Studi tentang mode pengoperasian tungku hambatan listrik dan rangkaian kontrol listrik. Peralatan listrik tungku pemanas resistansi. Jenis thyristor berbeda satu sama lain.
Kontrol daya tungku resistensi
Ada 2 pendekatan yang berbeda secara mendasar terhadap pengendalian kekuasaan:
1) Kontrol berkelanjutan, di mana daya yang diperlukan dapat dimasukkan ke dalam tungku.
2) Kontrol langkah, di mana hanya serangkaian daya diskrit yang dapat dimasukkan ke dalam tungku.
Yang pertama membutuhkan pengaturan tegangan yang lancar pada pemanas. Pengaturan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan semua jenis penguat daya (generator, penyearah thyristor, EMU). Dalam praktiknya, yang paling umum adalah catu daya thyristor yang dibuat sesuai dengan rangkaian TRN. Regulator semacam itu didasarkan pada sifat-sifat thyristor yang terhubung ke rangkaian AC secara seri dengan resistansi aktif pemanas. Catu daya thyristor berisi thyristor yang terhubung back-to-back yang dilengkapi dengan SIFU.
 |
Pada metode kedua, tegangan pada pemanas diubah, membuat saklar di sirkuit daya tungku. Biasanya ada 2-3 tahap kemungkinan tegangan dan daya pemanas. Metode kontrol langkah dua posisi yang paling umum. Menurut metode ini, tungku terhubung ke jaringan pada daya pengenalnya, atau terputus sepenuhnya dari jaringan. Nilai yang diperlukan dari input daya rata-rata ke dalam tungku disediakan dengan mengubah rasio waktu hidup dan mati.
Suhu rata-rata di dalam tungku sesuai dengan daya rata-rata yang dimasukkan ke dalam tungku. Perubahan mendadak pada daya sesaat mengakibatkan fluktuasi suhu di sekitar tingkat rata-rata. Besarnya osilasi ini ditentukan oleh besarnya deviasi P MGNOV dari nilai rata-rata dan besarnya inersia termal tungku. Di sebagian besar tungku industri umum, inersia termal sangat besar sehingga fluktuasi suhu akibat kontrol langkah tidak melebihi akurasi pemeliharaan suhu yang diperlukan. Secara struktural, kontrol on-off dapat diberikan melalui kontaktor konvensional atau saklar thyristor. Sakelar thyristor berisi back-to-back
Ada juga sakelar tiga fase. Mereka menggunakan dua blok thyristor back-to-back yang dihubungkan secara paralel. Sirkuit daya sakelar tersebut dibuat sesuai dengan diagram berikut:Ada modifikasi saklar thyristor yang tidak menggunakan kontak sama sekali.
Sakelar thyristor lebih andal dibandingkan kontaktor, sakelar ini tahan percikan api dan ledakan, pengoperasiannya senyap, dan sedikit lebih mahal.
Kontrol langkah memiliki efisiensi mendekati 1, hingga M »1.
Kekuatan tungku hambatan listrik modern berkisar dari ratusan watt hingga beberapa megawatt.
Tungku dengan daya lebih dari 20 kW dibuat tiga fase dengan distribusi beban merata di seluruh fase dan dihubungkan ke jaringan 220, 380, 660 V secara langsung atau melalui trafo tungku (atau autotransformator).
Peralatan listrik yang digunakan pada tungku hambatan listrik meliputi 3 kelompok yaitu peralatan listrik tenaga, peralatan kendali dan instrumentasi.
Peralatan listrik tenaga meliputi
Trafo penurun daya dan trafo pengatur daya,
Penggerak listrik tenaga dari mekanisme bantu,
Peralihan daya dan peralatan pelindung.
Peralatan kendali mencakup stasiun kendali lengkap dengan peralatan switching. Sakelar, tombol, relai, sakelar batas, starter elektromagnetik, relai digunakan dalam desain biasa.
Instrumentasi meliputi instrumen (perangkat) untuk pengendalian, pengukuran dan pemberian sinyal. Biasanya ditampilkan pada perisai. Setiap tungku resistensi harus dilengkapi dengan bahan pirometri. Untuk tungku kecil yang tidak kritis, ini mungkin berupa termokopel dengan perangkat penunjuk; di sebagian besar tungku industri, kontrol suhu otomatis wajib dilakukan. Hal ini dilakukan dengan menggunakan instrumen yang mencatat suhu tungku.
Kebanyakan tungku hambatan listrik tidak memerlukan transformator daya.
Transformator pengatur dan autotransformator digunakan ketika tungku dibuat dengan elemen pemanas yang mengubah resistansinya tergantung pada suhu (tungsten, grafit, molibdenum), untuk menyalakan rendaman garam dan instalasi pemanas langsung.
Semua tungku ketahanan industri beroperasi dalam mode kontrol suhu otomatis. Peraturan suhu operasi V oven listrik resistensi dihasilkan dengan mengubah daya yang disuplai.
Pengaturan daya yang disuplai ke tungku bisa diskrit dan kontinyu.
Pada terpisah Metode regulasi berikut ini dimungkinkan:
Koneksi berkala dan pemutusan tungku pemanas hambatan listrik ke jaringan (regulasi on-off);
Mengalihkan elemen pemanas tungku dari "bintang" ke "segitiga", atau dari sambungan seri ke paralel (kontrol tiga posisi).
Kontrol dua posisi paling luas karena metodenya sederhana dan memungkinkan Anda mengotomatiskan prosesnya.
Menurut metode ini, tungku terhubung ke jaringan pada daya pengenalnya, atau terputus sepenuhnya dari jaringan. Nilai yang diperlukan dari input daya rata-rata ke dalam tungku disediakan dengan mengubah rasio waktu hidup dan mati.
Suhu rata-rata di dalam tungku sesuai dengan daya rata-rata yang dimasukkan ke dalam tungku. Perubahan mendadak pada daya sesaat mengakibatkan fluktuasi suhu di sekitar tingkat rata-rata. Secara struktural, kontrol on-off dapat diberikan melalui kontaktor konvensional atau saklar thyristor. Sakelar thyristor berisi thyristor back-to-back yang beroperasi dengan a=0.
Pada kontinu regulasi dengan lancar mengatur tegangan pada pemanas. Regulasi tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan semua jenis power amplifier. Dalam prakteknya, regulator tegangan thyristor adalah yang paling umum. Catu daya thyristor berisi thyristor back-to-back yang dilengkapi dengan SIFU.
Catu daya thyristor memiliki efisiensi tinggi (hingga 98%).
Ada 2 pendekatan yang berbeda secara mendasar terhadap pengendalian kekuasaan:
1) Kontrol berkelanjutan, di mana daya yang diperlukan dapat dimasukkan ke dalam tungku.
2) Kontrol langkah, di mana hanya serangkaian daya diskrit yang dapat dimasukkan ke dalam tungku.
Yang pertama membutuhkan pengaturan tegangan yang lancar pada pemanas. Pengaturan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan semua jenis penguat daya (generator, penyearah thyristor, EMU). Dalam praktiknya, yang paling umum adalah catu daya thyristor yang dibuat sesuai dengan rangkaian TRN. Regulator semacam itu didasarkan pada sifat-sifat thyristor yang dihubungkan dalam rangkaian arus bolak-balik secara seri dengan resistansi aktif pemanas. Catu daya thyristor berisi thyristor back-to-back yang dilengkapi dengan SIFU.
Sudut kendali a, dan oleh karena itu tegangan efektif pada beban, bergantung pada tegangan eksternal yang diterapkan pada sumber. Untuk mengurangi pengaruh mematikan tegangan suplai pada kondisi termal tungku, catu daya thyristor biasanya memberikan umpan balik negatif pada tegangan keluaran. Catu daya thyristor memiliki efisiensi tinggi (hingga 98%). Faktor daya bergantung pada kedalaman pengaturan tegangan keluaran secara linier, pada sudut kurang dari 0 - hingga M = 1, pada a = 180° hingga M = 0. Faktor daya ditentukan tidak hanya oleh pergeseran fasa tegangan dan harmonik pertama dari arus, tetapi juga berdasarkan nilai harmonik arus yang lebih tinggi. Oleh karena itu, penggunaan kapasitor kompensasi tidak memungkinkan adanya peningkatan M yang signifikan.
Pada metode kedua, tegangan pada pemanas diubah, membuat saklar di sirkuit daya tungku. Biasanya ada 2-3 tahap kemungkinan tegangan dan daya pemanas. Metode kontrol langkah dua posisi yang paling umum. Menurut metode ini, tungku terhubung ke jaringan pada daya pengenalnya, atau terputus sepenuhnya dari jaringan. Nilai yang diperlukan dari input daya rata-rata ke dalam tungku disediakan dengan mengubah rasio waktu hidup dan mati.
Suhu rata-rata di dalam tungku sesuai dengan daya rata-rata yang dimasukkan ke dalam tungku. Perubahan mendadak pada daya sesaat mengakibatkan fluktuasi suhu di sekitar tingkat rata-rata. Besarnya osilasi ini ditentukan oleh besarnya deviasi P MGNOV dari nilai rata-rata dan besarnya inersia termal tungku. Di sebagian besar tungku industri umum, besarnya inersia termal sangat besar sehingga fluktuasi suhu akibat kontrol langkah tidak melebihi akurasi pemeliharaan suhu yang diperlukan. Secara struktural, kontrol on-off dapat diberikan melalui kontaktor konvensional atau saklar thyristor. Sakelar thyristor berisi back-to-back
Ada juga sakelar tiga fase. Mereka menggunakan dua blok thyristor back-to-back yang dihubungkan secara paralel. Sirkuit daya sakelar tersebut dibuat sesuai dengan diagram berikut:
Ada modifikasi saklar thyristor yang tidak menggunakan kontak sama sekali.
Sakelar thyristor lebih andal dibandingkan kontaktor, sakelar ini tahan percikan api dan ledakan, pengoperasiannya senyap, dan sedikit lebih mahal.
Kontrol langkah memiliki efisiensi mendekati 1, hingga M »1.
- A) kesinambungan regulasi. Thyristor mengalihkan arus dalam beban pada frekuensi listrik (50 kali per detik), yang memungkinkan untuk mempertahankan suhu dengan akurasi tinggi dan dengan cepat merespons perubahan pengaruh yang mengganggu;
- B) tidak adanya kontak mekanis meningkatkan keandalan dan mengurangi biaya pemeliharaan dan pengoperasian;
- C) kemungkinan membatasi arus awal elemen pemanas listrik. Banyak tungku dicirikan oleh resistansi elemen pemanas yang rendah dalam keadaan dingin, sehingga arus awal bisa 10 kali atau lebih tinggi dari arus pengenal. Arus masuk hanya dapat dibatasi dengan menggunakan kontrol fase-pulsa thyristor.
R Regulator daya thyristor yang dikembangkan oleh Zvezda-Electronics LLC adalah perangkat multifungsi modern. Sistem kontrolnya dibangun pada prosesor sinyal digital kuat yang terus memantau secara real time jumlah besar sinyal kontrol. Ini memberikan sejumlah keunggulan dibandingkan peralatan serupa:
- konfigurasi fleksibel untuk semua jenis beban dan proses teknologi;
- indikasi yang jelas pada layar kristal cair;
- kompleks perlindungan dan diagnosis otomatis kesalahan yang dikembangkan;
- dukungan untuk dua metode kontrol thyristor - fase-pulsa dan numerik;
- mode stabilisasi yang tepat atau pembatasan arus;
- kemungkinan penerapan regulasi multi-zona;
- integrasi yang mudah ke dalam sistem kontrol proses otomatis.
Berkat ini, beberapa dapat dikembangkan solusi siap pakai untuk otomatisasi. Karena solusi ini didasarkan pada produk yang diproduksi secara massal, pembelian dan penerapan peralatan ini akan jauh lebih murah dibandingkan mengembangkan sistem otomasi yang dibuat khusus.
Contoh 1. Otomatisasi tungku listrik.
Untuk kontrol otomatis tungku, pengontrol PID TRM210-Shch1.IR digunakan. Sensor suhu dihubungkan ke input universalnya, elemen sensitifnya terletak di dalam oven listrik. Pengontrol PID mengukur suhu saat ini dan bekerja pada pengontrol thyristor dengan sinyal analog 4..20 mA. Dengan demikian, sistem kontrol dengan loop umpan balik suhu tertutup diterapkan. Output relai dari pengontrol PID dapat digunakan untuk sinyal alarm.
Contoh 2. Otomatisasi ruang pengering.
Proses pengeringan kayu diimplementasikan dengan menggunakan software controller TRM151-Shch1.IR.09. Perangkat bekerja pada input kontrol regulator thyristor dengan sinyal analog 4..20 mA dan, dengan demikian, mengatur daya, dan juga suhu di dalam ruangan, sedangkan output relai menyalakan kipas secara berkala, yang berkontribusi pada pengeringan lebih seragam. Pengontrol perangkat lunak TRM151 memungkinkan Anda melakukan proses pengeringan sesuai dengan berbagai program yang disusun oleh ahli teknologi, misalnya untuk jenis yang berbeda kayu - cemara, pinus, ek, dll.
Contoh 3. Otomatisasi sistem pemanas multi-zona.
Contoh yang menarik adalah sistem kendali pemanas inframerah, yang popularitasnya meningkat setiap tahun. Untuk tujuan ini, pengontrol PID multi-saluran TRM148 digunakan. Pemanas dihubungkan dalam konfigurasi bintang dengan kabel netral yang sama, sehingga menciptakan tiga loop kontrol independen. Setiap zona memiliki sensornya sendiri - D1, D2, D3 - yang mengambil pembacaan dari mana pengontrol PID menyesuaikan sinyal kontrol 4..20 mA untuk pengontrol thyristor, yang mengatur daya secara terpisah di setiap elemen pemanas.
Tentu saja, contoh-contoh ini tidak membatasi jangkauan masalah yang dapat diselesaikan dengan menggunakan regulator thyristor TRM. Misalnya, dimungkinkan untuk mengotomatiskan ruang ventilasi suplai, ruang pewarnaan, kontrol otomatis pemanas listrik dan ketel air panas dan banyak lagi.
1 Tujuan pekerjaan
1.1 Biasakan diri Anda dengan struktur tungku hambatan listrik, pemanas listrik, mode pengoperasian tungku listrik dan rangkaian kontrol listrik.
2 Perintah kerja
2.1 Catat data teknis (paspor) tungku listrik dan kelistrikan alat ukur.
2.2 Biasakan diri Anda dengan struktur tungku hambatan listrik dan tujuan masing-masing bagiannya.
2.3 Biasakan diri Anda dengan rangkaian listrik untuk mengontrol mode pengoperasian tungku hambatan listrik.
2.4 Merakit rangkaian listrik untuk percobaan.
2.5 Melakukan percobaan untuk menentukan indikator kinerja energi tungku hambatan listrik.
2.6 Membuat laporan tentang pekerjaan yang telah dilakukan.
3 Deskripsi pengaturan laboratorium
Instalasi laboratorium untuk membiasakan diri Anda dengan struktur, prinsip operasi, dan tujuan masing-masing bagian tungku hambatan listrik harus terdiri dari tungku hambatan listrik tipe ruang, model OKB-194A atau model N-15, dengan pemanas nichrome yang ditujukan untuk perlakuan panas logam dalam produksi individu dan skala kecil. Selain itu, harus ada bahan awal untuk perlakuan panas; Untuk melakukan ini, disarankan untuk menyiapkan bagian-bagian yang memerlukan pemrosesan tersebut. Parameter dasar kondisi suhu harus diketahui.
Termokopel dipasang di tungku listrik untuk mengontrol suhu. Instalasi harus memiliki perangkat untuk pengatur suhu otomatis dan memiliki seperangkat alat ukur dan pengatur suhu untuk memanaskan bahan sumber.
Di ruangan tempat kemacetan dilakukan, poster bergambar tungku listrik harus digantung berbagai jenis dan desain, diagram rangkaian listrik untuk mengendalikan instalasi pemanas hambatan listrik tungku listrik.
4 Singkat informasi teoretis
Tungku hambatan listrik, dimana energi listrik diubah menjadi panas melalui cairan atau padatan, ada tindakan langsung dan tidak langsung. DI DALAM oven langsung aksinya, benda yang dipanaskan terhubung langsung ke jaringan (Gbr. 1) dan dipanaskan oleh arus yang mengalir melaluinya.
Gambar 1 - Diagram skematik instalasi untuk pemanasan langsung benda kerja logam: 1 – benda kerja yang dipanaskan; 2 - transformator
DI DALAM tungku tidak langsung aksi, panas dilepaskan dalam elemen pemanas khusus dan ditransfer ke benda yang dipanaskan melalui radiasi, konduktivitas termal, atau konveksi. Tungku resistansi dan alat pemanas langsung digunakan untuk memanaskan produk silinder (batang, pipa), dan pemanasan tidak langsung untuk perlakuan panas terhadap produk dan bahan, serta untuk memanaskan benda kerja untuk penempaan dan pengecapan.
Pemanasan bahan sumber dalam tungku hambatan listrik, biasanya, dilakukan pada suhu (yang ditentukan) tertentu. Setelah periode pemanasan, ada periode penahanan yang diperlukan untuk menyamakan suhu. Pengukuran suhu pemanasan dan pemantauan kemajuan proses pemanasan dapat dilakukan secara visual dan otomatis menggunakan pengontrol otomatis dengan metode dua posisi (menyalakan dan mematikan tungku secara berkala).
Gambar 2 menunjukkan diagram rangkaian untuk mengendalikan tungku listrik dengan kontrol dua posisi.
Gambar 2 - Diagram skema tungku dengan kontrol on-off
Skema ini menyediakan kontrol manual dan otomatis. Jika saklar P letakkan pada posisinya 1 , maka sirkuit akan dikonfigurasi untuk kontrol manual, dan posisinya 2 saklar mengalihkan sirkuit ke kontrol otomatis. Menghidupkan dan mematikan elemen pemanas TIDAK dihasilkan oleh termostat dll, yang kontaknya, tergantung pada suhu di dalam tungku, menutup atau membuka sirkuit kumparan kontaktor L secara langsung atau melalui relai perantara Rp. Suhu pemanasan dapat diatur dengan mengubah daya tungku - dengan mengalihkan pemanas dari segitiga ke bintang (Gbr. 3, a), sedangkan daya tungku dikurangi tiga kali lipat, dan untuk tungku fase tunggal dengan beralih dari koneksi paralel pemanas secara seri (Gbr. 3, b).
Gambar 3 - Rangkaian listrik untuk mengganti pemanas tungku: a – dari segitiga ke bintang; b – dari paralel ke serial
Dalam tungku hambatan listrik, bahan dengan resistivitas tinggi digunakan sebagai elemen pemanas. Bahan-bahan ini tidak boleh teroksidasi, dan oksida yang terbentuk di permukaan tidak boleh pecah atau memantul karena fluktuasi suhu.
Tungku ruang paling banyak digunakan saat memanaskan bahan mentah karena keserbagunaannya; tungku ini dibuat dalam bentuk ruang persegi panjang dengan lapisan tahan api dan insulasi termal, ditutupi dengan bagian bawah dan ditutup dalam wadah logam. Tungku seri H dibuat dengan pemanas pita atau kawat yang ditempatkan di rak keramik. Tungku tipe OKB-194 (Gbr. 4 dan Gbr. 5) dibuat dengan dua ruang, ruang atas dilengkapi dengan pemanas karborundum, dan ruang bawah dengan pemanas nichrome.
Gambar 4 - Ruang tungku listrik tipe OKB-194: 1 – mekanisme untuk mengangkat pintu ruang atas; 2 – rol pintu ruang bawah; 3 – isolasi termal; 4 – ruang atas; 5 – ruang bawah; 6 – piring perapian
Data teknis (sertifikat) tungku listrik, peralatan kendali dan pemantauan serta alat ukur kelistrikan dicatat sesuai dengan data tabel peralatan tersebut. Kedepannya, informasi ini harus tercermin dalam laporan kerja. Data teknis peralatan adalah parameter nominalnya, oleh karena itu selama pengoperasian perlu mematuhi nilai arus, tegangan, daya, dan nilai lain yang ditentukan dalam paspor.
Saat membiasakan diri dengan tungku hambatan listrik, Anda harus memperhatikan desain dan susunan elemen pemanas serta lokasinya di dalam tungku. Disarankan untuk mengukur resistansi elemen pemanas menggunakan tester. Ambil sketsa perangkat boot, perhatikan drive-nya. Cari tahu kondisi suhu apa yang harus diperhatikan selama perlakuan panas bahan awal (bagian) selama percobaan. Tentukan instrumen apa yang akan mengukur suhu pemanasan dan di mana termokopel akan dipasang. Diagram kelistrikan sambungan tungku listrik dan alat ukur untuk melakukan percobaan ditunjukkan pada Gambar. 5.
Siswa harus memilih alat ukur listrik, peralatan kontrol, membuat sambungan yang diperlukan dan, sebelum mengoperasikan rangkaian, menyerahkan kepada pengawas pelajaran untuk verifikasi.
Gambar 5 - Diagram kelistrikan skema tungku tipe OKB-194: a – diagram kelistrikan; b – diagram pengoperasian saklar universal UP
Setelah memeriksa diagram kelistrikan sambungan dan memperoleh izin serta tugas dari pemimpin pelajaran untuk perlakuan panas bahan awal, siswa menempatkan bahan awal (bagian) ke dalam alat pemuatan dan menyalakan oven. Selama percobaan, perlu hati-hati mengamati pembacaan alat ukur listrik dan panas (ammeter, voltmeter, wattmeter, perangkat termokopel sekunder) dan mencatat pembacaannya secara berkala. Data hasil pengamatan dan perhitungan selanjutnya dimasukkan ke dalam Tabel 1. Apabila batas suhu tercapai (sesuai spesifikasi) dan terdapat pengatur maka suhu akan diatur. Penting untuk memantau bagaimana regulator beroperasi dan mencatat waktu ketika pasokan listrik terputus. Di akhir percobaan, tentukan konsumsi listrik dan faktor daya instalasi.
Konsumsi A energi listrik ditentukan oleh pembacaan meter, dan jika tidak ada di sirkuit, Anda dapat menggunakan nilai daya R(sesuai pembacaan wattmeter) dan durasi T bekerja:
A = Pt.(1)
Faktor daya instalasi:
cosφ = P/( UI).(2)
Tabel 1 - Data eksperimen
Laporan pekerjaan dibuat dalam bentuk yang ditentukan dalam Lampiran 1. Laporan tersebut harus memuat data paspor mesin, peralatan dan alat ukur, menjelaskan secara singkat desain tungku hambatan listrik, cara perlakuan panas bahan sumber. , berikan sketsa alat pemuatan, letak elemen pemanas listrik, diagram kelistrikan sambungan alat dan peralatan yang digunakan selama percobaan. Catatlah hasil pengamatan dan perhitungan. Jelaskan metode regulasi kondisi suhu selama perlakuan panas. Jawab pertanyaan keamanan.