Výkon moderních elektrických odporových pecí se pohybuje od zlomků kilowattu až po několik megawattů. Pece o výkonu nad 20 kW se obvykle vyrábějí jako třífázové a připojují se k sítím o napětí 120, 380, 660 V přímo nebo přes pecní transformátory. Účiník odporových pecí se blíží 1, rozložení zátěže na fáze u třífázových pecí je rovnoměrné.

Elektrická zařízení používaná v EPS se dělí na silovou, regulační, měřicí a pyrometrickou.

Energetická zařízení zahrnují transformátory, snižovací a nastavovací autotransformátory, napájecí zdroje, které ovládají mechanismy elektrických pohonů, výkonová spínací a ochranná zařízení, jističe, stykače, magnetické spouštěče, jističe a pojistky.

Většina pecí pracuje na síťovém napětí: nepotřebují transformátory a autotransformátory. Použití redukčních pecních transformátorů umožňuje zvýšit provozní proudy a použít větší vodiče pro výrobu ohřívačů, což zvyšuje jejich pevnost a spolehlivost,

Všechno průmyslové pece Odpory pracují v režimu automatické regulace teploty, což umožňuje pohánět výkon pece s požadovaným teplotním režimem, což zase vede ke snížení měrného příkonu oproti ručnímu řízení. Regulace provozní teploty v elektrických odporových pecích se provádí změnou výkonu dodávaného do pece.

Regulace výkonu dodávaného do pece musí být provedena několika způsoby: periodickým odstavováním a připojením pece k elektrické síti (dvoupolohová regulace); přepínání pece z hvězdy na trojúhelník, nebo ze sériové na paralelní (třípolohová regulace).

Při dvoupolohové polohové regulaci (obr. 4.40) je zobrazeno funkční schéma zapnutí pece, změna teploty a výkonu) je teplota v pracovním prostoru EPS řízena termočlánky, odporovými teploměry, fotobuňkami. . Trouba se zapíná regulátorem teploty odesláním příkazu cívce spínače KV.

Teplota v peci stoupne na hodnotu , v okamžiku, kdy termostat vypne pec.

Rýže. 4,40. Funkční schéma zařazení pece, změna

teplota a výkon s ovládáním on-off:

EP - elektrická pec; B - spínač;

RT - regulátor teploty; KV - cívka jističe;

1 - teplota pece; 2 - teplota ohřívaného tělesa;

3 - průměrný výkon spotřebovaný pecí

Vlivem absorpce tepla ohřívaným tělesem a ztrát do okolního prostoru se teplota sníží na , načež RT opět vydá povel k připojení pece k síti.

Hloubka teplotních pulsací závisí na citlivosti RT, setrvačnosti pece a citlivosti teplotního čidla.

U třípolohové regulace se výkon dodávaný do pece mění při přepnutí topných těles z hvězdy na trojúhelník. Regulace teploty touto metodou umožňuje snížit spotřebu energie ze sítě.

Z energetického hlediska je tento způsob regulace poměrně účinný, protože se neukazuje škodlivý vliv do napájecí sítě.

Regulace výkonu pece změnou vstupního napětí by měla být provedena několika způsoby:

Aplikace regulačních transformátorů a autotransformátorů s plynulou bezkontaktní regulací při zátěži;

Použití potencionálních regulátorů;

Zahrnutí dalších odporů ve formě tlumivek a reostatů do okruhu ohřívače;

Pulzní regulace pomocí tyristorových regulátorů.

Použití transformátorů s plynulou bezkontaktní regulací při zatížení, autotransformátorů a potenciálních regulátorů je spojeno s významnými investičními náklady, přítomností dodatečných ztrát a spotřebou jalového výkonu. Tato metoda se používá zřídka.

Zahrnutí dodatečného indukčního nebo aktivního odporu do okruhu ohřívače je spojeno s dodatečnými ztrátami a spotřebou jalového výkonu, což také omezuje použití tohoto způsobu řízení.

Pulzní regulace na bázi tyristorových regulátorů se provádí pomocí polovodičových ventilů, jejichž frekvence se volí na základě tepelné setrvačnosti elektrické pece.

Existují tři základní způsoby pulzního řízení energie spotřebovávané ze sítě AC:

1. Pulzní regulace na spínací frekvenci ( - frekvence proudu napájecí sítě) se změnou okamžiku odblokování tyristoru se obvykle nazývá fázově-pulzní nebo fázová (křivky a).

2. Pulzní regulace se zvýšenou spínací frekvencí (křivky b).

3. Pulzní regulace se sníženou spínací frekvencí (křivky c).

Pomocí pulzního řízení je možné dosáhnout plynulé regulace výkonu v širokém rozsahu téměř bez dodatečných ztrát, což zajišťuje shodu výkonu spotřebovaného pecí a výkonu dodávaného ze sítě.

Na Obr. 4.41 ukazuje schéma pulzního řízení výkonu pece.

Rýže. 4.41. Schéma pulzního řízení výkonu pece:

EP - elektrická pec; RT - regulátor tepla; UT -řídicí jednotka tyristorového regulátoru; TR - tyristorový regulátor

Parametry odporových pecí - koncepce a typy. Klasifikace a vlastnosti kategorie "Parametry odporových pecí" 2017, 2018.

1 Účel práce

1.1 Seznamte se se zařízením elektrické odporové pece, elektrickými ohřívači, provozním režimem elektrické pece a elektrickým ovládacím obvodem.

2 Pracovní příkaz

2.1 Zapište si technické (pasové) údaje elektrické pece a el měřící nástroje.

2.2 Seznamte se se zařízením elektrické odporové pece a účelem jejích jednotlivých částí.

2.3 Seznamte se s elektrickým obvodem pro ovládání provozních režimů elektrické odporové pece.

2.4 Sbírejte elektrické schéma provést experiment.

2.5 Proveďte experiment k určení energetické náročnosti elektrické odporové pece.

2.6 Sestavte zprávu o provedené práci.

3 Popis uspořádání laboratoře

Laboratorní instalace pro seznámení se zařízením, principem činnosti a účelem jednotlivých částí elektrické odporové pece by měla být tvořena elektrickou odporovou pecí komorový typ Modely OKB-194A nebo modely H-15 s nichromovými ohřívači určené pro tepelné zpracování kovů v individuální a malosériové výrobě. Kromě toho musí existovat výchozí materiál pro tepelné zpracování; k tomu se doporučuje připravit díly, které takové zpracování vyžadují. Měly by být známy hlavní parametry teplotních režimů.

V elektrické troubě jsou umístěny termočlánky pro řízení teploty. Instalace musí mít zařízení pro automatickou regulaci teploty a mít sadu měřicích přístrojů a regulátorů teploty pro ohřev výchozího materiálu.

V místnosti, kde se provádějí džemy, by měly být vyvěšeny plakáty zobrazující elektrické pece různé typy a struktury, schémata elektrických obvodů pro ovládání instalací elektrických pecí elektrického vytápění s odporem.

4 Stručné teoretické informace

Elektrické odporové pece, kde se elektrická energie přeměňuje na teplo prostřednictvím kapalných nebo pevných těles, mají přímý a nepřímý účinek. V pece přímo působením je ohřívané těleso přímo připojeno k síti (obr. 1) a ohříváno jím procházejícím proudem.

Obrázek 1 - Schematické schéma zařízení pro přímý ohřev kovového bloku: 1 - vyhřívaný blok; 2 - transformátor

V pece nepřímé působením se teplo uvolňuje ve speciálních topných tělesech a předává ohřívanému tělesu sáláním, vedením tepla nebo konvekcí. K ohřevu válcových výrobků (tyče, trubky) se používají odporové pece a přímotopná zařízení. nepřímé vytápění pro tepelné zpracování výrobků a materiálů, jakož i pro ohřev polotovarů pro kování a lisování.

Ohřev výchozího materiálu v elektrických odporových pecích se zpravidla provádí na určitou (nastavenou) teplotu. Po zahřívací periodě následuje prodleva nutná k vyrovnání teploty. Měření teploty ohřevu a řízení průběhu technologického procesu ohřevu lze provádět vizuálně i automaticky pomocí automatických regulátorů metodou on-off (periodické zapínání a vypínání pece).

Na obr. 2 je schéma zapojení řízení elektrické pece s regulací zapnuto-vypnuto.

Obrázek 2 - Schematické schéma pece s on-off ovládáním

Schéma umožňuje ruční a automatické ovládání. Pokud spínač P dát do pozice 1 , pak bude obvod nastaven na ruční ovládání a pozici 2 spínač přepne okruh do automatického řízení. Zapínání a vypínání topných těles NE vyrobené termostatem TP, jehož kontakty v závislosti na teplotě v peci uzavírají nebo otevírají obvod cívky stykače L přímo nebo přes mezilehlé relé RP. Teplotu ohřevu lze řídit změnou výkonu pece - přepínáním topných těles z trojúhelníku na hvězdu (obr. 3, a), přičemž výkon pece se snižuje trojnásobně a u jednofázových pecí přepínáním z paralelního připojení ohřívačů k sériovému (obr. 3, b) .

Obrázek 3 - Elektrický obvod pro spínání ohřívačů pece: a - z trojúhelníku do hvězdy; b - od paralelního k sériovému

V elektrických odporových pecích se jako topné články používají materiály s vysokým měrným odporem. Tyto materiály by neměly oxidovat a oxidy vytvořené na povrchu by neměly praskat a odrážet se při kolísání teploty.

K ohřevu surovin jsou pro svou univerzálnost nejpoužívanější komorové pece, které jsou vyrobeny ve formě obdélníkové komory se žáruvzdornou vyzdívkou a tepelnou izolací, zakryté topeništěm a uzavřené v kovovém plášti. Pece řady H jsou vyráběny s páskovými nebo drátěnými topidly uloženými na keramických policích. Pece typu OKB-194 (obr. 4 a obr. 5) jsou vyrobeny dvoukomorové, horní komora je vybavena karborundovými ohřívači a spodní nichromovými.

Obrázek 4 - Komorová elektrická pec typ OKB-194: 1 - mechanismus pro zvedání dvířek horní komory; 2 - válečky dveří spodní komory; 3 - tepelná izolace; 4 - horní komora; 5 - spodní komora; 6 - deska topeniště

Směrnice

Technické (pasportové) údaje elektrické pece, řídicího a monitorovacího zařízení a elektrických měřicích přístrojů se zaznamenávají podle tabulkových údajů zařízení. V budoucnu by se tato informace měla promítnout do zprávy o práci. Technická data zařízení jsou jejich jmenovité parametry, proto je během provozu nutné dodržovat proud, napětí, výkon a další hodnoty uvedené v pasech.

Při seznamování s elektrickou odporovou pecí byste měli věnovat pozornost její konstrukci a uspořádání topných těles a jejich umístění v peci. Doporučuje se změřit odpor topných těles zkoušečkou. Udělejte si náčrt spouštěcího zařízení, věnujte pozornost jeho jednotce. Zjistěte, jaké teplotní režimy je třeba dodržovat při tepelném zpracování výchozího materiálu (dílů) během experimentu. Určete, které přístroje budou měřit teplotu ohřevu, kde budou instalovány termočlánky. Schéma elektrického zapojení elektrické pece a měřicích přístrojů pro experiment je znázorněno na Obr. 5.

Žáci musí vybrat elektrické měřicí přístroje, ovládací zařízení, provést potřebné zapojení a před uvedením obvodu do provozu předat vedoucímu třídy k ověření.

Obrázek 5 - Schematické elektrické schéma pece typu OKB-194: a - elektrické schéma; b - schéma činnosti univerzálního spínače UP

Po kontrole elektrického schématu zapojení a získání povolení a pokynů vedoucího lekce k tepelnému zpracování výchozího materiálu vloží žáci výchozí materiál (díly) do nakládacího zařízení a zapnou pec. Při pokusu je nutné pečlivě sledovat odečty elektrických a teploměrných přístrojů (ampérmetr, voltmetr, wattmetr, sekundární termočlánkový přístroj) a v pravidelných intervalech zaznamenávat jejich odečty. Údaje pozorování a následných výpočtů zapište do tabulky 1. Při dosažení mezní teploty (dle zadání) a přítomnosti regulátoru dojde k regulaci teploty. Je nutné sledovat, jak regulátor pracuje a poznamenat si dobu výpadku proudu. Na konci experimentu určete spotřebu energie a účiník instalace.

Spotřeba A elektrická energie je určeno odečtem měřiče a v případě, že v obvodu chybí, můžete použít hodnoty výkonu R(jak ukazuje wattmetr) a trvání t funguje:

A = Pt.(1)

Účiník instalace:

cosφ = Р/( UI).(2)

Tabulka 1 - Experimentální data

Protokol o práci se vyhotovuje ve formě uvedené v příloze č. 1. Protokol musí obsahovat pasportní údaje strojního aparátu a měřicích přístrojů, stručně popsat provedení elektrické odporové pece, způsob tepelného zpracování výchozího materiálu, způsob tepelného zpracování výchozího materiálu, způsob tepelného zpracování výchozího materiálu a údaje o strojním zařízení. poskytněte náčrt nakládacího zařízení, umístění elektrických topných prvků, schéma elektrického zapojení zařízení a zařízení použitých v experimentu. Zaznamenejte výsledky pozorování a výpočtů. Popište způsoby regulace teploty při tepelném zpracování. Odpověz na bezpečnostní otázky.

V. Krylov

V současné době jsou tyristory široce používány v různá zařízení automatické ovládání, signalizace a ovládání. Tyristor je řízená polovodičová dioda, která se vyznačuje dvěma stabilními stavy: otevřený, kdy přímý odpor tyristoru je velmi malý a proud v jeho obvodu závisí především na napětí zdroje a odporu zátěže, a sepnutý, když je jeho přímý odpor vysoký a proud je několik miliampérů .

Na Obr. 1 ukazuje typickou proudově napěťovou charakteristiku tyristoru, kde sekce O A odpovídá sepnutému stavu tyristoru a sekce BV odpovídá stavu otevřenému.

Při záporných napětích se tyristor chová jako běžná dioda (oddíl OD).

Pokud zvýšíte propustné napětí na uzavřeném tyristoru s proudem řídicí elektrody rovným nule, pak při dosažení hodnoty Uon se tyristor otevře. Takové spínání tyristoru se nazývá anodové spínání. Činnost tyristoru je v tomto případě podobná činnosti neřízené polovodičové čtyřvrstvé diody - dinistoru.

Přítomnost řídicí elektrody umožňuje otevřít tyristor při anodovém napětí menším než Uon. K tomu je nutné vést řídicí proud Iу podél obvodu řídicí elektroda - katoda. Proudově-napěťová charakteristika tyristoru pro tento případ je uvedena na Obr. 1 tečkovaná čára. Minimální řídicí proud potřebný k otevření tyristoru se nazývá usměrňovací proud Iref. Usměrňovací proud silně závisí na teplotě. V referenčních knihách se uvádí při určitém anodovém napětí. Pokud během doby řídícího proudu překročí anodový proud hodnotu vypínacího proudu Ioff, pak zůstane tyristor otevřený i po skončení řídícího proudu; pokud se tak nestane, pak se tyristor opět uzavře.

Při záporném napětí na anodě tyristoru není povoleno napájení jeho řídící elektrody. Je také nepřijatelné mít na řídicí elektrodě záporné (vzhledem ke katodě) napětí, při kterém zpětný proud řídicí elektrody překračuje několik miliampérů.

Otevřený tyristor lze přepnout do uzavřeného stavu pouze snížením jeho anodového proudu na hodnotu menší než Ioff. U stejnosměrných zařízení se k tomuto účelu používají speciální zhášecí obvody a v obvodu střídavého proudu se tyristor sám sepne v okamžiku, kdy hodnota anodového proudu projde nulou.

To je důvodem nejrozšířenějšího použití tyristorů ve střídavých obvodech. Všechny níže uvedené obvody jsou relevantní pouze pro tyristory zahrnuté v obvodu střídavého proudu.

Aby byl zajištěn spolehlivý provoz tyristoru, musí zdroj řídicího napětí splňovat určité požadavky. Na Obr. 2 znázorňuje ekvivalentní obvod zdroje řídicího napětí a Obr. 3 je graf, pomocí kterého můžete určit požadavky na jeho nosnou linii.

Na grafu čáry A a B omezují rozptylovou zónu vstupních proudově-napěťových charakteristik tyristoru, což jsou závislosti napětí na řídící elektrodě Uy na proudu této elektrody Iy při otevřeném anodovém obvodu. Direct B určuje minimální napětí Uу, při kterém se jakýkoliv tyristor tohoto typu otevře při minimální teplotě. Přímka G určuje minimální proud Iy, dostatečný k otevření jakéhokoli tyristoru tohoto typu při minimální teplotě. Každý konkrétní tyristor se otevírá v určitém bodě své vstupní charakteristiky. Stínovaná oblast je těžištěm takových bodů pro všechny tyristory daného typu, které vyhovují Specifikace. Přímky D a E určují maximální přípustné hodnoty napětí Uy a proudu Iy a křivka K je maximální přípustná hodnota výkonu rozptýleného na řídicí elektrodě. Zatěžovací čára L zdroje řídicího signálu je vedena body, které určují napětí nečinný pohyb zdroj Eu.xx a jeho zkratový proud Iу.kz = Eu.хх/Rext, kde Rext je vnitřní odpor zdroje. Bod S průsečíku zatěžovací čáry L se vstupní charakteristikou (křivkou M) zvoleného tyristoru musí být v oblasti mezi zastíněnou oblastí a čarami A, D, K, E a B.

Tato oblast se nazývá preferovaná oblast otevření. Vodorovná čára H určuje nejvyšší napětí na regulačním přechodu, při kterém se neotevře ani jeden tyristor tohoto typu při maximální dovolené teplotě. Tato hodnota, která je v desetinách voltu, tedy určuje maximální přípustnou amplitudu rušivého napětí v řídicím obvodu tyristoru.

Po otevření tyristoru neovlivňuje řídicí obvod jeho stav, proto lze tyristor ovládat pulzy krátkého trvání (desítky nebo stovky mikrosekund), což umožňuje zjednodušit řídicí obvody a snížit ztrátový výkon na řídící elektrodu. Doba trvání pulsu by však měla být dostatečná k tomu, aby anodový proud stoupl na hodnotu přesahující vypínací proud Ioff pro různé typy zátěží a tyristorové provozní režimy.

Relativní jednoduchost řídicích zařízení pro činnost tyristorů ve střídavých obvodech vedla k širokému použití těchto zařízení jako řídicích prvků v zařízeních pro stabilizaci a regulaci napětí. V tomto případě je průměrná hodnota napětí na zátěži regulována změnou okamžiku napájení (tedy fáze) řídicího signálu vzhledem k začátku půlcyklu napájecího napětí. Frekvence řídicích impulsů v takových obvodech musí být synchronizována s frekvencí sítě.

Existuje několik metod pro řízení tyristorů, z nichž je třeba poznamenat amplitudu, fázi a fázový impuls.

Způsob řízení amplitudy spočívá v tom, že na řídicí elektrodu tyristoru je přivedeno kladné napětí, které se mění ve velikosti. Tyristor se otevře v okamžiku, kdy toto napětí postačí na to, aby řídicím spojem protékal usměrňovací proud. Změnou napětí na řídící elektrodě můžete změnit okamžik otevření tyristoru. Nejjednodušší obvod regulátor napětí, postavený na tomto principu, je znázorněn na Obr. 4.

Jako řídicí napětí je zde použita část anodového napětí tyristoru, tedy napětí kladného půlcyklu sítě. Rezistor R2 mění otevírací moment tyristoru D1 a tím i průměrnou hodnotu napětí na zátěži. Při plně zasunutém rezistoru R2 je napětí na zátěži minimální. Dioda D2 chrání řídicí přechod tyristoru před zpětným napětím. Je třeba poznamenat, že řídicí obvod není připojen přímo k síti, ale paralelně s tyristorem. To se děje tak, že otevřený tyristor přepíná řídicí obvod a zabraňuje zbytečnému ztrátě energie na jeho prvcích.

Hlavními nevýhodami uvažovaného zařízení jsou silná závislost zátěžového napětí na teplotě a nutnost individuálního výběru rezistorů pro každou instanci tyristoru. První je vysvětlena teplotní závislostí usměrňovacího proudu tyristorů, druhá je způsobena jejich velkým rozptylem vstupní charakteristiky. Kromě toho je zařízení schopno řídit otevírací moment tyristoru pouze během první poloviny kladného půlcyklu síťového napětí.

Ovládací zařízení, jehož schéma je na Obr. 5, umožňuje rozšíření regulačního rozsahu na 180° a zařazení tyristoru do úhlopříčky usměrňovacího můstku - pro regulaci napětí na zátěži během obou půlcyklů síťového napětí.

Kondenzátor C1 se nabíjí přes odpory R1 a R2 na napětí, při kterém řídicím přechodem tyristoru protéká proud rovný usměrňovacímu proudu. V tomto případě se tyristor otevře a proud prochází zátěží. Díky přítomnosti kondenzátoru je napětí na zátěži méně závislé na kolísání teploty, ale přesto jsou tomuto zařízení vlastní stejné nevýhody.

U fázového způsobu řízení tyristorů pomocí fázového posuvného můstku se fáze řídicího napětí mění vůči napětí na anodě tyristoru. Na Obr. 6 je schéma půlvlnného regulátoru napětí, u kterého je změna napětí na zátěži prováděna rezistorem R2, zařazeným v jednom z ramen můstku, z jehož úhlopříčky je napětí přiváděno do řízení. přechod tyristoru.

Napětí na každé polovině vinutí III ovladače by mělo být přibližně 10 V. Zbývající parametry transformátoru jsou určeny napětím a výkonem zátěže. Hlavní nevýhodou způsobu fázové regulace je malá strmost řídicího napětí, díky které je nízká stabilita otevíracího momentu tyristoru.

Fázově pulzní způsob řízení tyristoru se od předchozího liší tím, že pro zvýšení přesnosti a stability otevíracího momentu tyristoru je na jeho řídící elektrodu přiváděn napěťový pulz se strmým čelem. Tato metoda je v současnosti nejpoužívanější. Schémata, která implementují tuto metodu, jsou velmi rozmanitá.

Na Obr. 7 ukazuje schéma jednoho z nejvíce jednoduchá zařízení pomocí metody fázově pulzního tyristorového řízení.

Při kladném napětí na anodě tyristoru D3 se kondenzátor C1 nabíjí přes diodu D1 a proměnný rezistor R1. Když napětí na kondenzátoru dosáhne spínacího napětí dinistoru D2, otevře se a kondenzátor se vybije přes řídicí přechod tyristoru. Tento impuls vybíjecího proudu otevře tyristor D3 a proud začne protékat zátěží. Změnou nabíjecího proudu kondenzátoru rezistorem R1 je možné změnit okamžik otevření tyristoru v rámci půlcyklu síťového napětí. Rezistor R2 eliminuje samovolné otevírání tyristoru D3 vlivem svodových proudů při zvýšených teplotách. Podle technických podmínek, kdy tyristory pracují v pohotovostním režimu, je instalace tohoto odporu povinná. Znázorněno na Obr. 7, obvod nenašel široké uplatnění z důvodu velkého rozptylu spínacího napětí dinistorů, dosahujícího až 200% a značné závislosti zapínacího napětí na teplotě.

Jednou z odrůd fázově-impulzního způsobu řízení tyristorů je v současnosti nejpoužívanější tzv. vertikální řízení. Spočívá v tom, že na vstupu pulzního generátoru je provedeno porovnání (obr. 8) konstantního napětí (1) a napětí s proměnlivou velikostí (2). V okamžiku rovnosti těchto napětí je generován tyristorový řídicí impuls (3). Napětí s proměnnou velikostí může mít sinusový, trojúhelníkový nebo pilový tvar (jak je znázorněno na obr. 8).

Jak je vidět z obrázku, změnu okamžiku výskytu řídicího impulsu, to znamená posunutí jeho fáze, lze provést třemi různými způsoby:

změna rychlosti nárůstu střídavého napětí (2a),

změnou jeho počáteční úrovně (2b) a

změnou hodnoty konstantního napětí (1a).

Na Obr. 9 ukazuje blokové schéma zařízení, které implementuje způsob vertikálního tyristorového řízení.

Jako každé jiné zařízení pro řízení fázových impulzů se skládá ze zařízení pro fázový posun FSU a generátoru impulzů PG. Zařízení pro fázový posun zase obsahuje vstupní zařízení VU, které vnímá řídicí napětí Uy, generátor střídavého (ve velikosti) napětí GPN a srovnávací zařízení SU. Jako pojmenované prvky lze použít širokou škálu zařízení.

Na Obr. 10 znázorňuje schematický diagram řídicího zařízení pro tyristor (D5) zapojený do série s můstkovým usměrňovačem (D1 - D4).

Zařízení se skládá z generátoru pilového napětí s tranzistorovým spínačem (T1), Schmittovou spouští (T2, T3) a výstupním klíčovým zesilovačem (T4). Působením napětí odebraného ze synchronizačního vinutí III transformátoru Tr1 je tranzistor T1 uzavřen. V tomto případě je kondenzátor C1 nabíjen přes odpory R3 a R4. Napětí na kondenzátoru roste po exponenciální křivce, jejíž počáteční úsek lze s určitou aproximací považovat za přímočarý (2, viz obr. 8).

V tomto případě je tranzistor T2 uzavřen a T3 je otevřený. Emitorový proud tranzistoru T3 vytváří na rezistoru R6 úbytek napětí, který určuje úroveň činnosti Schmittovy spouště (1 na obr. 8). Součet napětí na rezistoru R6 a otevřeném tranzistoru T3 je menší než napětí na zenerově diodě D10, takže tranzistor T4 je uzavřený. Když napětí na kondenzátoru C1 dosáhne spouštěcí úrovně Schmitt, tranzistor T2 se otevře a T3 sepne. Současně se otevře tranzistor T4 a na rezistoru R10 se objeví napěťový impuls, který otevře tyristor D5 (impulz 3 na obr. 8). Na konci každého půlcyklu síťového napětí se tranzistor T1 otevře proudem procházejícím rezistorem R2. Kondenzátor C1 se vybije téměř na nulu a řídicí zařízení se vrátí do původního stavu. Tyristor se sepne v okamžiku, kdy amplituda anodového proudu projde nulou. Se začátkem dalšího půlcyklu se cyklus provozu zařízení opakuje.

Změnou odporu rezistoru R3 je možné změnit nabíjecí proud kondenzátoru C1, to znamená rychlost nárůstu napětí na něm, a tedy okamžik výskytu otevíracího tyristorového impulsu. Nahrazením odporu R3 tranzistorem můžete automaticky upravit napětí na zátěži. Toto zařízení tedy využívá první z výše uvedených způsobů posunutí fáze řídicích impulsů.

Mírná změna v obvodu znázorněném na Obr. 11 umožňuje získat regulaci podle druhého způsobu. V tomto případě je kondenzátor C1 nabíjen přes konstantní odpor R4 a rychlost nárůstu pilového napětí je ve všech případech stejná. Ale při otevření tranzistoru T1 se kondenzátor nevybije na nulu, jako u předchozího zařízení, ale na řídicí napětí Uy.
V důsledku toho začne nabíjení kondenzátoru v dalším cyklu od této úrovně. Změnou napětí Uy se reguluje okamžik otevření tyristoru. Dioda D11 odpojuje zdroj řídicího napětí od kondenzátoru při jeho nabíjení.

Koncový stupeň na tranzistoru T4 poskytuje potřebné proudové zesílení. Pomocí pulzního transformátoru jako zátěže můžete současně ovládat několik tyristorů.

V uvažovaných regulačních zařízeních je na regulační přechod tyristoru přivedeno napětí po dobu od okamžiku rovnosti konstantního a pilového napětí do konce půlperiodu síťového napětí, tj. okamžikem vybití kondenzátoru C1. Dobu trvání řídicího impulsu můžete zkrátit zapnutím derivačního obvodu na vstupu proudového zesilovače, provedeného na tranzistoru T4 (viz obr. 10).

Jednou z variant metody vertikálního tyristorového řízení je metoda počet-puls. Jeho zvláštnost spočívá v tom, že na řídicí elektrodu tyristoru není aplikován jeden pulz, ale balíček krátkých pulzů. Doba trvání impulzu se rovná trvání řídicího impulzu znázorněného na obr. 8.

Frekvence opakování pulzu v dávce je určena parametry generátoru pulzů. Metoda početně-pulzní regulace zajišťuje spolehlivé otevření tyristoru pro jakýkoli typ zátěže a umožňuje snížit ztrátový výkon na regulačním přechodu tyristoru. Pokud je navíc na výstupu zařízení zařazen pulzní transformátor, je možné zmenšit jeho velikost a zjednodušit konstrukci.

Na Obr. 12 znázorňuje schéma řídicího zařízení využívajícího metodu počet-puls.

Jako srovnávací uzel a pulzní generátor je zde použit vyvážený diodově-regenerační komparátor, sestávající z porovnávacího obvodu na diodách D10, D11 a vlastního blokovacího generátoru, sestaveného na tranzistoru T2. Diody D10, D11 řídí zpětnovazební obvod blokovacího oscilátoru.

Stejně jako v předchozích případech, když je tranzistor T1 uzavřen, nabíjení kondenzátoru C1 začíná přes rezistor R3. Dioda D11 je otevřená napětím Uy a dioda D10 je zavřená. Vinutí IIa kladné zpětné vazby blokovacího oscilátoru je tedy otevřené, zatímco vinutí IIb záporné zpětné vazby je uzavřeno a tranzistor T2 je uzavřen. Když napětí na kondenzátoru C1 dosáhne napětí Uy, dioda D11 se uzavře a D10 se otevře. Obvod kladné zpětné vazby se uzavře a blokovací generátor začne generovat impulsy, které budou přiváděny z vinutí I transformátoru Tr2 do řídicího přechodu tyristoru. Generování impulsů bude pokračovat až do konce půlcyklu síťového napětí, kdy se tranzistor T1 otevře a kondenzátor C1 se vybije. Dioda D10 se poté zavře a D11 se otevře, proces blokování se zastaví a zařízení se vrátí do původního stavu. Změnou řídicího napětí Uy je možné změnit okamžik začátku generování vzhledem k začátku půlcyklu a následně i okamžik otevření tyristoru. V tomto případě se tedy používá třetí způsob posunutí fáze řídicích impulsů.

Použití vyváženého obvodu srovnávacího uzlu zajišťuje teplotní stabilitu jeho provozu. Křemíkové diody D10 a D11 s nízkým zpětným proudem umožňují získat vysokou vstupní impedanci uzlu komparátoru (asi 1 MΩ). Nemá tedy prakticky žádný vliv na proces nabíjení kondenzátoru C1. Citlivost uzlu je velmi vysoká a činí několik milivoltů. Rezistory R6, R8, R9 a kondenzátor C3 určují teplotní stabilitu pracovního bodu tranzistoru T2. Rezistor R7 slouží k omezení kolektorového proudu tohoto tranzistoru a zlepšení tvaru impulsu blokovacího oscilátoru. Dioda D13 omezuje rázové napětí na kolektorovém vinutí III transformátoru Tr2, které vzniká při sepnutém tranzistoru. pulzní transformátor Tr2 lze provést na feritovém prstenci 1000NN o velikosti K15X6X4,5. Vinutí I a III obsahují každé 75 a vinutí II a a II b - 50 závitů drátu PEV-2 po 0,1.

Nevýhodou tohoto ovládacího zařízení je relativní nízká frekvence opakování pulzu (přibližně 2 kHz s dobou trvání pulzu 15 mikrosekund). Frekvenci můžete zvýšit např. snížením odporu rezistoru R4, přes který se vybíjí kondenzátor C2, ale zároveň je teplotní stabilita citlivosti srovnávacího uzlu poněkud horší.

Metodu početně pulzního tyristorového řízení lze také použít ve výše uvedených zařízeních (obr. 10 a 11), protože při určité volbě jmenovitých hodnot prvků (C1, R4-R10, viz obr. 10) se Schmitt spouští, když napětí na kondenzátoru C1 překročí úroveň spouštění, negeneruje jediný impuls, ale sekvenci impulsů. Jejich trvání a rychlost opakování jsou určeny parametry a režimem spouštění. Takové zařízení se nazývalo „multivibrátor spouštěný výbojem“.

Závěrem je třeba poznamenat, že výrazné obvodové zjednodušení tyristorových řídicích zařízení při zachování vysoké indikátory kvality lze dosáhnout pomocí unijunction tranzistorů.

Yarov V. M.
Napájecí zdroje pro elektrické odporové pece
Tutorial

Publikováno rozhodnutím redakční a vydavatelské rady Chuvash státní univerzita oni, I. I. Uljanová

Čuvašská státní univerzita
1982

Učebnice je určena pro studenty oboru "Elektrotermické instalace" vykonávající ročníková práce v kurzu" Automatické ovládání elektrotepelných instalací“ a diplomový návrh s hloubkovou studií zdrojů energie pro elektrické odporové pece.

Příručka analyzuje vlastnosti činnosti tyristorových regulátorů střídavého napětí při práci s jinou zátěží. Je popsán princip činnosti magnetických zesilovačů a parametrických zdrojů proudu. Je uveden popis konkrétních řídicích obvodů napájení.

Rep. redaktor: dr. tech. vědy; Profesor Yu. M. MIRONOV.

Úvod

Kapitola I. Principy regulace výkonu elektrických odporových pecí
1.1. Charakteristika elektrické odporové pece jako zátěže zdroje
1.2. Způsoby regulace výkonu elektrické odporové pece
1.2.1. Regulace napájecího napětí
1.2.2. Spínání ohřívačů trouby
1.23. Regulace výkonu pece změnou tvaru křivky proudu

Kapitola 2
2.1. Práce na aktivní zátěži
2.2. Provoz magnetického zesilovače na aktivní indukční střídavé zátěži

Kapitola 3
3.1. Princip fungování
3.2. Způsoby regulace zátěžového proudu

Kapitola 4
4.1. Princip činnosti regulátoru
4.2. Aktivní regulátor zatížení
4.3. Analýza s aktivní indukční zátěží
4.4. Zdroj fázových impulsů s transformátorovou zátěží
4.5. Třífázové regulátory střídavého napětí
4.6. Řídicí systémy pro jednofázové fázové pulzní zdroje
4.6.1. Funkční schématařídicí systémy
4.6.2. Vícekanálové řídicí systémy
4.6.3. Jednokanálové řídicí systémy
4.7 Systém řízení třífázového napájení

Kapitola 5
5.1. Elektrický režim zdroj s aktivní zátěží
5.2. Procesy v transformátoru při periodickém zapínání
5.3. Způsoby zapnutí zátěže transformátoru bez magnetizačních proudových rázů
5.4. Vlastnosti zapnutí třífázového transformátoru
5.5. Řídicí systémy spínacích regulátorů
5.5.1. Požadavky na řídicí systémy
5.5.2. Řídicí systémy pro jednofázové spínací regulátory
5.5.3. Řídicí systém pulzně šířkového regulátoru se zátěží transformátoru
5.5.4. Řídicí systém třífázového regulátoru

Kapitola 6
6.1. Porovnání metod regulace střídavého napětí
6.2. Skupinový provoz regulátorů jako cesta ke zlepšení energetické náročnosti
6.3. Optimalizace metod řízení pro pulzně šířkové regulátory při skupinovém zatížení
6.4. Řídicí systém pro skupinu pulzně šířkových regulátorů se zařazením stejnoměrného intervalu
6.5. Zvýšení koeficientu, výkon v jediném regulátoru střídavého napětí

Úvod

Aby se teplota v peci udržela konstantní nebo se měnila podle daného zákona, je nutné mít možnost měnit její výkon v širokém rozsahu. Požadavky na přesnost regulace se v závislosti na technologickém procesu prováděném v peci velmi liší. Například při tavení kovů a ohřevu pro plastickou deformaci jsou nízké - jsou přípustné teplotní výkyvy ± 25-50 ° C; při tepelném zpracování se tyto požadavky zpřísňují, dosahují až ±10-±5° С. Takovou kvalitu regulace lze zajistit dvou a třípolohovou regulací.

Technologický postup výroby polovodičových součástek, monokrystalů různé materiály, tepelné zpracování skla atd. klade vysoké požadavky na kvalitu regulace teploty. Zajištění takto vysokých požadavků (±0,5-±3°С) na úrovni 1000-1500°С je možné pouze při použití řízených bezkontaktních zdrojů na bázi magnetických nebo tyristorových zesilovačů.

Rozmanitost technologické procesy určuje rozmanitost zdrojů potravy. Magnetické zesilovače byly prakticky nahrazeny tranzistorovými zesilovači, protože ty mají vyšší účinnost, lepší dynamické vlastnosti a ukazatele hmotnosti a velikosti.

V instalacích kontaktního vytápění se používají parametrické zdroje proudu, jejichž princip činnosti je založen na jevu rezonance v třífázové síti.

Výkon v současnosti používaných tyristorových zdrojů se pohybuje od stovek wattů do stovek kilowattů. Manuál porovnává způsoby ovládání tyristorů, hodnotí oblasti jejich použití.

Cheboksary, nakladatelství ChuvGU, 1982

Existují 2 zásadně odlišné přístupy k řízení výkonu:

1) Průběžné řízení, při kterém může být do pece zaveden jakýkoli požadovaný výkon.

2) Krokové řízení, při kterém lze do pece zavádět pouze diskrétní rozsah výkonů.

První vyžaduje plynulou regulaci napětí na topných tělesech. Takovou regulaci lze provést pomocí jakéhokoli typu výkonových zesilovačů (generátor, tyristorový usměrňovač, EMU). V praxi jsou nejrozšířenější tyristorové napájecí zdroje postavené podle schématu TRN. Takové regulátory jsou založeny na vlastnostech tyristoru zapojeného do obvodu střídavého proudu v sérii s aktivním odporem ohřívače. Tyristorové zdroje obsahují antiparalelně zapojené tyristory vybavené SIFU.

U druhého způsobu se napětí na ohřívači mění přepínáním silových obvodů pece. Obvykle jsou 2-3 kroky možného napětí a výkonu ohřívače. Nejběžnější dvoupolohový způsob krokového řízení. Podle tohoto způsobu je pec buď připojena k síti při svém jmenovitém výkonu, nebo zcela odpojena od sítě. Požadovaná hodnota průměrného výkonu přiváděného do pece je zajištěna změnou poměru doby zapnutí a vypnutí.

Průměrná teplota v peci odpovídá průměrnému výkonu přiváděnému do pece. Náhlé změny okamžitého výkonu vedou ke kolísání teploty kolem průměrné úrovně. Velikost těchto výkyvů je určena velikostí odchylek R MGNOV od průměrné hodnoty a velikostí tepelné setrvačnosti pece. Ve většině obecných průmyslových pecí je tepelná setrvačnost tak velká, že kolísání teploty v důsledku stupňovité regulace nepřekročí požadovanou hodnotu přesnosti udržování teploty. Konstrukčně může být ovládání zapnuto-vypnuto buď pomocí běžného stykače nebo tyristorového spínače. Tyristorový spínač obsahuje antiparalelní

Existují modifikace tyristorových spínačů, které vůbec nepoužívají kontakty.

Tyristorové spínače jsou spolehlivější než stykače, jsou jiskrově odolné proti výbuchu, jsou tiché v provozu a jsou o něco dražší.

Kroková regulace má účinnost blízkou 1, až M »1.