Schema de control cu tiristoare a cuptoarelor cu rezistență. Control automat al temperaturii in cuptoarele electrice. Tiristoarele cu electrod de control pot fi
V. Krylov
În prezent, tiristoarele sunt utilizate pe scară largă în diverse dispozitive control, semnalizare și control automat. Tiristorul este o diodă semiconductoare controlată, care se caracterizează prin două stări stabile: deschis, când rezistența directă a tiristorului este foarte mică, iar curentul din circuitul său depinde în principal de tensiunea sursei de alimentare și de rezistența de sarcină și închis, când rezistența sa directă este mare și curentul este de câțiva miliamperi.
Pe fig. 1 prezintă o caracteristică tipică curent-tensiune a unui tiristor, unde secțiunea O A corespunde stării închise a tiristorului, iar secțiunea BV corespunde stării deschise.
La tensiuni negative, tiristorul se comportă ca o diodă convențională (secțiune OD).
Dacă creșteți tensiunea directă pe un tiristor închis cu un curent electrod de control egal cu zero, atunci când se atinge valoarea Uon, tiristorul se va deschide. O astfel de comutare a tiristorului se numește comutare anodului. Funcționarea tiristorului în acest caz este similară cu funcționarea unei diode semiconductoare necontrolate cu patru straturi - un dinistor.
Prezența unui electrod de control face posibilă deschiderea tiristorului la o tensiune anodică mai mică decât Uon. Pentru a face acest lucru, este necesar să treceți curentul de control Iу de-a lungul circuitului electrod de control - catod. Caracteristica curent-tensiune a tiristorului pentru acest caz este prezentată în fig. 1 linie punctată. Curentul minim de control necesar pentru deschiderea tiristorului se numește curent de redresare Iref. Curentul de redresare depinde foarte mult de temperatura. În cărțile de referință, este indicat la o anumită tensiune anodică. Dacă în timpul curentului de control curentul anodului depășește valoarea curentului de oprire Ioff, atunci tiristorul va rămâne deschis chiar și după terminarea curentului de control; dacă acest lucru nu se întâmplă, atunci tiristorul se va închide din nou.
Cu o tensiune negativă la anodul tiristorului, alimentarea cu tensiune a electrodului său de control nu este permisă. De asemenea, este inacceptabil să existe o tensiune negativă (față de catod) pe electrodul de control, la care curentul invers al electrodului de control depășește câțiva miliamperi.
Un tiristor deschis poate fi comutat într-o stare închisă doar prin reducerea curentului său anodic la o valoare mai mică decât Ioff. În dispozitivele de curent continuu se folosesc circuite speciale de stingere în acest scop, iar în circuitul de curent alternativ, tiristorul se închide singur în momentul în care valoarea curentului anodic trece prin zero.
Acesta este motivul pentru cea mai răspândită utilizare a tiristoarelor în circuitele de curent alternativ. Toate circuitele discutate mai jos sunt relevante numai pentru tiristoarele incluse în circuitul AC.
Pentru a asigura funcționarea fiabilă a tiristorului, sursa de tensiune de control trebuie să îndeplinească anumite cerințe. Pe fig. 2 prezintă circuitul echivalent al sursei de tensiune de comandă, iar fig. 3 este un grafic cu ajutorul căruia puteți determina cerințele pentru linia sa de încărcare.
Pe grafic, liniile A și B limitează zona de împrăștiere a caracteristicilor curent-tensiune de intrare ale tiristorului, care sunt dependențele tensiunii de pe electrodul de control Uy de curentul acestui electrod Iy cu un circuit anodic deschis. Direct B determină tensiunea minimă Uу, la care orice tiristor de acest tip se deschide la o temperatură minimă. Linia dreaptă G determină curentul minim Iy, suficient pentru a deschide orice tiristor de acest tip la o temperatură minimă. Fiecare tiristor specific se deschide la un anumit punct al caracteristicii sale de intrare. Zona umbrită este locul unor astfel de puncte pentru toate tiristoarele de un anumit tip care satisfac specificații. Liniile drepte D și E determină valorile maxime admise ale tensiunii Uy și respectiv curentului Iy, iar curba K este valoarea maximă admisă a puterii disipate pe electrodul de control. Linia de sarcină L a sursei de semnal de control este trasată prin punctele care determină tensiunea miscare inactiv sursa Eu.xx și curentul său de scurtcircuit Iу.kz = Eu.хх/Rext, unde Rext este rezistența internă a sursei. Punctul S al intersecției liniei de sarcină L cu caracteristica de intrare (curba M) a tiristorului selectat trebuie să fie în zona dintre zona umbrită și liniile A, D, K, E și B.
Această zonă se numește zona de deschidere preferată. Linia orizontală H determină cea mai mare tensiune la tranziția de control, la care nu se deschide un singur tiristor de acest tip la temperatura maximă admisă. Astfel, această valoare, care este zecimi de volt, determină amplitudinea maximă admisă a tensiunii de interferență în circuitul de control al tiristoarelor.
După deschiderea tiristorului, circuitul de control nu îi afectează starea; prin urmare, tiristorul poate fi controlat prin impulsuri de scurtă durată (zeci sau sute de microsecunde), ceea ce face posibilă simplificarea circuitelor de control și reducerea puterii disipate pe electrodul de control. Durata impulsului, totuși, ar trebui să fie suficientă pentru ca curentul anodului să crească la o valoare care depășește curentul de oprire Ioff pentru diferite tipuri de sarcină și moduri de funcționare a tiristoarelor.
Simplitatea relativă a dispozitivelor de control pentru funcționarea tiristoarelor în circuitele de curent alternativ a condus la utilizarea pe scară largă a acestor dispozitive ca elemente de control în dispozitivele de stabilizare și reglare a tensiunii. În acest caz, valoarea medie a tensiunii la sarcină este reglată prin modificarea momentului de alimentare (adică a fazei) semnalului de comandă în raport cu începutul semiciclului de tensiune de alimentare. Frecvența impulsurilor de control în astfel de circuite trebuie să fie sincronizată cu frecvența rețelei.
Există mai multe metode de control al tiristoarelor, dintre care trebuie remarcate amplitudinea, fază și impulsul de fază.
Metoda de control al amplitudinii constă în faptul că electrodul de control al tiristorului i se aplică o tensiune pozitivă, care variază în mărime. Tiristorul se deschide în momentul în care această tensiune devine suficientă pentru ca curentul de redresare să circule prin joncțiunea de comandă. Schimbând tensiunea pe electrodul de control, puteți modifica momentul deschiderii tiristorului. Cel mai simplu circuit regulatorul de tensiune, construit pe acest principiu, este prezentat în fig. 4.
Ca tensiune de control, aici este utilizată o parte a tensiunii anodice a tiristorului, adică tensiunea semiciclului pozitiv al rețelei. Rezistorul R2 modifică momentul de deschidere al tiristorului D1 și, în consecință, valoarea medie a tensiunii pe sarcină. Cu rezistorul R2 introdus complet, tensiunea pe sarcină este minimă. Dioda D2 protejează tranziția de control a tiristorului de tensiune inversă. Trebuie remarcat faptul că circuitul de control nu este conectat direct la rețea, ci în paralel cu tiristorul. Acest lucru se face astfel încât un tiristor deschis să oprească circuitul de control, prevenind disiparea inutilă a puterii pe elementele sale.
Principalele dezavantaje ale dispozitivului luat în considerare sunt dependența puternică a tensiunii de sarcină de temperatură și necesitatea selecției individuale a rezistențelor pentru fiecare instanță a tiristorului. Primul se explică prin dependența de temperatură a curentului de redresare al tiristoarelor, al doilea se datorează răspândirii lor mari. caracteristicile de intrare. În plus, dispozitivul este capabil să controleze momentul de deschidere al tiristorului numai în prima jumătate a semiciclului pozitiv al tensiunii de rețea.
Dispozitivul de control, a cărui diagramă este prezentată în fig. 5, vă permite să extindeți domeniul de control la 180 ° și includerea unui tiristor în diagonala punții redresoare - pentru a regla tensiunea la sarcină în ambele semicicluri ale tensiunii de rețea.
Condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R1 și R2 la o tensiune la care trece un curent egal cu curentul de redresare prin joncțiunea de control a tiristorului. În acest caz, tiristorul se deschide, trecând curent prin sarcină. Datorită prezenței unui condensator, tensiunea la sarcină este mai puțin dependentă de fluctuațiile de temperatură, dar, cu toate acestea, aceleași dezavantaje sunt inerente acestui dispozitiv.
Cu metoda fază de control a tiristoarelor folosind o punte de defazare, faza tensiunii de control este schimbată în raport cu tensiunea de la anodul tiristorului. Pe fig. 6 prezintă o diagramă a unui regulator de tensiune cu semiundă, în care modificarea tensiunii la sarcină este efectuată de rezistența R2, inclusă într-unul dintre brațele punții, din diagonala căreia este furnizată tensiunea la control. trecerea tiristorului.
Tensiunea pe fiecare jumătate a înfășurării III a controlului ar trebui să fie de aproximativ 10 V. Parametrii rămași ai transformatorului sunt determinați de tensiunea și puterea sarcinii. Principalul dezavantaj al metodei de control al fazei este abruptitatea scăzută a tensiunii de control, datorită căreia stabilitatea momentului de deschidere a tiristorului este scăzută.
Metoda de control a tiristorului fază-impuls diferă de cea anterioară prin aceea că, pentru a crește acuratețea și stabilitatea momentului de deschidere a tiristorului, electrodului său de control este aplicat un impuls de tensiune cu front abrupt. Această metodă este în prezent cea mai utilizată. Schemele care implementează această metodă sunt foarte diverse.
Pe fig. 7 prezintă o diagramă a unuia dintre cele mai multe dispozitive simple folosind metoda de control a tiristorului fază-impuls.
Cu o tensiune pozitivă la anodul tiristorului D3, condensatorul C1 este încărcat prin dioda D1 și rezistența variabilă R1. Când tensiunea pe condensator atinge tensiunea de pornire a dinistorului D2, se deschide și condensatorul este descărcat prin joncțiunea de control a tiristorului. Acest impuls de curent de descărcare deschide tiristorul D3 și curentul începe să circule prin sarcină. Prin schimbarea curentului de încărcare a condensatorului cu rezistorul R1, este posibilă modificarea momentului de deschidere a tiristorului în jumătatea ciclului de tensiune de rețea. Rezistorul R2 elimină autodeschiderea tiristorului D3 din cauza curenților de scurgere la temperaturi ridicate. Conform conditiilor tehnice, atunci cand tiristoarele functioneaza in modul standby, instalarea acestui rezistor este obligatorie. Arată în fig. 7, circuitul nu a găsit o aplicație largă din cauza răspândirii mari a tensiunii de pornire a dinistorilor, ajungând până la 200%, și a dependenței semnificative a tensiunii de pornire de temperatură.
Una dintre varietățile metodei fază-impuls de control a tiristoarelor este așa-numitul control vertical, care este în prezent cel mai utilizat. Constă în faptul că la intrarea generatorului de impulsuri se face o comparație (Fig. 8) a unei tensiuni constante (1) și a unei tensiuni care variază în mărime (2). În momentul egalității acestor tensiuni, se generează un impuls de control tiristor (3). Tensiunea de magnitudine variabilă poate avea o formă sinusoidală, triunghiulară sau dinți de ferăstrău (așa cum se arată în Fig. 8).
După cum se poate observa din figură, modificarea momentului de apariție a impulsului de control, adică schimbarea fazei acestuia, se poate face în trei moduri diferite:
modificarea ratei de creștere a tensiunii alternative (2a),
prin modificarea nivelului său inițial (2b) și
prin modificarea valorii tensiunii constante (1a).
Pe fig. 9 prezintă o diagramă bloc a unui dispozitiv care implementează metoda de control a tiristoarelor verticale.
Ca orice alt dispozitiv de control al impulsurilor de fază, acesta constă dintr-un dispozitiv de defazare FSU și un generator de impulsuri PG. Dispozitivul de defazare, la rândul său, conține dispozitivul de intrare VU, care percepe tensiunea de comandă Uy, generatorul de tensiune alternativă (în mărime) al GPN și dispozitivul de comparare SU. O mare varietate de dispozitive pot fi utilizate ca elemente numite.
Pe fig. 10 prezintă o diagramă schematică a unui dispozitiv de control pentru un tiristor (D5) conectat în serie cu un redresor în punte (D1 - D4).
Dispozitivul constă dintr-un generator de tensiune dinți de ferăstrău cu un comutator tranzistor (T1), un declanșator Schmitt (T2, T3) și un amplificator cu cheie de ieșire (T4). Sub acțiunea tensiunii îndepărtate din înfășurarea de sincronizare III a transformatorului Tr1, tranzistorul T1 este închis. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R3 și R4. Tensiunea de pe condensator crește de-a lungul unei curbe exponențiale, a cărei secțiune inițială, cu o anumită aproximare, poate fi considerată rectilinie (2, vezi Fig. 8).
În acest caz, tranzistorul T2 este închis, iar T3 este deschis. Curentul emițătorului tranzistorului T3 creează o cădere de tensiune pe rezistorul R6, care determină nivelul de funcționare al declanșatorului Schmitt (1 în Fig. 8). Suma tensiunilor peste rezistorul R6 și tranzistorul deschis T3 este mai mică decât tensiunea pe dioda zener D10, astfel încât tranzistorul T4 este închis. Când tensiunea la condensatorul C1 atinge nivelul de declanșare Schmitt, tranzistorul T2 se deschide și T3 se închide. În același timp, tranzistorul T4 se deschide și pe rezistorul R10 apare un impuls de tensiune, care deschide tiristorul D5 (pulsul 3 în Fig. 8). La sfârșitul fiecărui semiciclu al tensiunii de rețea, tranzistorul T1 se deschide cu un curent care trece prin rezistorul R2. Condensatorul C1 este descărcat aproape la zero și dispozitivul de control revine la starea inițială. Tiristorul se închide în momentul în care amplitudinea curentului anodic trece prin zero. Odată cu începutul următorului semiciclu, ciclul de funcționare al dispozitivului se repetă.
Prin schimbarea rezistenței rezistorului R3, este posibil să se schimbe curentul de încărcare al condensatorului C1, adică rata de creștere a tensiunii pe acesta și, prin urmare, momentul apariției unui impuls tiristor de deschidere. Prin înlocuirea rezistorului R3 cu un tranzistor, puteți regla automat tensiunea pe sarcină. Astfel, acest dispozitiv folosește prima dintre metodele de mai sus de deplasare a fazei impulsurilor de control.
O ușoară modificare a circuitului prezentat în fig. 11 face posibilă obținerea reglementării conform celei de-a doua metode. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat printr-un rezistor constant R4 și rata de creștere a tensiunii din dinte de ferăstrău este aceeași în toate cazurile. Dar când tranzistorul T1 este deschis, condensatorul nu este descărcat la zero, ca în dispozitivul anterior, ci la tensiunea de comandă Uy.
În consecință, încărcarea condensatorului în ciclul următor va începe de la acest nivel. Prin modificarea tensiunii Uy se reglează momentul deschiderii tiristorului. Dioda D11 deconectează sursa de tensiune de control de la condensator în timpul încărcării acestuia.
Etapa de ieșire de pe tranzistorul T4 asigură câștigul de curent necesar. Folosind un transformator de impulsuri ca sarcină, puteți controla simultan mai multe tiristoare.
În dispozitivele de control luate în considerare, tensiunea este aplicată tranziției de control a tiristorului pentru o perioadă de timp din momentul egalității tensiunilor constante și dinți de ferăstrău până la sfârșitul semiciclului de tensiune de rețea, adică până la în momentul în care condensatorul C1 este descărcat. Puteți reduce durata impulsului de control pornind circuitul de diferențiere la intrarea amplificatorului de curent, realizat pe tranzistorul T4 (vezi Fig. 10).
Una dintre variantele metodei de control a tiristoarelor verticale este metoda număr-impuls. Particularitatea sa constă în faptul că nu un impuls, ci un pachet de impulsuri scurte, este aplicat electrodului de control al tiristorului. Durata exploziei este egală cu durata impulsului de control prezentat în fig. 8.
Rata de repetare a impulsurilor într-o explozie este determinată de parametrii generatorului de impulsuri. Metoda de control număr-impuls asigură deschiderea fiabilă a tiristorului pentru orice tip de sarcină și vă permite să reduceți puterea disipată la tranziția de control a tiristorului. În plus, dacă la ieșirea dispozitivului este inclus un transformator de impulsuri, este posibil să se reducă dimensiunea acestuia și să se simplifice proiectarea.
Pe fig. 12 prezintă o diagramă a unui dispozitiv de control utilizând metoda numărului-impuls.
Ca nod de comparație și generator de impulsuri, se folosește aici un comparator echilibrat de diodă regenerativă, constând dintr-un circuit de comparație pe diodele D10, D11 și generatorul de blocare însuși, asamblat pe un tranzistor T2. Diodele D10, D11 controlează circuitul de feedback al oscilatorului de blocare.
Ca și în cazurile precedente, când tranzistorul T1 este închis, încărcarea condensatorului C1 începe prin rezistorul R3. Dioda D11 este deschisă cu tensiunea Uy, iar dioda D10 este închisă. Astfel, înfășurarea cu feedback pozitiv IIa a oscilatorului de blocare este deschisă, în timp ce înfășurarea cu feedback negativ IIb este închisă și tranzistorul T2 este închis. Când tensiunea pe condensatorul C1 atinge tensiunea Uy, dioda D11 se va închide și D10 se va deschide. Circuitul de feedback pozitiv va fi închis, iar generatorul de blocare va începe să genereze impulsuri care vor fi alimentate de la înfășurarea I a transformatorului Tr2 la tranziția de control a tiristorului. Generarea impulsurilor va continua până la sfârșitul semiciclului de tensiune de rețea, când tranzistorul T1 se deschide și condensatorul C1 este descărcat. Dioda D10 se va închide apoi și D11 se va deschide, procesul de blocare se va opri și dispozitivul va reveni la starea inițială. Prin modificarea tensiunii de comandă Uy este posibilă modificarea momentului începerii generării față de începutul semiciclului și, în consecință, momentul deschiderii tiristorului. Astfel, în acest caz, se utilizează a treia metodă de deplasare a fazei impulsurilor de control.
Utilizarea unui circuit echilibrat al nodului de comparație asigură stabilitatea temperaturii funcționării acestuia. Diodele din siliciu D10 și D11 cu curent invers scăzut fac posibilă obținerea unei impedanțe mari de intrare a nodului comparator (aproximativ 1 MΩ). Prin urmare, practic nu are niciun efect asupra procesului de încărcare a condensatorului C1. Sensibilitatea nodului este foarte mare și se ridică la câțiva milivolți. Rezistoarele R6, R8, R9 și condensatorul C3 determină stabilitatea temperaturii punctului de funcționare al tranzistorului T2. Rezistorul R7 servește la limitarea curentului de colector al acestui tranzistor și la îmbunătățirea formei impulsului oscilatorului de blocare. Dioda D13 limitează supratensiunea pe înfășurarea colectorului III a transformatorului Tr2, care apare atunci când tranzistorul este închis. transformator de impulsuri Tr2 poate fi realizat pe un inel de ferită 1000NN de dimensiunea K15X6X4.5. Înfășurările I și III conțin 75 fiecare, iar înfășurările II a și II b - 50 de spire de sârmă PEV-2 0,1 fiecare.
Dezavantajul acestui dispozitiv de control este relativ frecventa joasa repetarea impulsului (aproximativ 2 kHz cu o durată a impulsului de 15 microsecunde). Puteți crește frecvența, de exemplu, prin reducerea rezistenței rezistorului R4, prin care se descarcă condensatorul C2, dar, în același timp, stabilitatea temperaturii sensibilității nodului de comparare este oarecum mai proastă.
Metoda de control a tiristorului număr-impuls poate fi utilizată și în dispozitivele discutate mai sus (Fig. 10 și 11), deoarece cu o anumită alegere a valorilor elementului (C1, R4-R10, vezi Fig. 10), declanșarea Schmitt atunci când tensiunea condensatorului C1 depășește nivelul de declanșare, nu generează un singur impuls, ci o secvență de impulsuri. Durata și rata de repetare a acestora sunt determinate de parametri și de modul de declanșare. Un astfel de dispozitiv a fost numit „multivibrator declanșat de descărcare”.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că o simplificare semnificativă a circuitului dispozitivelor de control a tiristoarelor, menținând în același timp un nivel ridicat indicatori de calitate se poate realiza cu tranzistoare unijunction.
Puterea cuptoarelor moderne cu rezistență electrică variază de la sute de wați la câțiva megawați.
Cuptoarele cu o putere mai mare de 20 kW sunt trifazate cu o distribuție uniformă a sarcinii pe faze și sunt conectate la rețele de 220, 380, 660 V direct sau prin transformatoare de cuptor (sau autotransformatoare).
Aplicat în cuptoare electrice Echipamentul electric de rezistență include 3 grupe: echipamente electrice de putere, echipamente de control și instrumente (KIP).
Echipamentul de alimentare include
Transformatoare reductoare de putere și autotransformatoare de reglare,
Acționări electrice de putere ale mecanismelor auxiliare,
Comutarea puterii și echipament de protecție.
Echipamentul de control include posturi complete de control cu echipament de comutare. Întrerupătoarele, butoanele, releele, întrerupătoarele de limită, demaroare electromagnetice, relee sunt utilizate în designul obișnuit.
Instrumentația include dispozitive (dispozitive) pentru control, măsurare și semnalizare. De obicei plasat pe un scut. Fiecare cuptor cu rezistență trebuie să fie echipat cu materiale pirometrice. Pentru cuptoarele mici, necritice, acesta poate fi un termocuplu cu un dispozitiv indicator; în majoritatea cuptoarelor industriale, controlul automat al temperaturii este obligatoriu. Se realizează folosind instrumente care înregistrează temperatura cuptorului.
Majoritatea cuptoarelor cu rezistență electrică nu au nevoie de transformatoare de putere.
Transformatoarele de reglare și autotransformatoarele se folosesc atunci când cuptorul este realizat cu elemente de încălzire care își modifică rezistența în funcție de temperatură (wolfram, grafit, molibden), pentru a alimenta băile de sare și instalațiile de încălzire directă.
Toate cuptoare industriale rezistențele funcționează în modul de control automat al temperaturii. Reglarea temperaturii de funcționare în cuptorul cu rezistență electrică se realizează prin modificarea puterii de intrare.
Reglarea puterii furnizate cuptorului poate fi discretă și continuă.
La discret reglementarea este posibilă în următoarele moduri:
Conectarea și deconectarea periodică a cuptorului de încălzire cu rezistență electrică la rețea (reglare în două poziții);
Comutarea elementelor de încălzire ale cuptorului de la „stea” la „triunghi” sau de la conexiunea în serie la paralelă (reglare în trei poziții).
Cea mai utilizată reglementare on-off, deoarece metoda este simplă și vă permite să automatizați procesul.
Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii introduse în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stărilor de pornire și oprire.
Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Din punct de vedere structural, controlul on-off poate fi asigurat fie prin intermediul unui contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristoarelor conține tiristoare conectate în funcționare anti-paralel cu a=0.
La continuu reglare, există o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice fel de amplificatoare de putere. În practică, regulatoarele de tensiune tiristoare sunt cele mai comune. tiristor surse de alimentare conțin tiristoare conectate anti-paralel echipate cu SIFU.
Sursele de alimentare cu tiristoare au o eficiență ridicată (până la 98%).
Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:
Control continuu, în care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.
Controlul în trepte, în care doar o gamă discretă de puteri poate fi introdusă în cuptor.
Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice fel de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, sursele de alimentare cu tiristoare construite conform schemei TRN sunt cele mai comune. 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 anti-paralel echipate cu SIFU.
Unghiul de control și, prin urmare, tensiunea efectivă la sarcină, depinde de tensiunea externă furnizată sursei. Pentru a reduce efectul căderii de curent asupra regimului termic al cuptorului, sursele de alimentare cu tiristoare oferă de obicei feedback negativ asupra tensiunii de ieșire. Sursele de alimentare cu tiristoare au o eficiență ridicată (până la 98%). Factorul de putere depinde de adâncimea de reglare a tensiunii de ieșire liniar, la un unghi mai mic de 0 - k M =1, la = 180 k M = 0. Factorul de putere este determinat nu numai de defazajul lui tensiunea și prima armonică a curentului, dar și de mărimea armonicilor superioare ale curentului. Prin urmare, utilizarea condensatoarelor compensatoare nu permite nicio creștere semnificativă a M.
În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată prin comutarea circuitelor de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte ale tensiunii și puterii posibile a încălzitorului. Cea mai comună metodă cu două poziții de control al pașilor. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii introduse în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stărilor de pornire și oprire.
Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor fluctuații este determinată de mărimea abaterilor R MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, inerția termică este atât de mare încât fluctuația temperaturii datorată controlului treptat nu depășește valoarea necesară a preciziei de menținere a temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul on-off poate fi asigurat fie prin intermediul unui contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține anti-paralel cu 
tiristoare conectate care funcționează cu =0.
În cazul în care contactul de curent scăzut S este deschis, circuitul de control VS1, VS2 este întrerupt, tiristoarele sunt închise, tensiunea la sarcină este zero. În cazul în care S este închis, sunt create circuite pentru curgerea curenților de control. Catodul este pozitiv, anodul VS1 este negativ. În acest caz, curentul de control trece prin catodul circuitului VS1 - VD1 - R - S - electrodul de control VS2 - catodul VS2. VS2 pornește și conduce electricitatea pentru întreaga jumătate de ciclu. În următoarea jumătate de ciclu, VS1 este pornit în același mod.
CU 
există și întrerupătoare trifazate. Acestea folosesc două blocuri de tiristoare conectate anti-paralel. Circuitele de alimentare ale unor astfel de întrerupătoare sunt construite conform următoarei scheme:
Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.
Comutatoarele cu tiristoare sunt mai fiabile decât contactoarele, sunt intrinsec și rezistente la explozie, funcționează silențios și puțin mai scumpe.
Controlul pasului are o eficiență apropiată de 1, la M 1.
1 Scopul muncii
1.1 Familiarizați-vă cu dispozitivul cuptorului cu rezistență electrică, încălzitoarele electrice, modul de funcționare al cuptorului electric și circuitul de control electric.
2 Comanda de lucru
2.1 Notați datele tehnice (pașaport) ale cuptorului electric și electric instrumente de masura.
2.2 Familiarizați-vă cu dispozitivul unui cuptor cu rezistență electrică și cu scopul pieselor sale individuale.
2.3 Familiarizați-vă cu circuitul electric pentru controlul modurilor de funcționare ale unui cuptor cu rezistență electrică.
2.4 Colectați schema de conexiuni pentru a efectua experimentul.
2.5 Efectuați un experiment pentru a determina performanța energetică a unui cuptor cu rezistență electrică.
2.6 Întocmește un raport cu privire la munca depusă.
3 Descrierea configurației laboratorului
Instalarea de laborator pentru familiarizarea cu dispozitivul, principiul de funcționare și scopul pieselor individuale ale cuptorului cu rezistență electrică ar trebui să constea într-un cuptor cu rezistență electrică tip camera Modele OKB-194A sau modele H-15 cu încălzitoare de nicrom concepute pentru tratarea termică a metalelor în producția individuală și la scară mică. În plus, trebuie să existe un material sursă pentru tratamentul termic; pentru aceasta, se recomandă pregătirea pieselor care necesită o astfel de prelucrare. Ar trebui cunoscuți principalii parametri ai regimurilor de temperatură.
Termocuplurile sunt introduse în cuptorul electric pentru a controla temperatura. Instalația trebuie să aibă un dispozitiv de control automat al temperaturii și să aibă un set de instrumente de măsură și regulatoare de temperatură pentru încălzirea materialului sursă.
În camera în care se efectuează gemuri, ar trebui să fie atârnate postere care prezintă cuptoare electrice tipuri variate si structuri, scheme de circuite electrice pentru controlul instalatiilor de cuptor electric de incalzire electrica cu rezistenta.
4 Scurte informații teoretice
Cuptoarele cu rezistență electrică, unde energia electrică este transformată în căldură prin corpuri lichide sau solide, au acțiune directă și indirectă. ÎN cuptoare direct acțiune, corpul încălzit este conectat direct la rețea (Fig. 1) și încălzit de curentul care circulă prin acesta.
Figura 1 - Schema schematică a instalației de încălzire directă a unei țagle metalice: 1 - țagle încălzite; 2 - transformator
ÎN cuptoare indirecte acțiune, căldura este eliberată în elemente speciale de încălzire și transferată corpului încălzit prin radiație, conducție sau convecție a căldurii. Cuptoarele cu rezistență și dispozitivele de încălzire directă sunt utilizate pentru încălzirea produselor cilindrice (tije, țevi) și încălzire indirectă pentru tratarea termică a produselor și materialelor, precum și pentru încălzirea semifabricatelor pentru forjare și ștanțare.
Încălzirea materialului sursă în cuptoarele cu rezistență electrică, de regulă, se realizează la o anumită temperatură (setată). Perioada de încălzire este urmată de o perioadă de menținere necesară pentru egalizarea temperaturii. Măsurarea temperaturii de încălzire și controlul cursei proces tehnologicîncălzirea poate fi efectuată vizual și automat folosind regulatoare automate conform metodei pornire și oprire (pornire și oprire periodică a cuptorului).
Figura 2 prezintă o schemă de circuit a controlului unui cuptor electric cu reglare on-off.
Figura 2 - Schema schematică a cuptorului cu control on-off
Schema prevede control manual și automat. Dacă comutatorul P pus în poziție 1 , atunci circuitul va fi setat la control manual, și poziția 2 comutatorul comută circuitul pe control automat. Pornirea și oprirea elementelor de încălzire NE produs de termostat TP, ale căror contacte, în funcție de temperatura din cuptor, închid sau deschid circuitul bobinei contactorului L direct sau prin releu intermediar RP. Temperatura de încălzire poate fi controlată prin schimbarea puterii cuptorului - comutarea încălzitoarelor de la un triunghi la o stea (Fig. 3, a), în timp ce puterea cuptorului este redusă cu un factor de trei, iar pentru cuptoarele monofazate, prin comutare. de la o conexiune paralelă a încălzitoarelor la una în serie (Fig. 3, b) .
Figura 3 - Circuit electric pentru comutarea încălzitoarelor cuptorului: a - de la un triunghi la o stea; b - de la paralel la serial
În cuptoarele cu rezistență electrică, materialele cu rezistivitate ridicată sunt folosite ca elemente de încălzire. Aceste materiale nu ar trebui să se oxideze, iar oxizii formați la suprafață nu ar trebui să spargă și să revină la fluctuațiile de temperatură.
Cuptoarele cu cameră sunt cele mai utilizate pentru încălzirea materiilor prime datorită versatilității lor; sunt realizate sub formă de cameră dreptunghiulară cu căptușeală refractară și izolație termică, acoperită cu o vatră și închisă într-o carcasă metalică. Cuptoarele din seria H sunt realizate cu încălzitoare cu bandă sau sârmă așezate pe rafturi ceramice. Cuptoarele de tip OKB-194 (Fig. 4 și Fig. 5) sunt realizate în două camere, camera superioară este echipată cu încălzitoare de carborundum, iar cea inferioară cu nicrom.
Figura 4 - Cuptor electric camera tip OKB-194: 1 - mecanism de ridicare a usii camerei superioare; 2 - role ale ușii camerei inferioare; 3 - izolatie termica; 4 - camera superioara; 5 - camera inferioară; 6 - placa de vatra
Instrucțiuni
Datele tehnice (pașaport) ale cuptorului electric, echipamentelor de control și monitorizare și instrumentelor electrice de măsură se înregistrează conform datelor tabelare ale echipamentului. În viitor, aceste informații ar trebui să fie reflectate în raportul de lucru. Datele tehnice ale echipamentului sunt parametrii lor nominali, prin urmare, în timpul funcționării, este necesar să se respecte curentul, tensiunea, puterea și alte valori specificate în pașapoarte.
Când vă familiarizați cu un cuptor cu rezistență electrică, ar trebui să acordați atenție designului său și aranjamentului elementelor de încălzire și amplasării acestora în cuptor. Se recomandă măsurarea rezistenței elementelor de încălzire cu un tester. Luați o schiță a dispozitivului de pornire, acordați atenție unității sale. Aflați ce regimuri de temperatură trebuie respectate în timpul tratamentului termic al materiei prime (pieselor) în timpul experimentului. Specificați ce instrumente vor măsura temperatura de încălzire, unde vor fi instalate termocuplurile. Schema de conectare electrică a cuptorului electric și a instrumentelor de măsură pentru experiment este prezentată în fig. 5.
Elevii trebuie să selecteze instrumentele electrice de măsură, echipamentele de control, să facă conexiunile necesare și, înainte de punerea în funcțiune a circuitului, să-l predea conducătorului clasei pentru verificare.
Figura 5 - Schema electrică schematică a cuptorului tip OKB-194: a - schema electrică; b - schema de funcționare a comutatorului universal UP
După verificarea schemei electrice și obținerea permisiunii și a instrucțiunilor de la șeful de lecție pentru tratarea termică a materialului sursă, elevii introduc materialul (piesele) sursă în dispozitivul de încărcare și pornesc cuptorul. În timpul experimentului, este necesar să se observe cu atenție citirile instrumentelor electrice și de măsurare a căldurii (ampermetru, voltmetru, wattmetru, dispozitiv de termocuplu secundar) și să se înregistreze citirile acestora la intervale regulate. Introduceți datele observațiilor și calculelor ulterioare în Tabelul 1. Când se atinge temperatura limită (în funcție de sarcină) și prezența regulatorului, temperatura va fi reglată. Este necesar să urmăriți modul în care funcționează regulatorul și să notați momentul întreruperii curentului. La sfârșitul experimentului, determinați consumul de energie și factorul de putere al instalației.
Consum A energie electrica este determinată de citirea contorului, iar în cazul în care este absentă în circuit, puteți utiliza valorile puterii R(după cum este indicat de wattmetru) și durată t lucrări:
A = Pt.(1)
Factorul de putere de instalare:
cosφ = Р/( UI).(2)
Tabelul 1 - Date experimentale
Raportul asupra lucrării este întocmit în forma specificată în Anexa 1. Raportul trebuie să conțină datele pașaportului aparatului și instrumentelor de măsură ale mașinii, să descrie pe scurt proiectarea cuptorului cu rezistență electrică, modul de tratare termică a materialului sursă, furnizați o schiță a dispozitivului de încărcare, amplasarea elementelor electrice de încălzire, schema de conectare electrică a dispozitivelor și aparatelor utilizate în experiment. Înregistrați rezultatele observațiilor și calculelor. Descrieți metode de control al temperaturii în timpul tratamentului termic. Răspunde la întrebări de securitate.
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 realizate trifazate și conectate la rețele cu o tensiune de 120, 380, 660 V direct sau prin transformatoare de cuptor. Factorul de putere al cuptoarelor cu rezistență este aproape de 1, distribuția sarcinii pe 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 acţionează mecanismele acţionărilor electrice, echipamente de comutare și protecţie a puterii, întrerupătoare, contactoare, demaroare magnetice, întrerupătoare de circuitși siguranțe.
Majoritatea cuptoarelor funcționează pe tensiune de rețea: nu au nevoie de transformatoare și autotransformatoare. Utilizarea transformatoarelor de cuptoare cu coborâre face posibilă creșterea curenților de funcționare și utilizarea conductorilor mai mari pentru fabricarea încălzitoarelor, ceea ce crește rezistența și fiabilitatea acestora,
Toate cuptoarele industriale cu rezistență funcționează în modul de control automat al temperaturii, ceea ce face posibilă conducerea puterii cuptorului cu regimul de temperatură necesar, iar acest lucru, la rândul său, duce la o scădere a consumului specific de energie în comparație cu controlul manual. Reglarea temperaturii de funcționare în cuptoarele cu rezistență electrică se realizează prin schimbarea puterii furnizate cuptorului.
Reglarea puterii de alimentare a cuptorului trebuie făcută în mai multe moduri: oprire periodică și conectare a cuptorului la rețea (reglare în două poziții); comutarea cuptorului de la stea la delta sau de la serie la paralel (reglare cu trei pozitii).
Cu control pozițional în două poziții (Fig. 4.40), este prezentată o diagramă funcțională de pornire a cuptorului, o schimbare a temperaturii și a puterii), temperatura în spațiul de lucru al EPS este controlată de termocupluri, termometre de rezistență și fotocelule. . Cuptorul este pornit de regulatorul de temperatură prin trimiterea unei comenzi către bobina comutatorului KV.
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 on-off:
EP - cuptor electric; B - comutator;
RT - regulator de temperatura; KV - bobina întrerupător;
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 permite reducerea puterii consumate din rețea.
Din punct de vedere energetic, această metodă de reglare este destul de eficientă, deoarece nu se dovedește a fi influență nocivă la reteaua de alimentare.
Reglarea puterii cuptorului prin schimbarea tensiunii de intrare ar trebui efectuată în mai multe moduri:
Aplicarea transformatoarelor de reglare și autotransformatoarelor cu reglare lină fără contact sub sarcină;
Utilizarea regulatorilor de potențial;
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 unor pierderi 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 consumul 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 este selectată pe baza inerției termice a cuptorului electric.
Există trei moduri de bază de control prin impuls al puterii consumate de la rețeaua de curent alternativ:
1. Reglarea impulsului la frecvența de comutare ( - frecvența curentului rețelei de alimentare) cu modificarea momentului deblocării 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 frecvență de comutare redusă (curbe c).
Prin intermediul controlului pulsului, este posibil să se obțină un control uniform al puterii pe o gamă largă, aproape fără pierderi suplimentare, asigurându-se că puterea consumată de cuptor și puterea furnizată din rețea se potrivesc.
Pe fig. 4.41 prezintă o diagramă a controlului puterii în impulsuri a cuptorului.
Orez. 4.41. Schema de control al puterii în impulsuri a 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.
