Elektrik direnç fırını ve elektrik kontrol devresinin çalışma modlarının incelenmesi. Rezistanslı fırınların elektrik donanımı Tristör tipleri kendi aralarında farklılık gösterir
Direnç fırınlarının güç kontrolü
Güç yönetimine temel olarak 2 farklı yaklaşım vardır:
1) Fırına gerekli gücün verilebildiği sürekli kontrol.
2) Fırına sadece ayrı bir dizi kapasitenin girilebildiği adım kontrolü.
Birincisi, ısıtıcılar üzerinde düzgün voltaj regülasyonu gerektirir. Bu düzenleme herhangi bir tip güç amplifikatörü (jeneratör, tristör doğrultucu, EMU) kullanılarak gerçekleştirilebilir. Uygulamada, TRN şemasına göre yapılan tristör güç kaynakları en yaygın olanıdır. Bu gibi düzenleyiciler, ısıtıcının direnci ile seri olarak alternatif akım ile seri olarak bağlanan tristörlerin özelliklerine dayanır. Tristör güç kaynakları, SIFU ile donatılmış karşı paralel bağlı tristörler içerir.
 |
İkinci yöntemde, ısıtıcı üzerindeki voltaj değiştirilir ve fırının güç devreleri değiştirilir. Genellikle olası voltaj ve ısıtıcı gücünün 2-3 adımı vardır. Adım kontrolünün en yaygın iki konumlu yöntemi. Bu yönteme göre, fırın ya nominal gücünde ağa dahil edilir ya da ağdan tamamen ayrılır. Fırına verilen ortalama gücün gerekli değeri, açma ve kapama sürelerinin oranı değiştirilerek sağlanır.
Fırındaki ortalama sıcaklık, fırına verilen ortalama güce karşılık gelir. Anlık güçteki ani değişiklikler, ortalama seviyede sıcaklık dalgalanmalarına yol açar. Bu dalgalanmaların büyüklüğü, R MGNOV'un ortalama değerinden sapmaların büyüklüğü ve fırının termal ataletinin büyüklüğü ile belirlenir. Çoğu endüstriyel fırında, termal atalet o kadar büyüktür ki, adım kontrolü nedeniyle sıcaklık dalgalanması gerekli sıcaklık doğruluğunun ötesine geçmez. Yapısal olarak, iki konumlu kontrol, geleneksel bir kontaktör veya tristör anahtarı ile sağlanabilir. Tristör anahtarı karşı paralel içerir
Ayrıca üç fazlı anahtarlar da vardır. İki blok karşı paralel bağlı tristör kullanırlar. Bu tür anahtarların güç devreleri aşağıdaki gibi inşa edilir:Tristör anahtarlarında hiç kontak kullanmayan değişiklikler vardır.
Tristör anahtarları kontaktörlerden daha güvenilirdir, kıvılcım ve patlamaya dayanıklı, sessiz çalışır, biraz daha pahalıdır.
Kademe regülasyonunun 1, M "1'e yakın bir verimi vardır.
Modern elektrik direnç fırınlarının gücü yüzlerce watt'tan birkaç megawatt'a kadar değişmektedir.
20 kW'dan daha fazla kapasiteye sahip fırınlar, yükün fazlar arasında eşit dağılımıyla üç fazda gerçekleştirilir ve doğrudan 220, 380, 660 V şebekelerine veya fırın transformatörleri (veya ototransformatörler) aracılığıyla bağlanır.
Elektrik direnç fırınlarında kullanılan elektrikli ekipman 3 grup içerir: elektrikli elektrikli ekipman, kontrol ekipmanı ve enstrümantasyon.
Güç elektrikli ekipman şunları içerir
Güç düşürücü transformatörler ve regülasyonlu oto transformatörler,
Yardımcı mekanizmaların elektrik güç tahrikleri,
Güç anahtarlama ve koruyucu ekipman.
Kontrol ekipmanı, anahtarlama ekipmanına sahip komple kontrol istasyonlarını içerir. Anahtarlar, düğmeler, röleler, limit anahtarlar, elektromanyetik yol vericiler, röleler her zamanki gibi kullanılır.
Enstrümantasyon (kontrol) cihazları, izleme, ölçme ve sinyalizasyon cihazları enstrümantasyon ile ilgilidir. Genellikle kalkan üzerinde yapılır. Her direnç fırını pirometrik malzemelerle donatılmalıdır. Kritik olmayan küçük fırınlar için, bu bir işaretleme cihazına sahip bir termokupl olabilir, çoğu endüstriyel fırında otomatik sıcaklık kontrolü gereklidir. Fırının sıcaklığını kaydeden aletler kullanılarak gerçekleştirilir.
Çoğu elektrikli rezistans fırınının güç transformatörüne ihtiyacı yoktur.
Düzenleyici transformatörler ve ototransformerler, fırın, tuz banyoları ve doğrudan ısıtma üniteleri tedarik etmek için sıcaklığa (tungsten, grafit, molibden) bağlı olarak dirençlerini değiştiren ısıtma elemanları ile yapıldığında kullanılır.
Tüm endüstriyel direnç fırınları otomatik sıcaklık kontrol modunda çalışır. Bir elektrikli direnç fırında çalışma sıcaklığının düzenlenmesi, giriş gücü değiştirilerek yapılır.
Fırına verilen gücün düzenlenmesi ayrık ve sürekli.
en ayrık Düzenleme için aşağıdaki yöntemler mümkündür:
Elektrikli rezistanslı ısıtma fırınının ağa periyodik olarak bağlanması ve sökülmesi (açma-kapama düzenlemesi);
Fırının ısıtma elemanlarının bir "yıldızdan" bir "üçgene" veya bir seri bağlantıdan bir paralele (üç konumlu düzenleme) geçiş yapılması.
En yaygın olanı açma-kapama düzenlemesidir, çünkü yöntem basittir ve süreci otomatikleştirmenize izin verir.
Bu yönteme göre, fırın ya nominal gücünde ağa dahil edilir ya da ağdan tamamen ayrılır. Fırına verilen ortalama gücün gerekli değeri, açma ve kapama sürelerinin oranı değiştirilerek sağlanır.
Fırındaki ortalama sıcaklık, fırına verilen ortalama güce karşılık gelir. Anlık güçteki ani değişiklikler, ortalama seviyede sıcaklık dalgalanmalarına yol açar. Yapısal olarak, iki konumlu kontrol, geleneksel bir kontaktör veya tristör anahtarı ile sağlanabilir. Tristör anahtarı, a \u003d 0 ile çalışan karşı paralel bağlı tristörler içerir.
en sürekli regülasyonu ısıtıcılar üzerindeki voltajın düzgün bir regülasyonu vardır. Bu düzenleme, her türlü güç amplifikatörü kullanılarak gerçekleştirilebilir. Uygulamada, tristör voltaj regülatörleri en yaygın olanıdır. Tristör güç kaynakları, SIFU ile donatılmış karşı paralel bağlı tristörler içerir.
Tristör güç kaynakları yüksek verimliliğe sahiptir (% 98'e kadar).
Güç yönetimine temel olarak 2 farklı yaklaşım vardır:
1) Fırına gerekli gücün verilebildiği sürekli kontrol.
2) Fırına sadece ayrı bir dizi kapasitenin girilebildiği adım kontrolü.
Birincisi, ısıtıcılar üzerinde düzgün voltaj regülasyonu gerektirir. Bu düzenleme herhangi bir güç amplifikatörü (jeneratör, tristör doğrultucu, EMU) kullanılarak yapılabilir. Uygulamada, TRN şemasına göre yapılan tristör güç kaynakları en yaygın olanıdır. Bu gibi düzenleyiciler, ısıtıcının direnci ile seri olarak alternatif akımla seri olarak bağlanan tristörlerin özelliklerine dayanır. Tristör güç kaynakları, SIFU ile donatılmış karşı paralel bağlı tristörler içerir.
Kontrol açısı a ve dolayısıyla yükteki etkin voltaj, kaynağa sağlanan harici voltaja bağlıdır. Besleme voltajının kesilmesinin fırının termal rejimi üzerindeki etkisini azaltmak için, tristör güç kaynakları genellikle çıkış voltajı hakkında olumsuz geri bildirim sağlar. Tristör güç kaynakları yüksek verimliliğe sahiptir (% 98'e kadar). Güç faktörü, çıkış voltajının doğrusal olarak, 0 - ila M \u003d 1'den daha az bir açıda, \u003d 180 ° ila M \u003d 0 arasında bir düzenleme derinliğine bağlıdır. Güç faktörü, sadece voltajın faz kayması ve akımın ilk harmoniği ile değil, aynı zamanda akımın daha yüksek harmoniklerinin büyüklüğü ile de belirlenir. . Bu nedenle, dengeleyici kapasitörlerin kullanımı M'de önemli bir artışa izin vermez.
İkinci yöntemde, ısıtıcı üzerindeki voltaj değiştirilir ve fırının güç devreleri değiştirilir. Genellikle olası voltaj ve ısıtıcı gücünün 2-3 adımı vardır. Adım kontrolünün en yaygın iki konumlu yöntemi. Bu yönteme göre, fırın ya nominal gücünde ağa dahil edilir ya da ağdan tamamen ayrılır. Fırına verilen ortalama gücün gerekli değeri, açma ve kapama sürelerinin oranı değiştirilerek sağlanır.
Fırındaki ortalama sıcaklık, fırına verilen ortalama güce karşılık gelir. Anlık güçteki ani değişiklikler, ortalama seviyede sıcaklık dalgalanmalarına yol açar. Bu dalgalanmaların büyüklüğü, R MGNOV'un ortalama değerinden sapmaların büyüklüğü ve fırının termal ataletinin büyüklüğü ile belirlenir. Çoğu endüstriyel fırında, termal atalet o kadar büyüktür ki, adım adım kontrol nedeniyle sıcaklık dalgalanmaları, gerekli sıcaklık bakımı doğruluğunun ötesine geçmez. Yapısal olarak, iki konumlu kontrol, geleneksel bir kontaktör veya tristör anahtarı ile sağlanabilir. Tristör anahtarı karşı paralel içerir
Ayrıca üç fazlı anahtarlar da vardır. İki blok karşı paralel bağlı tristör kullanırlar. Bu tür anahtarların güç devreleri aşağıdaki şemaya göre inşa edilmiştir:
Tristör anahtarlarında hiç kontak kullanmayan değişiklikler vardır.
Tristör anahtarları kontaktörlerden daha güvenilirdir, kıvılcım ve patlamaya dayanıklı, sessiz çalışır, biraz daha pahalıdır.
Kademe regülasyonunun 1, M "1'e yakın bir verimi vardır.
- A) düzenlemenin sürekliliği. Tristörler, yükteki akımı ağ frekansıyla (saniyede 50 kez) değiştirir, bu da sıcaklığı yüksek doğrulukla korumanıza ve rahatsız edici etkilerdeki değişikliklere hızlı bir şekilde yanıt vermenize olanak tanır;
- B) mekanik kontakların olmaması güvenilirliği arttırır ve bakım ve işletme maliyetini azaltır;
- C) elektrikli ısıtma elemanlarının başlangıç \u200b\u200bakımlarını sınırlama olasılığı. Birçok fırın, soğuk durumda ısıtma elemanlarının düşük direnci ile karakterize edilir, bu nedenle ani akımlar nominalin 10 veya daha fazla katı olabilir. Demeraj akımları sadece tristörlerin faz darbe kontrolü yardımıyla sınırlandırılabilir.
P zvezda-Electronics LLC tarafından geliştirilen tristör güç kontrolörü modern çok fonksiyonlu bir cihazdır. Kontrol sistemi, çok sayıda kontrol sinyalini gerçek zamanlı olarak sürekli olarak izleyen güçlü bir dijital sinyal işlemcisi üzerine kurulmuştur. Bu, benzer ekipmanlara göre çeşitli avantajlara yol açar:
- her türlü yük ve işlem için esnek konfigürasyon;
- sıvı kristal ekranda görsel gösterge;
- gelişmiş koruma ve arızaların kendi kendine teşhis kompleksi;
- iki tristör kontrol yöntemi için destek - faz-darbe ve sayısal;
- doğru stabilizasyon veya akım sınırlama modları;
- çok bölgeli yönetmeliğin uygulanması olasılığı;
- endüstriyel kontrol sistemlerine kolay entegrasyon.
Bu sayede otomasyon için çeşitli anahtar teslim çözümler geliştirmek mümkün oldu. Bu çözümler seri üretilen ürünlere dayandığı için, bu ekipmanın satın alınması ve uygulanması, ısmarlama otomasyon sistemlerinin geliştirilmesinden önemli ölçüde daha az maliyetli olacaktır.
Örnek 1. Bir elektrikli fırının otomasyonu.
Fırının otomatik kontrolü için, TPM210-Shch1.IR PID kontrolörü kullanılır. Hassas girişi elektrikli fırının içinde bulunan evrensel girişine bir sıcaklık sensörü bağlanır. PID kontrolörü mevcut sıcaklığı ölçer ve tristör kontrolörü üzerinde analog 4..20 mA sinyali ile çalışır. Böylece sıcaklık için kapalı devre kontrol sistemi uygulanır. PID röle çıkışı alarmlar için kullanılabilir.
Örnek 2. Kurutma odasının otomasyonu.
TPM151-Shch1 yazılım aracı kullanılarak IR.09 odun kurutma işlemi gerçekleştirilir. Cihaz, analog 4..20 mA sinyali ile tristör regülatörünün kontrol girişine etki eder ve böylece gücü ve dolayısıyla oda içindeki sıcaklığı düzenlerken, röle çıkışı periyodik olarak fanı düzenli olarak kurutur ve bu da daha düzgün kurumaya katkıda bulunur. TPM151 yazılım ayar noktası, kurutma işleminin teknoloji uzmanı tarafından derlenen çeşitli programlara göre, örneğin farklı ağaç türleri için ladin, çam, meşe vb.
Örnek 3. Çok bölgeli bir ısıtma sisteminin otomasyonu.
İlginç bir örnek, popülaritesi her yıl artan kızılötesi ısıtıcı kontrol sistemidir. Bunun için çok kanallı PID kontrolörü TPM148 kullanılır. Isıtıcılar, "bağımsız" şemaya göre üç bağımsız kontrol döngüsü oluşturan ortak bir nötr tel ile bağlanır. Her bölgenin kendi sensörü - D1, D2, D3 - PID kontrolörünün, tristör kontrolörü için 4..20 mA kontrol sinyallerini düzelttiği ve her bir ısıtma elemanındaki gücü ayrı ayrı kontrol eden okumaları vardır.
Elbette, bu örnekler, tristör regülatörü TRM'nin yardımıyla çözülebilecek görevlerle sınırlı değildir. Belki de, örneğin, havalandırma havalandırma odalarının, boyama odalarının otomasyonu, ısıtma ve sıcak su temini için elektrikli kazanların otomatik kontrolü ve çok daha fazlası.
1 Çalışmanın amacı
1.1 Bir elektrikli direnç fırını, elektrikli ısıtıcılar, elektrikli fırının çalışma modu ve elektrik kontrol devresi ile tanışmak.
2 Prosedür
2.1 Elektrikli fırın ve elektrikli ölçüm cihazlarının teknik (pasaport) verilerini kaydedin.
2.2 Bir elektrikli rezistans fırını tasarımı ve parçalarının amacı hakkında bilgi edinin.
2.3 Elektrikli direnç fırınının elektrik devresi kontrol modlarını tanıyın.
2.4 Deney için elektrik devresini monte edin.
2.5 Bir elektrik direnç fırınının enerji performansını belirlemek için bir deney yapmak.
2.6 Yapılan çalışmalar hakkında bir rapor hazırlar.
3 Laboratuvar kurulumunun açıklaması
Cihazı, çalışma prensibini ve elektrik direnç fırınının ayrı parçalarının amacını tanımak için, laboratuvar tesisatı, oda tipi model OKB-194A veya N-15 modelinin, bireysel ve küçük ölçekli üretimde metallerin ısıl işlemi için tasarlanmış nikrom ısıtıcıları olan bir elektrikli direnç fırını içermelidir. Ek olarak, ısıl işlem için bir başlangıç \u200b\u200bmalzemesi olmalıdır; Bunu yapmak için, bu tür bir işlem gerektiren parçaların tedarik edilmesi önerilir. Sıcaklık koşullarının temel parametreleri bilinmelidir.
Termokupllar sıcaklığı kontrol etmek için elektrikli bir fırına yerleştirilir. Kurulumda otomatik sıcaklık kontrolü için bir cihaz bulunmalı ve kaynak malzemenin ısıtılması için bir dizi ölçüm cihazı ve sıcaklık kontrol cihazı bulunmalıdır.
Reçellerin yapıldığı odaya, çeşitli tipte ve tasarımlarda elektrikli fırınların imajı ile posterler, elektrikli fırın dirençli ısıtma tesisatlarını kontrol etmek için elektrik devre şemaları asılmalıdır.
4 Kısa teorik bilgiler
Elektrik enerjisinin sıvı veya katı cisimler yoluyla ısıya dönüştürüldüğü elektrik direnç fırınları doğrudan ve dolaylıdır. doğrudan fırınlar hareket halinde, ısıtılmış gövde doğrudan ağa bağlanır (Şekil 1) ve içinden akan akım tarafından ısıtılır.
Şekil 1 - Bir metal kütüğün doğrudan ısıtılmasının kurulumunun şematik diyagramı: 1 - ısıtılmış kütük; 2 - transformatör
dolaylı fırınlarisının etkisi özel ısıtma elemanlarında serbest bırakılır ve radyasyon, ısı iletimi veya konveksiyon ile ısıtılmış gövdeye aktarılır. Direnç fırınları ve doğrudan ısıtma cihazları, silindirik ürünleri (çubuklar, borular) ısıtmak ve ürünlerin ve malzemelerin ısıl işlemi için dolaylı ısıtmanın yanı sıra dövme ve damgalama için iş parçalarını ısıtmak için kullanılır.
Kaynak malzemenin elektrik direnç fırınlarında ısıtılması, kural olarak, belirli (önceden belirlenmiş) bir sıcaklığa kadar gerçekleştirilir. Isıtma döneminden sonra, sıcaklığı eşitlemek için tutma süresi gereklidir. Isıtma sıcaklığının ölçümü ve ısıtma işleminin ilerlemesinin izlenmesi, açma-kapama yöntemine (fırının periyodik olarak açılması ve kapatılması) göre otomatik kontrolörler kullanılarak görsel ve otomatik olarak yapılabilir.
Şekil 2, açma-kapama kontrollü bir elektrikli fırının kontrolünün devre şemasını gösterir.
Şekil 2 - Açma-kapama kontrollü fırının şematik diyagramı
Şema manuel ve otomatik kontrol sağlar. Eğer anahtar P pozisyon koymak 1 , sonra devre manuel kontrole ve konuma ayarlanacaktır 2 anahtarı devreyi otomatik kontrole geçirir. Isıtma elemanlarının açılması ve kapatılması NE bir sıcaklık regülatörü tarafından yapılır TPFırındaki sıcaklığa bağlı olarak kontakları kontaktör bobin devresini kapatan veya açan L doğrudan veya bir ara röle aracılığıyla RP. Isıtma sıcaklığı, fırın gücü - ısıtıcıların bir üçgenden bir yıldıza çevrilmesiyle (Şekil 3, a), fırın gücü üç kez azaltıldığında ve tek fazlı fırınlar için, ısıtıcıların paralel bağlantısından seriye geçilmesiyle düzenlenebilir (Şekil 3, b) .
Şekil 3 - Fırın ısıtıcılarını değiştirmek için elektrik devresi: a - bir üçgenden bir yıldıza; b - paralelden seriye
Elektrik dirençli fırınlarda, yüksek dirençli malzemeler ısıtma elemanları olarak kullanılır. Bu malzemeler oksitlenmemeli ve yüzeyde oluşan oksitler sıcaklık değiştiğinde patlamamalı ve sıçramamalıdır.
Oda fırınları, çok yönlülükleri nedeniyle başlangıç \u200b\u200bmalzemelerini ısıtırken en büyük dağılımı elde etti; refrakter astarlı ve ısı yalıtımlı dikdörtgen bir oda şeklinde gerçekleştirilir, bir ocakla kaplanır ve bir metal kasaya kapatılır. H Serisi fırınlar, seramik raflara yerleştirilmiş bant veya tel ısıtıcılarla yapılır. OKB-194 tipi fırınlar (Şekil 4 ve Şekil 5) iki odacıklı olarak üretilir, üst odacık karborundum ısıtıcılarla donatılmıştır ve alt oda nikromodur.
Şekil 4 - OKB-194 tipi hazneli elektrikli fırın: 1 - üst haznenin kapısını kaldırma mekanizması; 2 - alt bölmenin kapısının silindirleri; 3 - ısı yalıtımı; 4 - üst oda; 5 - alt oda; 6 - ocak plakası
metodik talimatlar
Elektrikli fırın, kontrol ekipmanı, kontrol ve elektrikli ölçüm cihazlarının teknik (pasaport) verileri, ekipmanın tablo verilerine göre kaydedilir. Gelecekte, bu bilgiler çalışma raporuna yansıtılmalıdır. Ekipmanın teknik verileri nominal parametreleridir, bu nedenle çalışma sırasında pasaportlarda belirtilen akım, voltaj, güç ve diğer değerlere uymak gerekir.
Bir elektrikli direnç fırını hakkında bilgi verirken, ısıtma elemanlarının tasarımına ve düzenine ve bunların fırındaki konumlarına dikkat etmelisiniz. Bir test cihazı kullanarak ısıtma elemanlarının direncini ölçmeniz önerilir. Önyükleme aygıtının bir taslağını alın, sürücüsüne dikkat edin. Deney sırasında kaynak malzemenin (parçaların) ısıl işlemi sırasında hangi sıcaklık koşullarına uyulması gerektiğini öğrenin. Termokuplların monte edileceği ısıtma sıcaklığını hangi cihazların ölçeceğini açıklığa kavuşturun. Elektrikli fırının bağlantılarının elektriksel şeması ve deneyi yürütmek için ölçüm cihazları Şek. 5.
Öğrenciler elektrikli ölçüm cihazlarını seçmeli, ekipmanı kontrol etmeli, gerekli bağlantıları yapmalı ve devreyi açmadan önce denetleyici sınıflarını doğrulama için vermelidir.
Şekil 5 - OKB-194 fırın tipinin şematik diyagramı: a - elektrik diyagramı; b - üniversal anahtar YUKARI
Elektrik bağlantı şemasını kontrol ettikten ve kaynak malzemeyi ısıl işlemek için dersin başından izin ve ödev aldıktan sonra, öğrenciler kaynak malzemeyi (parçaları) yükleme cihazına koyar ve fırını açar. Deney sırasında, elektrikli ve ısı ölçüm cihazlarının (ampermetre, voltmetre, wattmetre, ikincil termokupl cihazı) okumalarını dikkatlice izlemek ve okumalarını düzenli aralıklarla kaydetmek gerekir. Tablo 1'deki gözlem verilerini ve sonraki hesaplamaları gözlemleyin. Sıcaklık sınırına (atamaya göre) ve bir kontrolörün kullanılabilirliğine ulaşıldığında, sıcaklık kontrolü yapılacaktır. Regülatörün nasıl çalıştığını izlemek ve bir elektrik kesintisinin zamanını fark etmek gerekir. Deneyin sonunda, tesisatın enerji tüketimini ve güç faktörünü belirleyin.
tüketim bir elektrik enerjisi sayaç okuması ile belirlenir ve devrede olmadığında güç değerlerini kullanabilirsiniz P (wattmetre ile gösterildiği gibi) ve süre t Şirket:
A \u003d Pt.(1)
Birim Güç Faktörü:
cosφ \u003d P / ( UI).(2)
Tablo 1 ve Veri deneyleri
İşle ilgili rapor Ek 1'de belirtilen formda derlenmiştir. Rapor, makine aparatının ve ölçüm cihazlarının pasaport verilerini sağlamalı, elektrik direnç fırınının tasarımını, kaynak malzemenin ısıl işlemini, yükleme cihazının bir taslağını, elektrikli ısıtma elemanlarının yerini, cihazların elektrik bağlantı şemasını ve deney sırasında kullanılan aparat. Gözlemlerin ve hesaplamaların sonuçlarını kaydedin. Isıl işlem sürecinde sıcaklık koşullarını düzenleme yöntemlerini açıklar. Kontrol sorularını cevaplayın.