения опыта надо внимательно наблюдать за показаниями электроизмерительных и теплоизмерительных приборов (амперметром, вольтметром, ваттметром, вторичным прибором термопары) и фиксировать их показания через равные промежутки времени. Данные наблюдений и последующих расчетов занести в таблицу 1. При достижении предельной температуры (согласно заданию) и наличии регулятора будет осуществлено регулирование температуры. Необходимо проследить, как работает регулятор, и заметить время перерыва подачи электроэнергии. По окончании опыта определить расход электроэнергии и коэффициент мощности установки.

Потребление А электрической энергии определяется по показанию счетчика, а в том случае, когда он в схеме отсутствует, можно воспользоваться величинами мощности Р (по показанию ваттметра) и продолжительности t работы:

А = Pt. (1)

Коэффициент мощности установки:

cosφ = Р/( UI). (2)

Таблица 1 – Данные опытов

Отчет по работе составляется по форме, указанной в приложении 1. В отчете необходимо привести паспортные данные машины аппаратов и измерительных приборов, кратко описать конструкцию электрической печи сопротивления, режим термообработки исходного материала, привести эскиз загрузочного устройства, расположения электронагревательных элементов, электрическую схему соединений приборов и аппаратов, которая использовалась при проведении опыта. Записать результаты наблюдений и расчетов. Описать способы регулирования температурных режимов в процессе термообработки. Ответить на контрольные вопросы.