Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:

1) Control continuu, la care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.

2) Controlul în trepte, în care doar o serie discretă de puteri pot fi introduse în cuptor.

Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, cele mai comune sunt sursele de alimentare cu tiristoare construite conform circuitului TRN. Astfel de regulatoare se bazează pe proprietățile unui tiristor conectat într-un circuit de curent alternativ în serie cu rezistența activă a încălzitorului. Sursele de alimentare cu tiristoare conțin tiristoare conectate spate la spate, echipate cu SIFU.

În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată, făcând o comutare în circuitele de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte de tensiune posibilă și puterea încălzitorului. Cea mai comună metodă de control în două poziții. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.

Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee provoacă fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor oscilații este determinată de mărimea abaterilor lui P MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, magnitudinea inerției termice este atât de mare încât fluctuațiile de temperatură datorate controlului în trepte nu depășesc precizia necesară pentru menținerea temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul pornit-oprit poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține spate la spate

Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.

Comutatoarele cu tiristoare sunt mai fiabile decât contactoarele, sunt rezistente la scântei și explozii, funcționează silențios și puțin mai scumpe.

Controlul pasului are o eficiență apropiată de 1, la M »1.

Yarov V. M.
Surse de energie pentru cuptoare cu rezistență electrică
Tutorial

Publicat prin hotărâre a Consiliului editorial și editorial din Chuvash universitate de stat numit după I. I. Ulyanov

Universitatea de Stat Chuvash
1982

Manualul este destinat studenților specialității „Instalații electrotermale” care efectuează munca de curs la cursul „Controlul automat al instalațiilor electrotermale” și diplomă de proiectare cu studiu aprofundat al surselor de energie pentru cuptoare electrice cu rezistență.

Manualul analizează caracteristicile de funcționare ale regulatoarelor de tensiune alternativă cu tiristoare atunci când funcționează la sarcini diferite. Este descris principiul de funcționare al amplificatoarelor magnetice și al surselor parametrice de curent. Este furnizată o descriere a circuitelor specifice de control al sursei de alimentare.

Reprezentant. editor: dr. tehnologie. științe; profesor Yu. M. MIRONOV.

Introducere

Capitolul I. Principii de reglare a puterii cuptoarelor cu rezistență electrică
1.1. Caracteristicile unui cuptor electric cu rezistență ca sarcină sursă de energie
1.2. Metode de reglare a puterii unui cuptor cu rezistență electrică
1.2.1. Reglarea tensiunii de alimentare
1.2.2. Comutarea încălzitoarelor cuptorului
1.23. Puterea cuptorului reglată prin modificarea formei curbei curentului

Capitolul 2. Amplificatoare magnetice cu autosaturare
2.1. Lucrul cu sarcină activă
2.2. Funcționarea unui amplificator magnetic pe o sarcină AC activ-inductivă

Capitolul 3. Sursa de curent parametrică
3.1. Principiul de funcționare
3.2. Metode de reglare a curentului de sarcină

Capitolul 4. Regulator de tensiune AC fază-impuls
4.1. Principiul de funcționare al regulatorului
4.2. Regulator de sarcină activă
4.3. Analiză cu sarcină activ-inductivă
4.4. Sursă de impuls de fază cu sarcină de transformator
4.5. Regulatoare de tensiune AC trifazate
4.6. Sisteme de control pentru surse de alimentare monofazate cu impulsuri
4.6.1. Scheme funcționale ale sistemelor de control
4.6.2. Sisteme de control multicanal
4.6.3. Sisteme de control cu ​​un singur canal
4.7 Sistem de control trifazat al sursei de alimentare

Capitolul 5. Surse de alimentare cu control al lățimii impulsului
5.1. Modul electric al sursei cu sarcină activă
5.2. Procese într-un transformator în timpul pornirii periodice
5.3. Metode de pornire a unei sarcini de transformator fără a magnetiza supratensiunile de curent
5.4. Caracteristicile pornirii unui transformator trifazat
5.5. Sisteme de control al regulatorului de comutare
5.5.1. Cerințe pentru sistemele de control
5.5.2. Sisteme de control pentru regulatoare de comutare monofazate
5.5.3. Sistem de control al regulatorului de lățime a impulsului cu sarcina transformatorului
5.5.4. Sistem de control al regulatorului trifazat

Capitolul 6. Influenţa surselor de tensiune alternativă reglată asupra reţelei de alimentare
6.1. Compararea metodelor de reglare a tensiunii AC
6.2. Modul de funcționare în grup a regulatoarelor ca modalitate de îmbunătățire a performanței energetice
6.3. Optimizarea metodelor de control pentru regulatoarele de lățime a impulsurilor sub sarcină de grup
6.4. Sistem de control pentru un grup de regulatoare de lățime a impulsurilor cu comutare în intervale egale
6.5. Creșterea coeficientului, puterea într-un singur regulator de tensiune AC

Introducere

Pentru a menține o temperatură constantă în cuptor sau pentru a o modifica conform unei legi date, este necesar să se poată schimba puterea pe o gamă largă. Cerințele pentru precizia controlului, în funcție de procesul tehnologic efectuat în cuptor, variază foarte mult. De exemplu, la topirea metalelor și la încălzirea lor pentru deformare plastică, acestea sunt scăzute - sunt acceptabile fluctuații de temperatură de ± 25-50 ° C; în timpul tratamentului termic, aceste cerințe devin mai stricte, ajungând la ±10-±5° C. Această calitate a reglarii poate fi asigurată prin reglare în două și trei poziții.

Proces tehnologic de producere a dispozitivelor semiconductoare, monocristale diverse materiale, tratamentul termic al sticlei etc impune cerințe stricte privind calitatea controlului temperaturii. Asigurarea unor astfel de cerințe ridicate (±0,5-±3°C) la nivelul de 1000-1500°C este posibilă numai cu utilizarea surselor controlate fără contact bazate pe amplificatoare magnetice sau tiristoare.

Diversitate procese tehnologice determină diversitatea surselor de pntannya. Amplificatoarele magnetice au fost practic înlocuite cu amplificatoare cu transformator, deoarece acestea din urmă au o eficiență mai mare, caracteristici dinamice mai bune și indicatori de greutate și dimensiune.

În instalațiile de încălzire prin contact se folosesc surse parametrice de curent, al căror principiu de funcționare se bazează pe fenomenul de rezonanță într-o rețea trifazată.

Puterea surselor de alimentare cu tiristoare utilizate în prezent variază de la sute de wați la sute de kilowați. Manualul oferă o comparație a metodelor de control al tiristoarelor și evaluează domeniile lor de aplicare.

Cheboksary, editura ChuvGU, 1982

Puterea cuptoarelor moderne cu rezistență electrică variază de la fracțiuni de kilowatt la câțiva megawați. Cuptoarele cu o putere mai mare de 20 kW sunt de obicei trifazate și conectate la rețele cu tensiuni de 120, 380, 660 V direct sau prin transformatoare de cuptor. Factorul de putere al cuptoarelor cu rezistență este aproape de 1, distribuția sarcinii între faze în cuptoarele trifazate este uniformă.

Echipamentele electrice utilizate în EPS sunt împărțite în echipamente de putere, control, măsură și pirometrice.

Echipamentele de alimentare includ transformatoare, autotransformatoare de reducere și de reglare, surse de alimentare care antrenează mecanisme de acționare electrică, echipamente de comutare și protecție a puterii, întrerupătoare, contactori, demaroare magnetice, întreruptoare de circuitși siguranțe.

Majoritatea cuptoarelor funcționează pe tensiune de rețea: nu necesită transformatoare sau autotransformatoare. Utilizarea transformatoarelor de cuptoare coborâtoare face posibilă creșterea curenților de funcționare și utilizarea conductoarelor cu secțiune transversală mai mare pentru fabricarea încălzitoarelor, ceea ce crește rezistența și fiabilitatea acestora,

Toate cuptoare industriale rezistenţele funcţionează în mod reglare automată temperatura, care permite ca puterea cuptorului să fie activată cu necesarul conditii de temperatura, iar aceasta, la rândul său, duce la o reducere a consumului specific de energie în comparație cu reglarea manuală. Temperatura de funcționare în cuptoarele cu rezistență electrică este controlată prin schimbarea puterii furnizate cuptorului.

Reglarea puterii de alimentare a cuptorului trebuie făcută în mai multe moduri: oprirea periodică și conectarea cuptorului la rețeaua de alimentare cu energie (reglare on-off); comutarea cuptorului de la stea la triunghi sau de la conexiune în serie la paralelă (control cu ​​trei poziții).

Cu controlul poziției în două poziții (Fig. 4.40) sunt prezentate diagrama funcțională de pornire a cuptorului, schimbările de temperatură și putere), temperatura din spațiul de lucru EPS este controlată de termocupluri, termometre de rezistență și fotocelule. Cuptorul este pornit de regulatorul de temperatură prin trimiterea unei comenzi către bobina comutatorului HF.

Temperatura din cuptor crește la valoarea , în momentul în care termostatul oprește cuptorul.

Orez. 4.40. Diagrama functionala aprinderea cuptorului, schimbarea

temperatură și putere cu control în două poziții:

EP - cuptor electric; B - comutator;

RT - regulator de temperatura; KV - bobina comutatoare;

1 - temperatura cuptorului; 2 - temperatura corpului încălzit;

3 - puterea medie consumată de cuptor

Datorită absorbției de căldură de către corpul încălzit și a pierderilor în spațiul înconjurător, temperatura scade la , după care RT dă din nou comanda de conectare a cuptorului la rețea.

Adâncimea pulsațiilor de temperatură depinde de sensibilitatea RT, de inerția cuptorului și de sensibilitatea senzorului de temperatură.

Cu controlul cu trei poziții, puterea furnizată cuptorului se modifică atunci când încălzitoarele sunt comutate de la stea la triunghi. Reglarea temperaturii prin această metodă reduce puterea consumată din rețea.

Din punct de vedere energetic, această metodă de control este destul de eficientă, deoarece nu provoacă influență nocivă la rețeaua de alimentare.

Reglarea puterii cuptorului prin schimbarea tensiunii furnizate ar trebui să se facă în mai multe moduri:

Utilizarea transformatoarelor de control și autotransformatoarelor cu reglare lină fără contact sub sarcină;

Utilizarea potențialilor reglementatori;

Includerea unor rezistențe suplimentare sub formă de șocuri și reostate în circuitul de încălzire;

Reglarea pulsului folosind regulatoare cu tiristoare.

Utilizarea transformatoarelor cu reglare lină fără contact sub sarcină, autotransformatoare și regulatoare potențiale este asociată cu costuri de capital semnificative, prezența pierderilor suplimentare și consumul de putere reactivă. Această metodă este rar folosită.

Includerea unei rezistențe inductive sau active suplimentare în circuitul de încălzire este asociată cu pierderi suplimentare și consum de putere reactivă, ceea ce limitează, de asemenea, utilizarea acestei metode de control.

Reglarea impulsurilor bazată pe regulatoare cu tiristoare se realizează folosind supape semiconductoare, a căror frecvență de funcționare este selectată pe baza inerției termice a cuptorului electric.

Există trei metode de bază de control prin impuls al puterii consumate din rețeaua de curent alternativ:

1. Reglarea impulsului la frecvența de comutare ( - frecvența curentului rețelei de alimentare) cu modificarea momentului de deblocare a tiristorului se numește de obicei fază-impuls sau fază (curbele a).

2. Reglarea impulsului cu frecventa de comutare crescuta (curbe b).

3. Reglarea impulsului cu o frecvență de comutare redusă (curbe c).

Prin utilizarea controlului pulsului, este posibil să se obțină un control fluid al puterii pe o gamă largă, aproape fără pierderi suplimentare, asigurându-se că puterea consumată de cuptor se potrivește cu puterea furnizată din rețea.

În fig. Figura 4.41 prezintă o diagramă de control prin impuls al puterii cuptorului.

Orez. 4.41. Schema de control prin impuls al puterii cuptorului:

EP - cuptor electric; RT - regulator de căldură; UT - unitate de control a regulatorului tiristor; TR - regulator tiristor

Parametrii cuptoarelor de rezistență - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Parametrii cuptoarelor de rezistență” 2017, 2018.

• A) continuitatea reglementării. Tiristoarele comută curentul din sarcină la frecvența rețelei (de 50 de ori pe secundă), ceea ce vă permite să mențineți temperatura cu o precizie ridicată și să răspundeți rapid la modificările influențelor perturbatoare;
• B) absența contactelor mecanice crește fiabilitatea și reduce costurile de întreținere și exploatare;
• C) posibilitatea de limitare a curenților de pornire a elementelor electrice de încălzire. Multe cuptoare se caracterizează prin rezistența scăzută a elementelor de încălzire în stare rece, astfel încât curenții de pornire pot fi de 10 sau mai multe ori mai mari decât curentul nominal. Curenții de pornire pot fi limitați numai prin controlul fază-impuls al tiristoarelor.

R Regulatorul de putere a tiristoarelor dezvoltat de Zvezda-Electronics LLC este un dispozitiv multifuncțional modern. Sistemul său de control este construit pe un puternic procesor de semnal digital care monitorizează continuu un număr mare de semnale de control în timp real. Acest lucru oferă o serie de avantaje față de echipamente similare:

• configuratie flexibila pentru orice tip de sarcina si proces tehnologic;
• indicație clară pe afișajul cu cristale lichide;
• un complex dezvoltat de protecție și autodiagnosticare a defecțiunilor;
• suport pentru două metode de control al tiristoarelor - fază-puls și numeric;
• moduri de stabilizare precisă sau limitare a curentului;
• posibilitatea implementării reglementării multizonale;
• integrare ușoară în sistemele automate de control al procesului.

Datorită acestui fapt, a fost posibilă dezvoltarea mai multor soluții de automatizare gata făcute. Deoarece aceste soluții se bazează pe produse produse în serie, achiziționarea și implementarea acestui echipament va costa mult mai puțin decât dezvoltarea unui sistem de automatizare personalizat.

Exemplul 1. Automatizarea unui cuptor electric.

Pentru controlul automat al cuptorului se folosește regulatorul PID TRM210-Shch1.IR. Un senzor de temperatură este conectat la intrarea sa universală, al cărui element sensibil se află în interior cuptor electric. Controlerul PID măsoară temperatura curentă și acționează asupra controlerului tiristor cu un semnal analogic de 4..20 mA. Astfel, este implementat un sistem de control cu ​​o buclă de feedback închisă a temperaturii. Ieșirea releului a controlerului PID poate fi utilizată pentru semnalizarea alarmei.

Exemplul 2. Automatizarea camerei de uscare.

Folosind controlerul software TRM151-Shch1.IR.09 se implementeaza procesul de uscare a lemnului. Dispozitivul acționează asupra intrării de control a regulatorului tiristor cu un semnal analogic de 4..20 mA și, prin urmare, reglează puterea și, prin urmare, temperatura din interiorul camerei, în timp ce ieșirea releului pornește periodic ventilatorul, ceea ce contribuie la uscare mai uniformă. Controlerul software TRM151 vă permite să efectuați procesul de uscare conform diferitelor programe compilate de tehnolog, de exemplu, pentru diferite tipuri lemn - molid, pin, stejar etc.

Exemplul 3. Automatizarea unui sistem de încălzire cu mai multe zone.

Un exemplu interesant este sistemul de control pentru încălzitoarele cu infraroșu, a cărui popularitate crește în fiecare an. În acest scop, este utilizat un regulator PID multicanal TRM148. Încălzitoarele sunt conectate într-o configurație în stea cu un fir neutru comun, creând astfel trei bucle de control independente. Fiecare zonă are propriul său senzor - D1, D2, D3 - luând citiri din care controlerul PID reglează semnalele de control 4..20 mA pentru controlerul tiristor, care reglează separat puterea în fiecare dintre elementele de încălzire.

Desigur, aceste exemple nu limitează gama de probleme care pot fi rezolvate folosind regulatorul tiristor TRM. Este posibilă, de exemplu, automatizarea camerelor de ventilație de alimentare, camerelor de vopsire, control automat incalzire electrica si cazane de apa calda si multe altele.

- un dispozitiv cu proprietățile unui semiconductor, al cărui proiect se bazează pe un semiconductor monocristal având trei sau mai multe joncțiuni p-n.

Funcționarea sa implică prezența a două faze stabile:

• „închis” (nivelul de conductivitate este scăzut);
• „deschis” (nivelul de conductivitate este ridicat).

Tiristoarele sunt dispozitive care îndeplinesc funcțiile întrerupătoarelor electronice de putere. Un alt nume pentru ei este tiristoare cu o singură operație. Acest dispozitiv vă permite să reglați impactul sarcinilor puternice prin impulsuri minore.

Conform caracteristicii curent-tensiune a tiristorului, o creștere a curentului în acesta va provoca o scădere a tensiunii, adică va apărea o rezistență diferențială negativă.

În plus, aceste dispozitive semiconductoare pot conecta circuite cu tensiuni de până la 5000 Volți și curenți de până la 5000 Amperi (la o frecvență de cel mult 1000 Hz).

Tiristoarele cu două și trei terminale sunt potrivite pentru funcționare atât cu curent continuu, cât și cu curent alternativ. Cel mai adesea, principiul funcționării lor este comparat cu funcționarea unei diode de redresare și se crede că sunt un analog cu drepturi depline al unui redresor, într-un fel și mai eficient.

Tipurile de tiristoare diferă unele de altele:

• Metoda de control.
• Conductivitate (unilaterală sau bilaterală).

Principii generale de management

Structura tiristoarelor are 4 straturi semiconductoare într-o conexiune în serie (p-n-p-n). Contactul conectat la stratul p exterior este anodul, iar contactul conectat la stratul n exterior este catodul. Ca urmare, cu un ansamblu standard, un tiristor poate avea maximum doi electrozi de control, care sunt atașați la straturile interne. În funcție de stratul conectat, conductorii sunt împărțiți în catod și anod în funcție de tipul de control. Primul tip este cel mai des folosit.

Curentul din tiristoare curge spre catod (din anod), deci conexiunea la sursa de curent se face intre anod si borna pozitiva, precum si intre catod si borna negativa.

Tiristoarele cu electrod de control pot fi:

• Blocabil;
• Deblocabil.

O proprietate indicativă a dispozitivelor care nu se blochează este lipsa lor de răspuns la un semnal de la electrodul de control. Singura modalitate de a le închide este reducerea nivelului de curent care curge prin ele, astfel încât să fie inferior curentului de reținere.

Când controlați un tiristor, trebuie luate în considerare unele puncte. Un dispozitiv de acest tip schimbă fazele de funcționare de la „oprit” la „pornit” și înapoi în salturi și limite și numai în condițiile influență externă: folosind curent (manipularea tensiunii) sau fotoni (în cazurile cu un fototiristor).

Pentru a înțelege acest punct, trebuie să rețineți că un tiristor are în principal 3 ieșiri (tiristor): anod, catod și electrod de control.

UE (electrodul de control) este tocmai responsabil pentru pornirea și oprirea tiristorului. Deschiderea tiristorului are loc cu condiția ca tensiunea aplicată între A (anod) și K (catod) să devină egală cu sau să depășească tensiunea de funcționare a tiristorului. Adevărat, în al doilea caz, va fi necesară expunerea la un impuls de polaritate pozitivă între Ue și K.

Cu o alimentare constantă a tensiunii de alimentare, tiristorul poate fi deschis la nesfârșit.

Pentru a-l comuta într-o stare închisă, puteți:

• Reduceți nivelul de tensiune între A și K la zero;
• Reduceți valoarea curentului A, astfel încât puterea curentului de menținere să fie mai mare;
• Dacă funcționarea circuitului se bazează pe acțiunea curentului alternativ, dispozitivul se va opri fără intervenție externă atunci când nivelul curentului în sine scade la citirea zero;
• Aplicați o tensiune de blocare UE (relevant numai pentru tipurile de dispozitive semiconductoare blocabile).

De asemenea, starea închisă durează la nesfârșit până când apare un impuls de declanșare.

Metode specifice de control

• Amplitudine .

Reprezintă furnizarea unei tensiuni pozitive de mărime variabilă către Ue. Deschiderea tiristorului are loc atunci când valoarea tensiunii este suficientă pentru a întrerupe tranziția de control a curentului de redresare (Irect). Prin schimbarea tensiunii pe UE, devine posibilă modificarea timpului de deschidere al tiristorului.

Principalul dezavantaj al acestei metode este influența puternică a factorului de temperatură. În plus, fiecare tip de tiristor va necesita un tip diferit de rezistor. Acest punct nu adaugă ușurință în utilizare. În plus, timpul de deschidere al tiristorului poate fi reglat numai cât durează prima 1/2 din semiciclul pozitiv al rețelei.

• Fază.

Constă în schimbarea fazei Ucontrol (în raport cu tensiunea la anod). În acest caz, se utilizează o punte de defazare. Principalul dezavantaj este panta scăzută a Ucontrolului, astfel încât este posibilă stabilizarea momentului de deschidere al tiristorului doar pentru o perioadă scurtă de timp.

• Faza de impuls .

Conceput pentru a depăși deficiențele metodei fazei. În acest scop, la Ue se aplică un impuls de tensiune cu o margine abruptă. Această abordare este în prezent cea mai comună.

Tiristoare și siguranță

Datorită naturii de impuls a acțiunii lor și a prezenței curentului de recuperare inversă, tiristoarele cresc foarte mult riscul de supratensiune în funcționarea dispozitivului. În plus, pericolul de supratensiune în zona semiconductoare este mare dacă nu există deloc tensiune în alte părți ale circuitului.

Prin urmare, pentru a evita consecințele negative, se obișnuiește să se utilizeze scheme CFTP. Ele previn apariția și reținerea valorilor critice ale tensiunii.

Model tiristor cu două tranzistoare

Din două tranzistoare este foarte posibil să se asambla un dinistor (tiristor cu două terminale) sau un triistor (tiristor cu trei terminale). Pentru a face acest lucru, unul dintre ele trebuie să aibă conductivitate p-n-p, celălalt - conductivitate n-p-n. Tranzistoarele pot fi fabricate fie din siliciu, fie din germaniu.

Legătura dintre ele se realizează prin două canale:

• Anod de la al 2-lea tranzistor + Electrod de control de la primul tranzistor;
• Catod de la primul tranzistor + Electrod de control de la al 2-lea tranzistor.

Dacă nu folosiți electrozi de control, atunci ieșirea va fi un dinistor.

Compatibilitatea tranzistoarelor selectate este determinată de aceeași cantitate de putere. În acest caz, citirile de curent și tensiune trebuie neapărat să fie mai mari decât cele necesare pentru funcționarea normală a dispozitivului. Datele privind tensiunea de defalcare și curentul de menținere depind de calitățile specifice ale tranzistorilor utilizați.

Scrie comentarii, completări la articol, poate am omis ceva. Uită-te la, mă voi bucura dacă vei găsi altceva util la al meu.