Die Leistung moderner elektrischer Widerstandsöfen reicht von Bruchteilen eines Kilowatts bis zu mehreren Megawatt. Öfen mit einer Leistung von mehr als 20 kW sind in der Regel dreiphasig und direkt oder über Ofentransformatoren an Netze mit Spannungen von 120, 380, 660 V angeschlossen. Der Leistungsfaktor von Widerstandsöfen liegt nahe bei 1, die Lastverteilung über die Phasen in Drehstromöfen ist gleichmäßig.

Die in EPS verwendeten elektrischen Geräte sind in Leistungs-, Steuer-, Mess- und Pyrometergeräte unterteilt.

Zur Energieausrüstung gehören Transformatoren, Abwärts- und Regelspartransformatoren, Stromversorgungen zum Antrieb elektrischer Antriebsmechanismen, Leistungsschalt- und Schutzausrüstung, Schalter, Schütze, Magnetstarter, Leistungsschalter und Sicherungen.

Die meisten Öfen werden mit Netzspannung betrieben: Sie benötigen keine Transformatoren oder Spartransformatoren. Der Einsatz von Abwärtstransformatoren für Öfen ermöglicht eine Erhöhung der Betriebsströme und die Verwendung von Leitern mit größerem Querschnitt für die Herstellung von Heizgeräten, was deren Festigkeit und Zuverlässigkeit erhöht.

Alle Industrieöfen Die Widerstände arbeiten im automatischen Temperaturregelungsmodus, wodurch die Ofenleistung bei den erforderlichen Temperaturbedingungen aktiviert werden kann, was wiederum zu einer Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs im Vergleich zur manuellen Regelung führt. Die Betriebstemperatur in elektrischen Widerstandsöfen wird durch Änderung der dem Ofen zugeführten Leistung gesteuert.

Die Regulierung der dem Ofen zugeführten Energie muss auf verschiedene Arten erfolgen: periodisches Ausschalten und Anschließen des Ofens an das Stromversorgungsnetz (Ein-Aus-Regulierung); Umschaltung des Ofens von Stern auf Dreieck oder von Reihenschaltung auf Parallelschaltung (Dreipunktregelung).

Bei der Zweipunkt-Positionsregelung (Abb. 4.40) wird das Funktionsdiagramm des Einschaltens des Ofens, der Temperatur- und Leistungsänderungen angezeigt. Die Temperatur im EPS-Arbeitsraum wird durch Thermoelemente, Widerstandsthermometer und Fotozellen gesteuert. Der Ofen wird vom Temperaturregler eingeschaltet, indem ein Befehl an die Spule des HF-Schalters gesendet wird.

Die Temperatur im Ofen steigt auf den Wert, sobald der Thermostat den Ofen abschaltet.

Reis. 4.40. Funktionsdiagramm zum Einschalten des Ofens, Änderung

Temperatur und Leistung mit Zweipunktregelung:

EP – Elektroofen; B - Schalter;

RT – Temperaturregler; KV - Schaltspule;

1 - Ofentemperatur; 2 - Temperatur des erhitzten Körpers;

3 - durchschnittliche vom Ofen verbrauchte Leistung

Aufgrund der Wärmeaufnahme des erhitzten Körpers und der Verluste an den umgebenden Raum sinkt die Temperatur auf , woraufhin der RT erneut den Befehl gibt, den Ofen an das Netzwerk anzuschließen.

Die Tiefe der Temperaturpulsationen hängt von der Empfindlichkeit des RT, der Trägheit des Ofens und der Empfindlichkeit des Temperatursensors ab.

Bei der Dreipunktregelung ändert sich die dem Ofen zugeführte Leistung, wenn die Heizungen von Stern auf Dreieck umgeschaltet werden. Durch die Temperaturregelung mit dieser Methode wird der Stromverbrauch aus dem Netz reduziert.

Aus energetischer Sicht ist diese Kontrollmethode recht effektiv, da sie nicht verursacht schädlicher Einfluss an das Stromversorgungsnetz.

Die Regulierung der Ofenleistung durch Änderung der zugeführten Spannung sollte auf verschiedene Arten erfolgen:

Die Verwendung von Steuertransformatoren und Spartransformatoren mit sanfter berührungsloser Regelung unter Last;

Einsatz potenzieller Regulierungsbehörden;

Einbeziehung zusätzlicher Widerstände in Form von Drosseln und Rheostaten in den Heizkreis;

Impulsregelung mittels Thyristorreglern.

Der Einsatz von Transformatoren mit sanfter kontaktloser Regelung unter Last, Spartransformatoren und Potenzialreglern ist mit erheblichen Kapitalkosten, dem Vorhandensein zusätzlicher Verluste und einem Blindleistungsverbrauch verbunden. Diese Methode wird selten verwendet.

Die Einbeziehung zusätzlicher induktiver oder aktiver Widerstände in den Heizkreis ist mit zusätzlichen Verlusten und Blindleistungsverbrauch verbunden, was den Einsatz dieser Regelungsmethode ebenfalls einschränkt.

Die auf Thyristorreglern basierende Impulsregelung erfolgt über Halbleiterventile, deren Betriebsfrequenz anhand der thermischen Trägheit des Elektroofens ausgewählt wird.

Es gibt drei grundlegende Methoden zur Impulssteuerung des aus dem Wechselstromnetz verbrauchten Stroms:

1. Impulsregelung bei der Schaltfrequenz ( - Frequenz des Versorgungsnetzstroms) mit einer Änderung des Thyristor-Entriegelungsmoments wird üblicherweise als Phasenimpuls oder Phase bezeichnet (Kurven a).

2. Impulsregelung mit erhöhter Schaltfrequenz (Kurven b).

3. Impulsregelung mit reduzierter Schaltfrequenz (Kurven c).

Durch den Einsatz der Impulssteuerung ist es möglich, eine gleichmäßige Leistungsregelung über einen weiten Bereich nahezu ohne zusätzliche Verluste zu erreichen und sicherzustellen, dass die vom Ofen verbrauchte Leistung mit der aus dem Netz gelieferten Leistung übereinstimmt.

In Abb. Abbildung 4.41 zeigt ein Diagramm der Impulssteuerung der Ofenleistung.

Reis. 4.41. Schema der Impulssteuerung der Ofenleistung:

EP - elektrischer Ofen; RT - Wärmeregler; UT - Thyristorregler-Steuergerät; TR - Thyristorregler

Parameter von Widerstandsöfen – Konzept und Typen. Klassifizierung und Merkmale der Kategorie „Parameter von Widerstandsöfen“ 2017, 2018.

1 Zweck der Arbeit

1.1 Machen Sie sich mit dem Aufbau eines elektrischen Widerstandsofens, den elektrischen Heizgeräten, der Funktionsweise des elektrischen Ofens und dem elektrischen Steuerkreis vertraut.

2 Arbeitsauftrag

2.1 Notieren Sie die technischen (Pass-)Daten des Elektroofens und der Elektrik Messgeräte.

2.2 Machen Sie sich mit dem Aufbau eines elektrischen Widerstandsofens und dem Zweck seiner einzelnen Teile vertraut.

2.3 Machen Sie sich mit dem Stromkreis zur Steuerung der Betriebsarten eines elektrischen Widerstandsofens vertraut.

2.4 Sammeln Elektrischer Schaltplan um das Experiment durchzuführen.

2.5 Führen Sie ein Experiment durch, um die Energieleistungsindikatoren eines elektrischen Widerstandsofens zu bestimmen.

2.6 Erstellen Sie einen Bericht über die geleistete Arbeit.

3 Beschreibung des Laboraufbaus

Eine Laboranlage zum Kennenlernen des Aufbaus, der Funktionsweise und des Zwecks einzelner Teile eines elektrischen Widerstandsofens sollte aus einem elektrischen Widerstandsofen bestehen Kammertyp Modell OKB-194A oder Modell N-15 mit Nichrom-Heizgeräten für die Wärmebehandlung von Metallen in der Einzel- und Kleinserienfertigung. Darüber hinaus muss ein Ausgangsmaterial für die Wärmebehandlung vorhanden sein; Hierzu empfiehlt es sich, Teile vorzubereiten, die eine solche Bearbeitung erfordern. Die grundlegenden Parameter der Temperaturverhältnisse müssen bekannt sein.

Thermoelemente werden in einen Elektroofen eingebaut, um die Temperatur zu kontrollieren. Die Anlage muss über eine Vorrichtung zur automatischen Temperaturregelung sowie über eine Reihe von Messgeräten und Temperaturreglern zum Erhitzen des Ausgangsmaterials verfügen.

In dem Raum, in dem Marmeladen serviert werden, sollten Plakate mit Bildern von Elektroöfen aufgehängt werden verschiedene Arten und Entwürfe, elektrische Schaltpläne zur Steuerung von Elektroöfen und elektrischen Widerstandsheizungsanlagen.

4 Kurze theoretische Informationen

Elektrische Widerstandsöfen, bei denen elektrische Energie durch flüssige oder feste Körper in Wärme umgewandelt wird, haben direkte und indirekte Wirkung. IN direkte Öfen Bei dieser Aktion ist der erhitzte Körper direkt mit dem Netzwerk verbunden (Abb. 1) und wird durch den durch ihn fließenden Strom erwärmt.

Abbildung 1 – Schematische Darstellung einer Anlage zur direkten Erwärmung eines Metallwerkstücks: 1 – erhitztes Werkstück; 2 - Transformator

IN indirekte Öfen Dabei wird in speziellen Heizelementen Wärme freigesetzt und durch Strahlung, Wärmeleitung oder Konvektion an den erhitzten Körper übertragen. Widerstandsöfen und Direktheizgeräte werden zum Erhitzen zylindrischer Produkte (Stäbe, Rohre) und verwendet indirekte Heizung zur Wärmebehandlung von Produkten und Materialien sowie zum Erwärmen von Werkstücken zum Schmieden und Stanzen.

Das Ausgangsmaterial wird in elektrischen Widerstandsöfen in der Regel auf eine bestimmte (eingestellte) Temperatur erhitzt. Nach der Aufheizzeit ist eine Haltezeit zum Temperaturausgleich erforderlich. Die Messung der Heiztemperatur und die Überwachung des Fortschritts des Heizvorgangs können visuell und automatisch mithilfe automatischer Steuerungen im Zwei-Positionen-Verfahren (periodisches Ein- und Ausschalten des Ofens) erfolgen.

Abbildung 2 zeigt einen Schaltplan zur Steuerung eines Elektroofens mit Zweipunktregelung.

Abbildung 2 – Schematische Darstellung des Ofens mit Ein-Aus-Steuerung

Das Schema sieht eine manuelle und automatische Steuerung vor. Wenn der Schalter P in Position bringen 1 , dann wird die Schaltung konfiguriert manuelle Kontrolle, und die Position 2 Der Schalter schaltet den Stromkreis auf automatische Steuerung um. Heizelemente ein- und ausschalten NE wird von einem Thermostat erzeugt TP, deren Kontakte je nach Temperatur im Ofen den Stromkreis der Schützspule schließen oder öffnen L direkt oder über Zwischenrelais RP. Die Heiztemperatur kann durch Änderung der Ofenleistung reguliert werden – durch Umschalten der Heizungen von Dreieck auf Stern (Abb. 3, a), während die Ofenleistung um das Dreifache reduziert wird, und bei Einphasenöfen durch Umschalten von a Parallelschaltung von Heizgeräten zu einem Reihenheizgerät (Abb. 3, b) .

Abbildung 3 – Stromkreis zum Umschalten der Ofenheizungen: a – von Dreieck auf Stern; b – von parallel nach seriell

In elektrischen Widerstandsöfen werden Materialien mit hohem spezifischem Widerstand als Heizelemente verwendet. Diese Materialien sollten nicht oxidieren und die auf der Oberfläche gebildeten Oxide sollten bei Temperaturschwankungen nicht platzen oder zurückprallen.

Kammeröfen werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit am häufigsten zum Erhitzen von Rohstoffen verwendet. Sie bestehen aus einer rechteckigen Kammer mit feuerfester Auskleidung und Wärmeisolierung, sind mit einem Boden abgedeckt und in einem Metallgehäuse eingeschlossen. Öfen der H-Serie werden mit Band- oder Drahtheizungen hergestellt, die auf Keramikböden platziert sind. Öfen vom Typ OKB-194 (Abb. 4 und Abb. 5) bestehen aus zwei Kammern, wobei die obere Kammer mit Karborund-Heizungen und die untere Kammer mit Nichrom-Heizungen ausgestattet ist.

Abbildung 4 – Kammer-Elektroofen Typ OKB-194: 1 – Mechanismus zum Anheben der oberen Kammertür; 2 – Rollen der Tür der unteren Kammer; 3 – Wärmedämmung; 4 – obere Kammer; 5 – untere Kammer; 6 – Herdplatte

Richtlinien

Technische (Zertifikats-)Daten des Elektroofens, der Steuer- und Überwachungsgeräte sowie der elektrischen Messgeräte werden gemäß den tabellarischen Daten der Geräte erfasst. Zukünftig sollten diese Informationen im Arbeitsbericht berücksichtigt werden. Die technischen Daten der Geräte sind deren Nennparameter. Daher müssen während des Betriebs die in den Pässen angegebenen Werte für Strom, Spannung, Leistung und andere Werte eingehalten werden.

Wenn Sie sich mit einem elektrischen Widerstandsofen vertraut machen, sollten Sie auf dessen Konstruktion und Anordnung der Heizelemente sowie deren Position im Ofen achten. Es empfiehlt sich, den Widerstand der Heizelemente mit einem Tester zu messen. Machen Sie eine Skizze des Startgeräts und achten Sie auf dessen Laufwerk. Finden Sie heraus, welche Temperaturbedingungen bei der Wärmebehandlung des Ausgangsmaterials (der Teile) während des Experiments eingehalten werden müssen. Bestimmen Sie, welche Instrumente die Heiztemperatur messen und wo Thermoelemente installiert werden. Das elektrische Diagramm der Anschlüsse des Elektroofens und der Messgeräte zur Durchführung des Experiments ist in Abb. dargestellt. 5.

Die Schüler müssen elektrische Messgeräte auswählen, Geräte steuern, die erforderlichen Anschlüsse herstellen und vor der Inbetriebnahme des Stromkreises den Unterrichtsleiter zur Überprüfung übergeben.

Abbildung 5 – Schematischer Schaltplan des Ofens vom Typ OKB-194: a – Schaltplan; b – Diagramm der Funktionsweise des Universalschalters UP

Nachdem die Schüler den elektrischen Anschlussplan überprüft und vom Unterrichtsleiter die Erlaubnis und die Aufgaben zur Wärmebehandlung des Ausgangsmaterials erhalten haben, legen sie das Ausgangsmaterial (die Teile) in die Beschickungseinrichtung und schalten den Ofen ein. Während des Experiments ist es notwendig, die Messwerte von Elektro- und Wärmemessgeräten (Amperemeter, Voltmeter, Wattmeter, sekundäres Thermoelementgerät) sorgfältig zu beobachten und deren Messwerte in regelmäßigen Abständen aufzuzeichnen. Daten aus Beobachtungen und anschließenden Berechnungen sollten in Tabelle 1 eingetragen werden. Wenn die Grenztemperatur (gemäß Spezifikation) erreicht ist und ein Regler vorhanden ist, wird die Temperatur reguliert. Es ist notwendig, die Funktionsweise des Reglers zu überwachen und den Zeitpunkt der Unterbrechung der Stromversorgung zu notieren. Bestimmen Sie am Ende des Experiments den Stromverbrauch und den Leistungsfaktor der Anlage.

Verbrauch A elektrische Energie wird durch den Zählerstand bestimmt, und falls es nicht im Stromkreis vorhanden ist, können Sie die Leistungswerte verwenden R(laut Wattmeter-Anzeige) und Dauer T funktioniert:

A = Pt.(1)

Installationsleistungsfaktor:

cosφ = Р/( Benutzeroberfläche).(2)

Tabelle 1 – Experimentelle Daten

Der Bericht über die Arbeiten wird in der in Anlage 1 angegebenen Form erstellt. Der Bericht muss die Passdaten der Maschine, Geräte und Messgeräte enthalten, die Konstruktion des elektrischen Widerstandsofens und die Art der Wärmebehandlung des Ausgangsmaterials kurz beschreiben Geben Sie eine Skizze der Ladevorrichtung, die Position der elektrischen Heizelemente und den elektrischen Schaltplan der Anschlüsse der Geräte und Apparate an, die während des Experiments verwendet wurden. Notieren Sie die Ergebnisse von Beobachtungen und Berechnungen. Beschreiben Sie Methoden zur Regulierung der Temperaturbedingungen während der Wärmebehandlung. Sicherheitsfragen beantworten.

V. Krylow

Derzeit werden Thyristoren häufig verwendet verschiedene Geräte automatische Steuerung, Alarm und Steuerung. Ein Thyristor ist eine gesteuerte Halbleiterdiode, die durch zwei stabile Zustände gekennzeichnet ist: offen, wenn der Gleichwiderstand des Thyristors sehr klein ist und der Strom in seinem Stromkreis hauptsächlich von der Spannung der Stromquelle und dem Lastwiderstand abhängt, und geschlossen , wenn sein direkter Widerstand hoch ist und der Strom einige Milliampere beträgt.

In Abb. Abbildung 1 zeigt eine typische Strom-Spannungs-Kennlinie eines Thyristors, wobei der Abschnitt O A dem geschlossenen Zustand des Thyristors und der Abschnitt BB dem offenen Zustand entspricht.

Bei negativen Spannungen verhält sich der Thyristor wie eine normale Diode (OD-Abschnitt).

Wenn Sie die Durchlassspannung an einem geschlossenen Thyristor erhöhen, während der Steuerelektrodenstrom gleich Null ist, öffnet sich der Thyristor, wenn der Wert Uon erreicht ist. Dieses Schalten des Thyrostors wird als Schalten entlang der Anode bezeichnet. Der Betrieb eines Thyristors ähnelt in diesem Fall dem Betrieb einer ungesteuerten Halbleiter-Vierschichtdiode – eines Dinistors.

Durch das Vorhandensein einer Steuerelektrode kann der Thyristor bei einer Anodenspannung von weniger als Uon öffnen. Dazu ist es notwendig, den Steuerstrom Iy durch den Steuerelektroden-Kathoden-Kreis zu leiten. Die Strom-Spannungs-Kennlinie des Thyristors für diesen Fall ist in Abb. dargestellt. 1 gepunktete Linie. Der zum Öffnen des Thyristors mindestens erforderliche Steuerstrom wird Gleichrichterstrom Irev genannt. Der Gleichrichterstrom ist stark temperaturabhängig. In Fachbüchern wird sie bei einer bestimmten Anodenspannung angegeben. Übersteigt der Anodenstrom während des Betriebs des Steuerstroms den Wert des Abschaltstroms Ioff, bleibt der Thyristor auch nach dem Ende des Steuerstroms geöffnet; Geschieht dies nicht, schließt der Thyristor wieder.

Wenn die Spannung an der Anode des Thyristors negativ ist, ist das Anlegen einer Spannung an seine Steuerelektrode nicht zulässig. Unzulässig ist auch eine negative Spannung (relativ zur Kathode), bei der der Sperrstrom der Steuerelektrode mehrere Milliampere überschreitet.

Ein offener Thyristor kann nur in einen geschlossenen Zustand geschaltet werden, indem sein Anodenstrom auf einen Wert kleiner als Ioff reduziert wird. Bei Gleichstromgeräten werden zu diesem Zweck spezielle Löschkreise verwendet, und bei einem Wechselstromkreis schließt der Thyristor selbstständig in dem Moment, in dem der Wert des Anodenstroms den Nulldurchgang durchläuft.

Dies ist der Grund für die weiteste Verwendung von Thyristoren in Wechselstromkreisen. Alle im Folgenden besprochenen Schaltungen beziehen sich nur auf Thyristoren, die an den Wechselstromkreis angeschlossen sind.

Um einen zuverlässigen Betrieb des Thyristors zu gewährleisten, muss die Steuerspannungsquelle bestimmte Anforderungen erfüllen. In Abb. 2 zeigt das Ersatzschaltbild der Steuerspannungsquelle und Abb. 3 - ein Diagramm, mit dem Sie die Anforderungen an die Belastungslinie ermitteln können.

In der Grafik begrenzen die Linien A und B den Ausbreitungsbereich der Eingangsstrom-Spannungs-Kennlinien des Thyristors, die die Abhängigkeit der Spannung an der Steuerelektrode Uу vom Strom dieser Elektrode Iу bei geöffnetem Anodenkreis darstellen. Direkt B bestimmt die Mindestspannung Uу, bei der ein Thyristor eines bestimmten Typs bei einer Mindesttemperatur öffnet. Direkt Г bestimmt den Mindeststrom Iу, der ausreicht, um einen beliebigen Thyristor eines bestimmten Typs bei einer Mindesttemperatur zu öffnen. Jeder spezifische Thyristor öffnet an einem bestimmten Punkt seiner Eingangskennlinie. Der schattierte Bereich ist die geometrische Lage solcher Punkte für alle Thyristoren eines bestimmten Typs, die die Anforderungen erfüllen technische Spezifikationen. Die direkten Linien D und E bestimmen die maximal zulässigen Werte der Spannung Uy bzw. des Stroms Iy und die Kurve K - den maximal zulässigen Wert der an der Steuerelektrode abgegebenen Leistung. Durch die spannungsbestimmenden Punkte wird die Lastleitung L der Steuersignalquelle gezogen müßige Bewegung Quelle Eу.хх und ihr Kurzschlussstrom Iу.кз = Eу.хх/Rinternal, wobei Rinternal der Innenwiderstand der Quelle ist. Der Schnittpunkt S der Lastgeraden L mit der Eingangskennlinie (Kurve M) des ausgewählten Thyristors sollte in dem Bereich liegen, der zwischen dem schraffierten Bereich und den Linien A, D, K, E und B liegt.

Dieser Bereich wird als bevorzugter Öffnungsbereich bezeichnet. Die horizontale Gerade H bestimmt die höchste Spannung am Steuerübergang, bei der kein einziger Thyristor dieser Art bei der maximal zulässigen Temperatur öffnet. Somit bestimmt dieser Zehntel-Volt-Wert die maximal zulässige Amplitude der Störspannung im Thyristor-Steuerkreis.

Nach dem Öffnen des Thyristors hat der Steuerstromkreis keinen Einfluss auf seinen Zustand, sodass der Thyristor durch Impulse von kurzer Dauer (zehn oder hundert Mikrosekunden) gesteuert werden kann, was die Steuerstromkreise vereinfacht und die Verlustleistung an der Steuerelektrode verringert. Die Impulsdauer muss jedoch ausreichend sein, um den Anodenstrom bei unterschiedlichen Belastungsarten und Betriebsarten des Thyristors auf einen Wert zu erhöhen, der über dem Abschaltstrom Ioff liegt.

Die vergleichsweise Einfachheit von Steuergeräten beim Betrieb von Thyristoren in Wechselstromkreisen hat zu einer weit verbreiteten Verwendung dieser Geräte als Steuerelemente in Spannungsstabilisierungs- und Regelgeräten geführt. Der Durchschnittswert der Lastspannung wird durch Änderung des Zeitpunkts der Einspeisung (d. h. der Phase) des Steuersignals relativ zum Beginn der Halbwelle der Versorgungsspannung reguliert. Die Wiederholungsrate der Steuerimpulse in solchen Schaltkreisen muss mit der Netzfrequenz synchronisiert werden.

Es gibt verschiedene Methoden zur Ansteuerung von Thyristoren, wobei Amplitude, Phase und Phasenimpuls zu beachten sind.

Die Amplitudensteuerungsmethode besteht darin, eine positive Spannung mit unterschiedlichem Wert an die Steuerelektrode des Thyristors anzulegen. Der Thyristor öffnet in dem Moment, in dem diese Spannung ausreicht, damit der Gleichrichterstrom durch die Steuerverbindung fließen kann. Durch Ändern der Spannung an der Steuerelektrode können Sie den Öffnungsmoment des Thyristors ändern. Das einfachste Schema Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Spannungsregler ist in Abb. dargestellt. 4.

Als Steuerspannung wird hier ein Teil der Anodenspannung des Thyristors, also die Spannung der positiven Halbwelle des Netzes, verwendet. Der Widerstand R2 verändert das Öffnungsmoment des Thyristors D1 und damit die durchschnittliche Spannung an der Last. Wenn der Widerstand R2 vollständig eingesteckt ist, ist die Spannung an der Last minimal. Die Diode D2 schützt den Steueranschluss des Thyristors vor Sperrspannung. Es ist zu beachten, dass der Steuerkreis nicht direkt an das Netzwerk angeschlossen ist, sondern parallel zum Thyristor. Dies geschieht, damit der offene Thyristor den Steuerstromkreis überbrückt und so eine unnötige Verlustleistung an seinen Elementen verhindert.

Die Hauptnachteile des betreffenden Geräts sind die starke Abhängigkeit der Lastspannung von der Temperatur und die Notwendigkeit einer individuellen Auswahl der Widerstände für jede Thyristorinstanz. Der erste erklärt sich aus der Temperaturabhängigkeit des Thyristor-Gleichrichterstroms, der zweite aus ihrer großen Streuung Eingabeeigenschaften. Darüber hinaus ist das Gerät in der Lage, den Öffnungszeitpunkt des Thyristors nur während der ersten Hälfte der positiven Halbwelle der Netzspannung einzustellen.

Das Steuergerät, dessen Diagramm in Abb. 5 ermöglicht eine Erweiterung des Regelbereichs auf 180° und durch den Einbau eines Thyristors in der Diagonale der Gleichrichterbrücke können Sie die Spannung an der Last während beider Halbwellen der Netzspannung regeln.

Der Kondensator C1 wird über die Widerstände R1 und R2 auf eine Spannung aufgeladen, bei der ein Strom gleich dem Gleichrichtungsstrom durch die Steuerverbindung des Thyristors fließt. In diesem Fall öffnet der Thyristor und leitet Strom durch die Last. Aufgrund des Vorhandenseins eines Kondensators ist die Lastspannung weniger abhängig von Temperaturschwankungen, dennoch weist dieses Gerät auch die gleichen Nachteile auf.

Bei der Phasenansteuerung von Thyristoren über eine Phasenschieberbrücke wird die Phase der Steuerspannung relativ zur Spannung an der Anode des Thyristors geändert. In Abb. Abbildung 6 zeigt ein Diagramm eines Halbwellenspannungsreglers, bei dem die Spannungsänderung an der Last durch den Widerstand R2 erfolgt, der an einen der Arme der Brücke angeschlossen ist und von dessen Diagonale die Spannung zugeführt wird Steuerverbindung des Thyristors.

Die Spannung an jeder Hälfte der Steuerwicklung III sollte etwa 10 V betragen. Die übrigen Parameter des Transformators werden durch die Spannung und die Lastleistung bestimmt. Der Hauptnachteil des Phasenanschnittverfahrens ist die geringe Steilheit der Steuerspannung, weshalb die Stabilität des Thyristoröffnungsmoments gering ist.

Das Phasenimpulsverfahren zur Steuerung von Thyristoren unterscheidet sich vom vorherigen dadurch, dass zur Erhöhung der Genauigkeit und Stabilität des Öffnungszeitpunkts des Thyristors ein Spannungsimpuls mit steiler Flanke an seine Steuerelektrode angelegt wird. Diese Methode ist derzeit am weitesten verbreitet. Die Umsetzung dieser Methode ist sehr vielfältig.

In Abb. 7 zeigt ein Diagramm von einem der meisten einfache Geräte unter Verwendung der Phasenimpulsmethode der Thyristorsteuerung.

Bei einer positiven Spannung an der Anode des Thyristors D3 wird der Kondensator C1 über die Diode D1 und den variablen Widerstand R1 aufgeladen. Wenn die Spannung am Kondensator die Einschaltspannung des Dinistors D2 erreicht, öffnet dieser und der Kondensator wird über die Steuerverbindung des Thyristors entladen. Dieser Entladestromimpuls öffnet den Thyristor D3 und Strom beginnt durch die Last zu fließen. Durch Ändern des Kondensatorladestroms mit dem Widerstand R1 können Sie den Öffnungszeitpunkt des Thyristors innerhalb der Halbwelle der Netzspannung ändern. Der Widerstand R2 verhindert die Selbstöffnung des Thyristors D3 aufgrund von Leckströmen bei erhöhten Temperaturen. Wenn Thyristoren im Standby-Modus arbeiten, ist der Einbau dieses Widerstands aufgrund technischer Gegebenheiten zwingend erforderlich. In Abb. dargestellt. 7 hat die Schaltung aufgrund der großen Streuung der Einschaltspannung des Dinistors, die bis zu 200 % erreichen kann, und der erheblichen Abhängigkeit der Einschaltspannung von der Temperatur keine breite Anwendung gefunden.

Eine der Varianten der Phasenimpuls-Ansteuerung von Thyristoren ist die sogenannte Vertikalsteuerung, die derzeit am weitesten verbreitet ist. Es liegt darin, dass am Eingang des Impulsgenerators ein Vergleich (Abb. 8) einer konstanten Spannung (1) und einer betragsmäßig variierenden Spannung (2) erfolgt. Im Moment der Gleichheit dieser Spannungen wird ein Thyristor-Steuerimpuls (3) erzeugt. Die variable Spannung kann eine Sinus-, Dreiecks- oder Sägezahnform (wie in Abb. 8 dargestellt) haben.

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, kann die Änderung des Zeitpunkts des Auftretens des Steuerimpulses, also die Verschiebung seiner Phase, auf drei verschiedene Arten erfolgen:

Ändern der Anstiegsgeschwindigkeit der Wechselspannung (2a),

Ändern seines Anfangsniveaus (2b) und

Ändern des Wertes der Konstantspannung (1a).

In Abb. Abbildung 9 zeigt ein Blockdiagramm eines Geräts, das die vertikale Methode zur Steuerung von Thyristoren implementiert.

Wie jedes andere Phasenimpulssteuergerät besteht es aus einem Phasenschieber FSU und einem Impulsgenerator GI. Das Phasenschiebergerät wiederum enthält ein Eingabegerät VU, das die Steuerspannung Uу wahrnimmt, einen Wechselspannungsgenerator GPG und ein Vergleichsgerät SU. Als Elemente können unterschiedliche Geräte eingesetzt werden.

In Abb. 10 gegeben Schaltplan Steuergerät für einen Thyristor (D5), der mit einem Brückengleichrichter (D1 - D4) in Reihe geschaltet ist.

Das Gerät besteht aus einem Sägezahnspannungsgenerator mit einem Transistorschalter (T1), einem Schmitt-Trigger (T2, T3) und einem Ausgangsschaltverstärker (T4). Unter dem Einfluss der von der Synchronwicklung III des Transformators Tr1 entfernten Spannung wird der Transistor T1 geschlossen. In diesem Fall wird der Kondensator C1 über die Widerstände R3 und R4 aufgeladen. Die Spannung am Kondensator steigt entlang einer Exponentialkurve an, deren Anfangsabschnitt mit einiger Näherung als linear angesehen werden kann (2, siehe Abb. 8).

In diesem Fall ist der Transistor T2 geschlossen und T3 geöffnet. Der Emitterstrom des Transistors T3 erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand R6, der den Betriebspegel des Schmitt-Triggers bestimmt (1 in Abb. 8). Die Summe der Spannungen am Widerstand R6 und am offenen Transistor T3 ist kleiner als die Spannung an der Zenerdiode D10, sodass der Transistor T4 geschlossen ist. Wenn die Spannung am Kondensator C1 den Schmitt-Trigger-Pegel erreicht, öffnet Transistor T2 und T3 schließt. Gleichzeitig öffnet der Transistor T4 und am Widerstand R10 erscheint ein Spannungsimpuls, der den Thyristor D5 öffnet (Impuls 3 in Abb. 8). Am Ende jeder Halbwelle der Netzspannung wird der Transistor T1 durch den durch den Widerstand R2 fließenden Strom geöffnet. In diesem Fall wird der Kondensator C1 nahezu auf Null entladen und das Steuergerät kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Der Thyristor schließt in dem Moment, in dem die Amplitude des Anodenstroms durch Null geht. Mit Beginn des nächsten Halbzyklus wiederholt sich der Betriebszyklus des Geräts.

Durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R3 können Sie den Ladestrom des Kondensators C1 ändern, d. Indem Sie den Widerstand R3 durch einen Transistor ersetzen, können Sie die Spannung an der Last automatisch regulieren. Somit verwendet dieses Gerät die erste der oben genannten Methoden zum Verschieben der Phase von Steuerimpulsen.

Eine kleine Änderung an der Schaltung in Abb. 11 ermöglicht Ihnen die Regulierung mit der zweiten Methode. In diesem Fall wird der Kondensator C1 über einen Konstantwiderstand R4 aufgeladen und die Anstiegsgeschwindigkeit der Sägezahnspannung ist in allen Fällen gleich. Wenn jedoch der Transistor T1 öffnet, wird der Kondensator nicht wie beim vorherigen Gerät auf Null, sondern auf die Steuerspannung Uу entladen.
Folglich beginnt die Ladung des Kondensators im nächsten Zyklus ab diesem Niveau. Durch Ändern der Spannung Uу wird das Öffnungsmoment des Thyristors eingestellt. Die Diode D11 trennt während des Ladevorgangs die Steuerspannungsquelle vom Kondensator.

Die Ausgangsstufe am Transistor T4 sorgt für die nötige Stromverstärkung. Mit einem Impulstransformator als Last können mehrere Thyristoren gleichzeitig angesteuert werden.

Bei den betrachteten Steuergeräten wird für einen Zeitraum vom Zeitpunkt der Gleichheit der Gleich- und Sägezahnspannung bis zum Ende der Halbwelle der Netzspannung, also bis, Spannung an den Steuerübergang des Thyristors angelegt der Moment der Entladung des Kondensators C1. Die Dauer des Steuerimpulses kann durch Einschalten einer Differenzschaltung am Eingang des Stromverstärkers am Transistor T4 verkürzt werden (siehe Abb. 10).

Eine Variante der vertikalen Methode zur Ansteuerung von Thyristoren ist die Impulszahlmethode. Seine Besonderheit besteht darin, dass nicht ein Impuls, sondern ein Paket kurzer Impulse an die Steuerelektrode des Thyristors angelegt wird. Die Dauer des Bursts entspricht der Dauer des in Abb. gezeigten Steuerimpulses. 8.

Die Wiederholungsrate der Impulse in einem Burst wird durch die Parameter des Impulsgenerators bestimmt. Das Impulszahl-Steuerverfahren gewährleistet ein zuverlässiges Öffnen des Thyristors bei jeder Art von Last und ermöglicht eine Reduzierung der Verlustleistung beim Steuerübergang des Thyristors. Wenn am Ausgang des Geräts außerdem ein Impulstransformator eingebaut ist, ist es möglich, seine Größe zu reduzieren und das Design zu vereinfachen.

In Abb. Abbildung 12 zeigt ein Diagramm eines Steuergeräts nach dem Impulszahlverfahren.

Als Vergleichseinheit und Impulsgenerator wird hier ein symmetrischer diodenregenerativer Komparator verwendet, bestehend aus einer Vergleichsschaltung auf den Dioden D10, D11 und dem Sperrgenerator selbst, aufgebaut auf dem Transistor T2. Die Dioden D10, D11 steuern den Betrieb des Sperrgenerator-Rückkopplungskreises.

Wie in den vorherigen Fällen beginnt sich der Kondensator C1 über den Widerstand R3 aufzuladen, wenn der Transistor T1 geschlossen ist. Diode D11 ist offen mit Spannung Uу und Diode D10 ist geschlossen. Somit ist der Mitkopplungs-Wicklungskreis IIa des Sperrgenerators geöffnet, und der Gegenkopplungs-Wicklungskreis IIb ist geschlossen und der Transistor T2 ist geschlossen. Wenn die Spannung am Kondensator C1 die Spannung Uy erreicht, schließt die Diode D11 und D10 öffnet. Der positive Rückkopplungskreis wird geschlossen und der Sperrgenerator beginnt, Impulse zu erzeugen, die von der Wicklung I des Transformators Tr2 an den Steuerübergang des Thyristors gesendet werden. Die Impulserzeugung wird bis zum Ende der Halbwelle der Netzspannung fortgesetzt, wenn der Transistor T1 öffnet und der Kondensator C1 entladen wird. Die Diode D10 wird geschlossen und D11 geöffnet, der Sperrvorgang wird beendet und das Gerät kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Durch Ändern der Steuerspannung Uу können Sie den Zeitpunkt des Beginns der Erzeugung relativ zum Beginn der Halbwelle und damit den Zeitpunkt des Öffnens des Thyristors ändern. Daher wird in diesem Fall die dritte Methode der Phasenverschiebung von Steuerimpulsen verwendet.

Die Verwendung eines symmetrischen Schaltkreises der Vergleichseinheit gewährleistet die Temperaturstabilität ihres Betriebs. Siliziumdioden D10 und D11 mit geringem Sperrstrom ermöglichen einen hohen Eingangswiderstand der Vergleichseinheit (ca. 1 MΩ). Daher hat es praktisch keinen Einfluss auf den Ladevorgang des Kondensators C1. Die Empfindlichkeit des Gerätes ist sehr hoch und beträgt mehrere Millivolt. Die Widerstände R6, R8, R9 und der Kondensator C3 bestimmen die Temperaturstabilität des Arbeitspunktes des Transistors T2. Der Widerstand R7 dient dazu, den Kollektorstrom dieses Transistors zu begrenzen und die Impulsform des Sperroszillators zu verbessern. Die Diode D13 begrenzt den Spannungsstoß an der Kollektorwicklung III des Transformators Tr2, der beim Ausschalten des Transistors auftritt. Impulstransformator Tr2 kann auf einem 1000NN-Ferritring der Standardgröße K15X6X4,5 hergestellt werden. Die Wicklungen I und III enthalten jeweils 75 und die Wicklungen II a und II b enthalten jeweils 50 Windungen PEV-2 0,1-Draht.

Der Nachteil dieses Steuergeräts besteht darin, dass es relativ ist Niederfrequenz Pulswiederholungsrate (ca. 2 kHz bei einer Pulsdauer von 15 μsec). Sie können die Frequenz beispielsweise erhöhen, indem Sie den Widerstandswert des Widerstands R4 verringern, über den der Kondensator C2 entladen wird, gleichzeitig wird jedoch die Temperaturstabilität der Empfindlichkeit der Vergleichseinheit etwas verschlechtert.

Das Impulszahlverfahren zur Ansteuerung von Thyristoren kann auch in den oben diskutierten Geräten (Abb. 10 und 11) verwendet werden, da bei einer bestimmten Wahl der Elementwerte (C1, R4-R10, siehe Abb. 10) der Schmitt-Trigger beim Die Spannung am Kondensator C1 überschreitet den Pegel. Wenn der Auslöser ausgelöst wird, erzeugt er keinen einzelnen Impuls, sondern eine Folge von Impulsen. Ihre Dauer und Häufigkeit werden durch die Parameter und den Triggermodus bestimmt. Dieses Gerät wird als „Multivibrator mit Entladungsauslöser“ bezeichnet.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Schaltung von Thyristor-Steuergeräten bei gleichzeitig hoher Aufrechterhaltung erheblich vereinfacht wird Qualitätsindikatoren kann mit Unijunction-Transistoren erreicht werden.

Yarov V. M.
Stromquellen für elektrische Widerstandsöfen
Lernprogramm

Veröffentlicht durch Beschluss des Tschuwaschischen Redaktions- und Verlagsrates staatliche Universität benannt nach I. I. Uljanow

Staatliche Tschuwaschische Universität
1982

Das Lehrbuch richtet sich an Studierende der Fachrichtung „Elektrothermische Anlagen“, die Leistungen erbringen Kursarbeit zum Kurs " Automatische Kontrolle„Elektrothermische Anlagen“ und Diplomdesign mit vertiefter Untersuchung der Stromquellen für elektrische Widerstandsöfen.

Das Handbuch analysiert die Betriebseigenschaften von Thyristor-Wechselspannungsreglern beim Betrieb mit unterschiedlichen Lasten. Das Funktionsprinzip magnetischer Verstärker und parametrischer Stromquellen wird beschrieben. Es wird eine Beschreibung spezifischer Stromversorgungssteuerkreise bereitgestellt.

Rep. Herausgeber: Dr. Technik. Wissenschaften; Professor Yu. M. MIRONOV.

Einführung

Kapitel I. Prinzipien der Leistungsregelung elektrischer Widerstandsöfen
1.1. Eigenschaften eines elektrischen Widerstandsofens als Stromquelle
1.2. Methoden zur Regelung der Leistung eines elektrischen Widerstandsofens
1.2.1. Regelung der Versorgungsspannung
1.2.2. Ofenheizungen umschalten
1.23. Geregelte Ofenleistung durch Änderung der Form der Stromkurve

Kapitel 2. Magnetische Verstärker mit Selbstsättigung
2.1. Arbeiten mit aktiver Last
2.2. Betrieb eines magnetischen Verstärkers an einer aktiv-induktiven Wechselstromlast

Kapitel 3. Parametrische Stromquelle
3.1. Funktionsprinzip
3.2. Methoden zur Regelung des Laststroms

Kapitel 4. Phasenimpuls-Wechselspannungsregler
4.1. Funktionsprinzip des Reglers
4.2. Aktiver Lastregler
4.3. Analyse mit aktiv-induktiver Last
4.4. Phasenimpulsquelle mit Transformatorlast
4.5. Dreiphasige Wechselspannungsregler
4.6. Steuerungssysteme für einphasige Phasenimpuls-Stromversorgungen
4.6.1. Funktionsdiagramme Kontroll systeme
4.6.2. Mehrkanal-Steuerungssysteme
4.6.3. Einkanalige Steuerungssysteme
4.7 Dreiphasen-Stromversorgungssteuerungssystem

Kapitel 5. Netzteile mit Pulsweitensteuerung
5.1. Elektrischer Modus Quelle mit aktiver Last
5.2. Vorgänge in einem Transformator beim periodischen Einschalten
5.3. Methoden zum Einschalten einer Transformatorlast ohne magnetisierende Stromstöße
5.4. Merkmale des Einschaltens eines Dreiphasentransformators
5.5. Schaltregler-Steuerungssysteme
5.5.1. Anforderungen an Steuerungssysteme
5.5.2. Steuerungssysteme für einphasige Schaltregler
5.5.3. Steuerungssystem eines Pulsweitenreglers mit Transformatorlast
5.5.4. Dreiphasenregler-Steuerungssystem

Kapitel 6. Der Einfluss geregelter Wechselspannungsquellen auf das Versorgungsnetz
6.1. Vergleich von Methoden zur Wechselspannungsregelung
6.2. Gruppenbetriebsart von Reglern als Möglichkeit zur Verbesserung der Energieleistung
6.3. Optimierung von Steuermethoden für Pulsweitenregler unter Gruppenlast
6.4. Steuersystem für eine Gruppe von Pulsweitenreglern mit Gleichtaktschaltung
6.5. Erhöhung des Koeffizienten, Leistung in einem einzelnen Wechselspannungsregler

Einführung

Um die Temperatur im Ofen konstant zu halten oder nach einem bestimmten Gesetz zu ändern, ist es notwendig, seine Leistung in einem weiten Bereich ändern zu können. Die Anforderungen an die Regelgenauigkeit sind je nach technologischem Prozess im Ofen sehr unterschiedlich. Wenn beispielsweise Metalle geschmolzen und zur plastischen Verformung erhitzt werden, sind sie gering – Temperaturschwankungen von ±25–50 °C sind akzeptabel; Während der Wärmebehandlung verschärfen sich diese Anforderungen und erreichen ±10-±5° C. Diese Regelungsqualität kann durch eine Zwei- und Dreipunktregelung gewährleistet werden.

Technologischer Prozess zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, Einkristallen Verschiedene Materialien, Wärmebehandlung von Glas usw. stellt strenge Anforderungen an die Qualität der Temperaturkontrolle. Die Gewährleistung solch hoher Anforderungen (±0,5–±3°C) auf dem Niveau von 1000–1500°C ist nur durch den Einsatz gesteuerter kontaktloser Quellen auf Basis von Magnet- oder Thyristorverstärkern möglich.

Diversität technologische Prozesse bestimmt die Vielfalt der Pntannya-Quellen. Magnetische Verstärker wurden praktisch durch Transformatorverstärker ersetzt, da letztere einen höheren Wirkungsgrad, bessere dynamische Eigenschaften sowie Gewichts- und Größenindikatoren aufweisen.

In Kontaktheizungsanlagen kommen parametrische Stromquellen zum Einsatz, deren Funktionsprinzip auf dem Resonanzphänomen in einem Drehstromnetz beruht.

Die Leistung derzeit verwendeter Thyristor-Stromversorgungen reicht von Hunderten von Watt bis zu Hunderten von Kilowatt. Das Handbuch vergleicht Methoden zur Ansteuerung von Thyristoren und bewertet deren Einsatzgebiete.

Tscheboksary, Verlag ChuvGU, 1982

Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Ansätze zur Leistungssteuerung:

1) Kontinuierliche Kontrolle, bei dem jede benötigte Leistung in den Ofen eingebracht werden kann.

2) Stufenregelung, bei der nur eine diskrete Reihe von Leistungen in den Ofen eingeleitet werden kann.

Die erste erfordert eine reibungslose Regelung der Spannung an den Heizgeräten. Eine solche Regelung kann mit jeder Art von Leistungsverstärkern (Generator, Thyristorgleichrichter, EMU) erfolgen. In der Praxis sind Thyristor-Stromversorgungen, die nach der TRN-Schaltung aufgebaut sind, am gebräuchlichsten. Solche Regler basieren auf den Eigenschaften eines Thyristors, der in einem Wechselstromkreis in Reihe mit dem aktiven Widerstand der Heizung geschaltet ist. Thyristor-Stromversorgungen enthalten back-to-back-parallel geschaltete Thyristoren, die mit SIFU ausgestattet sind.

Bei der zweiten Methode wird die Spannung an der Heizung geändert, wodurch eine Umschaltung in den Stromkreisen des Ofens erfolgt. Normalerweise gibt es 2-3 Stufen möglicher Spannung und Heizleistung. Die gebräuchlichste Zwei-Positionen-Schrittsteuerungsmethode. Bei dieser Methode wird der Ofen entweder mit seiner Nennleistung an das Netz angeschlossen oder vollständig vom Netz getrennt. Der erforderliche Wert der durchschnittlichen Leistungsaufnahme in den Ofen wird durch Änderung des Verhältnisses der Zeit des Ein- und Ausschaltzustands bereitgestellt.

Die durchschnittliche Temperatur im Ofen entspricht der durchschnittlichen Leistungseinbringung in den Ofen. Plötzliche Änderungen der Momentanleistung führen zu Temperaturschwankungen um das Durchschnittsniveau. Die Größe dieser Schwankungen wird durch die Größe der Abweichungen von P MGNOV vom Durchschnittswert und die Größe der thermischen Trägheit des Ofens bestimmt. In den meisten allgemeinen Industrieöfen ist die thermische Trägheit so groß, dass Temperaturschwankungen aufgrund der Stufenregelung die erforderliche Temperanicht überschreiten. Strukturell kann die Ein-Aus-Steuerung entweder über einen herkömmlichen Schütz oder einen Thyristorschalter erfolgen. Der Thyristorschalter enthält Rücken an Rücken

Es gibt Modifikationen von Thyristorschaltern, die überhaupt keine Kontakte verwenden.

Thyristorschalter sind zuverlässiger als Schütze, funken- und explosionsgeschützt, leise im Betrieb und etwas teurer.

Die Stufenregelung hat einen Wirkungsgrad nahe 1, also M »1.