Tristör kontrollü elektrikli ısıtma fırını devresi. Yarov V. M. Elektrik Direnç Fırınlarının Güç Kaynakları Eğitimi

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, ısıtıcılarda 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.

V. Krylov

Şu anda, tristörler otomatik kontrol, alarm ve kontrol için çeşitli cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Tristör, iki kararlı durum ile karakterize edilen kontrollü bir yarı iletken diyottur: tristörün doğrudan direnci çok küçük olduğunda ve devresindeki akım esas olarak güç kaynağının voltajına ve yük direncine bağlıdır ve doğrudan direnci büyüktür ve akım miliamper birimleri olduğunda kapalıdır .

Şek. Şekil 1, OA bölümünün tristörün kapalı durumuna karşılık geldiği ve BV bölümünün açık duruma karşılık geldiği tiristörün tipik bir akım voltaj karakteristiğini gösterir.

Negatif voltajlarda, tristör normal bir diyot (OD bölümü) gibi davranır.

Kontrol elektrodu akımında kapalı tristör üzerindeki ileri gerilimi sıfıra eşit arttırırsanız, U açık değerine ulaşıldığında tristör açılır. Bir tirotörün bu şekilde değiştirilmesine anot değişimi denir. Bu durumda tristörün çalışması, kontrolsüz bir yarı iletken dört katmanlı diyotun (bir dynistor) çalışmasına benzer.

Bir kontrol elektrodunun varlığı, tristörü Uvcl'den daha düşük bir anot voltajında \u200b\u200baçmanıza izin verir. Bunu yapmak için, kontrol akımını I kontrol elektrot - katot devresinden geçirmek gerekir. Bu durum için tristörün akım-voltaj karakteristiği Şek. 1 noktalı çizgi. Tristörü açmak için gereken minimum kontrol akımına doğrultma akımı Ispr denir. Doğrultma akımı yüksek sıcaklığa bağlıdır. Referans kitaplarda, belirli bir anot voltajında \u200b\u200bbelirtilmiştir. Eğer kontrol akımı süresince anot akımı kapatma akımı I kapalı değerini aşarsa, tristör kontrol akımının bitiminden sonra bile açık kalacaktır; bu olmazsa, tristör tekrar kapanacaktır.

Tristör anodunda negatif voltaj olduğunda, kontrol elektroduna voltaj beslemesine izin verilmez. Ayrıca kontrol elektrodu üzerindeki negatif, kontrol elektrodunun ters akımının birkaç miliamperi aştığı negatif (katoda göre) voltajdır.

Açık bir tristör, ancak anot akımını kapalı olduğumdan daha düşük bir değere düşürerek kapalı duruma getirilebilir. DC cihazlarda, bu amaç için özel sönümleme zincirleri kullanılır ve bir AC devresinde, anot akımı sıfıra geçtiğinde tristör bağımsız olarak kapanır.

AC devrelerinde tristörlerin en yaygın kullanımının nedeni budur. Aşağıda tartışılan tüm devreler yalnızca AC devresindeki tristörler ile ilgilidir.

Tristörün güvenilir çalışmasını sağlamak için kontrol voltajı kaynağı belirli gereksinimleri karşılamalıdır. Şek. Şekil 2, kontrol voltajı kaynağının eşdeğer devresini göstermektedir; Şekil 3, yük hattı için gereksinimleri belirlemek için bir grafiktir.

Grafikte, A ve B çizgileri, tiristörün giriş akım-voltaj karakteristiklerinin saçılma bölgesini sınırlar; bunlar, voltajın kontrol elektrodu Uy'a bu elektrot Iu'nun akımına açık bir anot devresi ile olan bağımlılıklarıdır. B hattı, bu tip tristörlerin minimum sıcaklıkta açıldığı minimum UU gerilimini belirler. Doğrudan this bu tip tristörleri minimum sıcaklıkta açmak için yeterli minimum akımı belirler. Her bir tristör, girdi özelliğinde belirli bir noktada açılır. Gölgeli alan, bu tür tüm tristörler için teknik özellikleri karşılayan bu noktaların geometrik konumudur. D ve E düz çizgileri sırasıyla Uy ve akım Iy'nin izin verilen maksimum değerlerini ve K eğrisini kontrol elektrodunda harcanan gücün izin verilen maksimum değeri belirler. Kontrol sinyalinin kaynağının yük hattı A, Eu.xx kaynağının açık devre voltajını ve kısa devre akımını Iу.кз \u003d Еу.хх / Rinternal'ı tanımlayan noktalardan çekilir; burada Rinternal, kaynağın iç direncidir. Yük teli A'nın seçilen tristörün giriş karakteristiği (eğri M) ile kesişim noktası S, gölgeli alan ile A, D, K, E ve B çizgileri arasında kalan alanda olmalıdır.

Bu alana tercih edilen açılış alanı denir. Yatay çizgi H, bu tip tristörün izin verilen maksimum sıcaklıkta açılmadığı kontrol geçişindeki en yüksek voltajı belirler. Bu nedenle, bir voltun onda birinin bu değeri, tristör kontrol devresindeki girişim voltajının izin verilen maksimum genliğini belirler.

Tristör açıldıktan sonra kontrol devresi durumunu etkilemez, bu nedenle tristör, kontrol devresini basitleştiren ve kontrol elektrodunda harcanan gücü azaltan kısa süreli (onlarca veya yüzlerce mikrosaniye) darbelerle kontrol edilebilir. Bununla birlikte, darbe süresi, anot akımını, yükün farklı bir doğası ve tristörün çalışma modu ile kapatma akımını I aşan bir değere yükseltmek için yeterli olmalıdır.

AC devrelerinde tristörlerin çalışması sırasında kontrol cihazlarının karşılaştırmalı basitliği, bu cihazların voltaj stabilizasyonu ve regülasyon cihazlarında düzenleyici elemanlar olarak yaygın şekilde kullanılmasına yol açmıştır. Yükteki voltajın ortalama değeri, daha sonra kontrol sinyalinin besleme anının (yani fazının) besleme voltajının yarım döngüsünün başlangıcına göre değiştirilmesiyle düzenlenir. Bu tür devrelerdeki kontrol darbesi tekrar oranı, ağ frekansı ile senkronize edilmelidir.

Genlik, faz ve faz darbeli olanların not edilmesi gereken tristörleri kontrol etmek için çeşitli yöntemler vardır.

Genlik kontrol yöntemi, tristör kontrol elektroduna büyüklük olarak değişen pozitif bir voltaj uygulanmasından oluşur. Tristör, bu voltajın doğrultma akımının kontrol geçişinden akması için yeterli hale geldiği anda açılır. Kontrol elektrodundaki voltajı değiştirerek, tristörün açılma momentini değiştirebilirsiniz. Bu prensip üzerine inşa edilmiş en basit voltaj regülatörü devresi Şek. 4.

Burada, tristörün anot voltajının bir kısmı, yani ağın pozitif yarım döneminin voltajı, burada kontrol voltajı olarak kullanılır. Direnç R2, tristörün D1 açılma süresini ve dolayısıyla yükteki voltajın ortalama değerini değiştirir. Tam olarak yerleştirilmiş bir direnç R2 ile yük gerilimi minimumdur. Diyot D2, tristör kontrol geçişini ters voltajdan korur. Kontrol devresinin doğrudan ağa bağlı değil, tristöre paralel olduğuna dikkat edilmelidir. Bu, açık tristörün kontrol devresini şönter etmesi ve elemanlarında gereksiz güç kaybını önlemek için yapılır.

Bu cihazın ana dezavantajları, voltajın yük üzerindeki sıcaklığa güçlü bir şekilde bağımlı olması ve tristörün her bir örneği için ayrı ayrı direnç seçimidir. Birincisi tristörlerin doğrultma akımının sıcaklığa bağlılığından, ikincisi de giriş özelliklerinin geniş yayılmasından kaynaklanmaktadır. Ek olarak, cihaz tristörün açılma süresini sadece şebeke voltajının pozitif yarım döneminin ilk yarısında ayarlayabilir.

Devresi Şekil l'de gösterilen kontrol cihazı. 5, kontrol aralığını 180 ° genişletmenize ve tristörün doğrultucu köprünün diyagonaline dahil edilmesine izin verir - şebeke voltajının her iki yarısı için yükteki voltajı düzenlemek için.

C1 kapasitörü, R1 ve R2 dirençleri aracılığıyla, doğrultma akımına eşit bir akımın tristör kontrol geçişinden aktığı bir voltaja yüklenir. Bu durumda, tristör akımı yükten geçirerek açılır. Bir kapasitörün varlığı nedeniyle, yükteki voltaj sıcaklık dalgalanmalarına daha az bağımlıdır, ancak yine de aynı dezavantajlar bu cihaza özgüdür.

Bir faz kaydırma köprüsü kullanarak tristörlerin kontrol edilmesine yönelik faz yöntemi ile, kontrol voltajının fazı, tristör anodundaki voltaja göre değiştirilir. Şek. Şekil 6, yük boyunca voltajın köprünün kollarından birine dahil edilen bir direnç R2 tarafından voltajın tristör kontrol geçişine uygulandığı bir direnç R2 tarafından değiştirildiği bir yarım dalga voltaj regülatörünün bir diyagramıdır.

III kontrol sargısının her bir yarısındaki voltaj yaklaşık 10 V olmalıdır. Transformatörün geri kalan parametreleri voltaj ve yük gücü ile belirlenir. Faz kontrol yönteminin ana dezavantajı, kontrol voltajının küçük dikliğidir, bu nedenle tristörün açılma momentinin stabilitesi yüksek değildir.

Tristörleri kontrol etmek için faz-darbe yöntemi öncekinden farklıdır, çünkü tristörün açılma momentinin doğruluğunu ve stabilitesini arttırmak için kontrol elektroduna dik bir ön voltaj gerilimi sağlanır. Bu yöntem şu anda en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu yöntemi uygulayan programlar çok çeşitlidir.

Şek. Şekil 7, bir tristörün kontrol edilmesi için bir faz-darbe yöntemi kullanan en basit cihazlardan birinin bir diyagramını göstermektedir.

Tristörün D3 anodunda pozitif bir voltaj ile, C1 kapasitörü bir diyot D1 ve değişken bir direnç R1 aracılığıyla yüklenir. Kondansatör üzerindeki voltaj dynistor D2'nin açma voltajına ulaştığında açılır ve kapasitör tristör kontrol geçişinden boşalır. Deşarj akımının bu darbesi tristör D3'ü açar ve akım yükten akmaya başlar. Kondansatör şarj akımını R1 rezistörü ile değiştirerek, tristörün açılma momentini şebeke voltajının yarım döngüsü içinde değiştirmek mümkündür. Direnç R2, yüksek sıcaklıklardaki kaçak akımlar nedeniyle tristörün D3'ün kendiliğinden açılmasını önler. Teknik koşullara göre, tristörler bekleme modundayken, bu direncin montajı gereklidir. Şek. 7, devre,% 200'e kadar ulaşan, dynistors dahil voltaj büyük varyasyon ve gerilim sıcaklığa önemli bir bağımlılık nedeniyle geniş uygulama bulamadı.

Tristörleri kontrol etmek için faz darbeli yöntemin çeşitlerinden biri, şu anda en büyük dağılımı alan dikey kontrol olarak adlandırılmaktadır. Puls üretecinin girişinde, sabit voltajın (1) ve büyüklükte (2) değişen voltajın (Şekil 8) bir karşılaştırmasının yapılması gerçeğinde yatmaktadır. Bu voltajların eşitliği anında, tristör kontrol darbesi üretilir. Büyüklük voltajındaki değişken, sinosoid, üçgen veya testere dişi (Şekil 8'de gösterildiği gibi) şekline sahip olabilir.

Şekilde görülebileceği gibi, kontrol darbesinin meydana gelme anındaki bir değişiklik, yani fazında bir değişiklik üç farklı şekilde yapılabilir:

alternatif bir voltajın (2a) dönüş hızında bir değişiklik,

giriş seviyesinde bir değişiklik (2b) ve

dC geriliminde bir değişiklik (1a).

Şek. Şekil 9, dikey tristör kontrol yöntemini uygulayan bir cihazın blok diyagramını göstermektedir.

Diğer herhangi bir faz darbe kontrol cihazı gibi, FSU'nun bir faz kaydırma cihazından ve GI'nin bir darbe üretecinden oluşur. Faz kaydırma cihazı, sırasıyla, kontrol voltajını Uу alan bir giriş cihazı VU, voltaj ve gerilim voltajının alternatif bir voltaj jeneratörü (büyüklükte) ve bir karşılaştırma cihazı SU içerir. Adlandırılmış elemanlar olarak çeşitli cihazlar kullanılabilir.

Şek. Şekil 10, bir köprü doğrultucu (D1 - D4) ile seri olarak bağlanan bir tristör kontrol cihazının (D5) şematik bir diyagramıdır.

Cihaz, bir transistör anahtarı (T1), bir Schmitt tetikleyicisi (T2, T3) ve bir çıkış anahtarı amplifikatörü (T4) bulunan bir testere dişi voltaj üretecinden oluşur. Trafo Tr1'in senkronize sargısından III çıkarılan voltajın etkisi altında, transistör T1 kapatılır. Bu durumda, C1 kapasitörü R3 ve R4 dirençleri ile şarj edilir. Kapasitör üzerindeki voltaj, üst kısmı bir miktar yaklaşık olarak doğrudan kabul edilebilecek üstel bir eğri boyunca artar (2, bkz. Şekil 8).

Bu durumda, transistör T2 kapalı ve T3 açık. Transistörün T3 yayıcı akımı, R6 direnci üzerinde Schmitt tetiğinin tepki seviyesini belirleyen bir voltaj düşüşü oluşturur (Şekil 8'de 1). Direnç R6 ve açık transistör T3'teki voltajların toplamı Zener diyot D10'daki voltajdan daha azdır, bu nedenle transistör T4 kapalıdır. C1 kondansatörü üzerindeki voltaj Schmitt tetiğinin tetikleme seviyesine ulaştığında, transistör T2 açılır ve T3 kapanır. Bu durumda, transistör T4 açılır ve direnç R10'da tristör D5'i açarak bir voltaj darbesi belirir (Şekil 8'deki darbe 3). Şebeke voltajının her yarım döngüsünün sonunda, transistör T1, direnç R2'den akan bir akımla açılır. Bu durumda, kapasitör C1 neredeyse sıfıra boşaltılır ve kontrol cihazı orijinal durumuna geri döner. Anot akımının genliği sıfırdan geçtiğinde tristör kapanır. Bir sonraki yarım döngünün başlangıcında, cihazın döngüsü tekrarlanır.

Direnç R3'ün direncini değiştirerek, kapasitör C1'in şarj akımını, yani, üzerindeki voltaj artış hızını ve dolayısıyla tristörü açan nabzın ortaya çıkma momentini değiştirmek mümkündür. Direnç R3'ü bir transistör ile değiştirerek, yükteki voltajı otomatik olarak ayarlayabilirsiniz. Bu nedenle, bu cihaz yukarıdaki kontrol darbelerinin faz kayması yöntemlerinden birincisini kullanır.

Şekil l'de gösterilen devrede küçük bir değişiklik. Şekil 11, ikinci yöntemle düzenleme elde edilmesini sağlar. Bu durumda, C1 kapasitörü sabit bir R4 direnci üzerinden şarj edilir ve rampa voltajı artış oranı her durumda aynıdır. Ancak transistör T1 açıldığında, kapasitör önceki cihazda olduğu gibi sıfıra değil, Uу kontrol voltajına boşaltılır.
Sonuç olarak, bir sonraki döngüdeki kapasitör yükü bu seviyeden başlayacaktır. Uy voltajını değiştirerek tristörün açılma momenti düzenlenir. D11 diyot şarj sırasında kontrol voltajı kaynağını kapasitörden ayırır.

Transistör T4'ün çıkış kademesi gerekli akım kazancını sağlar. Yük olarak bir darbe transformatörü kullanılarak, birkaç tristör aynı anda kontrol edilebilir.

Söz konusu kontrol cihazlarında, gerilim, tristör kontrol bağlantısına, sabit ve testere dişi voltajlarının eşit olduğu andan, ana voltajın yarım döngüsünün sonuna, yani C1 kapasitörü deşarj edilene kadar uygulanır. Transistör T4 üzerinde yapılan bir akım amplifikatörünün girişinde bir ayırt edici devreyi açarak kontrol darbesinin süresini azaltmak mümkündür (bkz.Şekil 10).

Dikey tristör kontrol yöntemi için seçeneklerden biri darbe sayısı yöntemidir. Tuhaflığı, tristör kontrol elektroduna tek bir puls verilmemesi değil, bir paket kısa puls sağlanmasıdır. Paketin süresi, Şekil l'de gösterilen kontrol darbesinin süresine eşittir. 8.

Paketteki nabız tekrarlama hızı nabız üretecinin parametreleri tarafından belirlenir. Sayı darbesi kontrol yöntemi, her tür yük için tristörün güvenilir bir şekilde açılmasını sağlar ve tristörün kontrol geçişinde harcanan gücü azaltır. Ek olarak, cihazın çıkışında bir darbe transformatörü açılırsa, boyutunu azaltmak ve tasarımı basitleştirmek mümkündür.

Şek. Şekil 12, bir darbe numarası yöntemi kullanan bir kontrol cihazının bir diyagramıdır.

Bir karşılaştırma düğümü ve bir darbe jeneratörü olarak, burada bir transistör T2 üzerine monte edilmiş D10, D11 diyotları ve blokaj jeneratörü üzerindeki bir karşılaştırma devresinden oluşan dengeli bir diyot rejeneratif karşılaştırıcı kullanılır. D10, D11 diyotları, blokaj jeneratörünün geri besleme devresinin çalışmasını kontrol eder.

Önceki durumlarda olduğu gibi, transistör T1 kapalıyken, C1 kapasitörü direnç R3 üzerinden şarj etmeye başlar. D11 diyodu Uу voltajı ile açıktır ve D10 diyotu kapalıdır. Böylece, blokaj jeneratörünün pozitif geri besleme sargısının IIa devresi açıktır ve negatif geri besleme sargısının IIb devresi kapalı ve transistör T2 kapalıdır. C1 kondansatörünün voltajı Uу voltajına ulaştığında, D11 diyotu kapanır ve D10 açılır. Pozitif geri besleme devresi kapatılacak ve blokaj jeneratörü, Tr2 transformatörünün sarımından tristörün kontrol geçişine gidecek olan darbeler üretmeye başlayacaktır. Darbe üretimi, transistör T1 açıldığında ve C1 kapasitörü deşarj olduğunda şebeke voltajının yarım döngüsünün sonuna kadar devam eder. D10 diyotu kapanacak ve D11 açılacak, engelleme işlemi duracak ve cihaz orijinal durumuna geri dönecektir. Kontrol voltajı Uу değiştirilerek, üretimin başlama anını yarım döngünün başlangıcına ve dolayısıyla tristörün açılma anına göre değiştirmek mümkündür. Böylece, bu durumda, kontrol darbelerinin üçüncü faz kayması yöntemi kullanılır.

Karşılaştırma düğümünün dengeli bir devresinin kullanılması, çalışmasının sıcaklık stabilitesini sağlar. Küçük bir ters akım ile D10 ve D11 silikon diyotları, karşılaştırma ünitesinin yüksek giriş empedansını (yaklaşık 1 Mdance) elde etmeyi mümkün kılar. Bu nedenle, kapasitör C1'in şarj işlemi üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Düğümün hassasiyeti çok yüksektir ve birkaç milivolttur. R6, R8, R9 dirençleri ve C3 kapasitörü, transistörün T2 çalışma noktasının sıcaklık stabilitesini belirler. Direnç R7, bu transistörün kolektör akımını sınırlamak ve blokaj jeneratörünün nabız şeklini geliştirmek için kullanılır. Diyot D13, transistör kapatıldığında meydana gelen Tr2 transformatörünün III kollektör sargısındaki voltaj dalgalanmasını sınırlar. Darbe transformatörü Tr2, 1000NN boyutunda K15X6X4.5 ferrit halka üzerinde gerçekleştirilebilir. I ve III sargılarının her biri 75 ve II a ve IIb sargılarının 50 dönüşü PEV-2 0.1 teli içerir.

Bu kontrol cihazının dezavantajı nispeten düşük nabız tekrarlama oranıdır (15 μs nabız süresi ile yaklaşık 2 kHz). Frekansı, örneğin, kondansatörün (C2) deşarj olduğu direnç R4'ün direncini azaltarak artırabilirsiniz, ancak aynı zamanda karşılaştırmalı düğümün hassasiyetinin sıcaklık stabilitesi bir şekilde bozulur.

Tristörlerin kontrol edilmesi için nabız atma yöntemi, yukarıda düşünülen cihazlarda da kullanılabilir (Şekil 10 ve 11), çünkü belirli bir eleman derecelendirme seçeneği ile (C1, R4-R10, bkz. Şekil 10), C1 kapasitörü boyunca voltajı aşan bir voltaj ile Schmitt tetikleyici tetik, tek bir darbe değil, bir dizi darbe üretir. Süreleri ve tekrarlama oranları parametreler ve tetikleme modu tarafından belirlenir. Böyle bir cihaza "deşarj tetiklemeli multivibratör" denir.

Sonuç olarak, tiristör kontrol cihazlarının yüksek kaliteli göstergeleri korurken önemli bir devre sadeleştirilmesinin tek eklemli transistörler kullanılarak elde edilebileceği belirtilmelidir.

  - tasarımı üç veya daha fazla p-n bağlantı noktasına sahip tek kristalli bir yarı iletken temel alan bir yarı iletken özelliklerine sahip bir cihaz.

Çalışmaları iki istikrarlı aşamanın varlığını ima eder:

• “Kapalı” (iletkenlik seviyesi düşük);
• “Açık” (iletkenlik seviyesi yüksek).

Tristörler, güç elektroniği tuşlarının işlevlerini yerine getiren cihazlardır. Diğer isimleri tek operasyonlu tristörler. Bu cihaz, küçük yükler yoluyla güçlü yüklerin etkilerini düzenlemenizi sağlar.

  Tristörün akım-voltaj karakteristiğine göre, içindeki akım gücünde bir artış voltajda bir azalmaya neden olur, yani negatif bir diferansiyel direnç ortaya çıkar.

Ek olarak, bu yarı iletken cihazlar 5000 Volta kadar voltajlı devreleri ve 5000 Ampere kadar akımları (1000 Hz'den fazla olmayan bir frekansta) birleştirebilir.

İki ve üç terminalli tristörler hem doğru hem de alternatif akım için uygundur. Çoğu zaman, eylem prensibi, bir doğrultma diyotunun çalışması ile karşılaştırılır ve bir doğrultuda doğrultucunun tam teşekküllü bir analogu olduğuna, bir anlamda daha etkili olduğuna inanılmaktadır.

Tristör tipleri kendi aralarında farklılık gösterir:

• Yönetim şekli.
• İletkenlik (tek taraflı veya iki taraflı).

Genel yönetim ilkeleri

Tristör yapısında seri bağlantıda 4 yarı iletken tabaka vardır (p-n-p-n). Dış p-katmanına getirilen temas anod, dış n-katmanına katottur. Sonuç olarak, standart bir montajda, tristörde iç katmanlara tutturulmuş en fazla iki kontrol elektrodu olabilir. Bağlı katmana göre, cihazın kontrol tipine göre iletkenler katot ve anoda ayrılır. İlk çeşit daha sık kullanılır.

Tristörlerdeki akım katoda (anoddan) doğru akar, bu nedenle anot ile pozitif terminal arasındaki ve katot ile negatif terminal arasındaki akım kaynağına bağlanır.

Kontrol elektrotlu tristörler şunlar olabilir:

• kilitlenebilir;
• Unclosable.

Kilitlenemeyen cihazların önemli bir özelliği, kontrol elektrodundan gelen sinyale yanıt vermemesidir. Onları kapatmanın tek yolu, içinden geçen akım seviyesini düşürmek, böylece tutma akımı kuvvetinden daha düşüktür.

Bir tristör kullanırken, birkaç nokta dikkate alınmalıdır. Bu tür bir cihaz, çalışma fazını sarsıntılı bir şekilde ve sadece dış etki koşullarında “kapalı” dan “açık” ve tersine değiştirir: akım (voltaj manipülasyonu) veya fotonlar (bir foto tristörlü durumlarda).

Bu anı anlamak için, tristörün esas olarak 3 çıkışa (trinistor) sahip olduğunu hatırlamak gerekir: anot, katot ve kontrol elektrodu.

Ue (kontrol elektrodu), tristörün açılıp kapatılmasından sorumludur. Tristörün açılması, A (anot) ve K (katot) arasındaki uygulanan voltajın, trinistörün voltajının hacmine eşit olması veya aşması koşuluyla gerçekleşir. Doğru, ikinci durumda, Ue ve K arasındaki pozitif polarite dürtü eylemi.

Sabit bir besleme gerilimi beslemesi ile tristör süresiz olarak açılabilir.

Kapalı duruma getirmek için şunları yapabilirsiniz:

• A ve K arasındaki voltaj seviyesini sıfıra düşürün;
• A-akımının değerini tutma akımı daha büyük olacak şekilde azaltın;
• Devrenin çalışması alternatif akımın hareketine dayanıyorsa, akım seviyesi sıfıra düştüğünde cihaz dış müdahale olmadan kapatılacaktır;
• UE'ye kilitleme gerilimi uygulayın (sadece kilitlenebilir yarı iletken cihazlar için geçerlidir).

Kapanma durumu, tetikleyici bir dürtü ortaya çıkana kadar süresiz olarak da devam eder.

Özel yönetim yöntemleri

• genlik .

Ue'ye değişen büyüklükte bir pozitif voltaj tedarikini temsil eder. Gerilim, doğrultma akımının (Isp.) Kontrol geçişini kırmak için yeterli olduğunda tristör açılır. Ue'deki voltajı değiştirerek, tristörün açılma süresini değiştirmek mümkün olur.

Bu yöntemin ana dezavantajı, sıcaklık faktörünün güçlü etkisidir. Ayrıca, her tristör tipi için farklı bir direnç tipi gerekecektir. Bu nokta kullanımda kolaylık sağlamaz. Ayrıca, tristör açılma süresi sadece şebekenin pozitif yarım döngüsünün ilk 1 / 2'si sürdüğü zaman ayarlanabilir.

• Faz.

Bir faz değişikliği Uupr'dan (anottaki voltajla ilgili olarak) oluşur. Bu durumda, bir faz kaydırma köprüsü kullanılır. Ana dezavantaj Uupr'un küçük dikliğidir, bu nedenle sadece tristörün açılma momentini stabilize etmek mümkündür.

• Darbe fazı .

Faz yönteminin dezavantajlarının üstesinden gelmek için tasarlanmıştır. Bu amaçla, Ue'ye dik önlü bir voltaj darbesi uygulanır. Bu yaklaşım şu anda en yaygın olanıdır.

Tristörler ve Güvenlik

Eyleminin itici gücü ve ters toparlanma akımının varlığı nedeniyle, tristörler cihazın çalışmasında aşırı gerilim riskini büyük ölçüde artırır. Ek olarak, devrenin diğer kısımlarında hiç voltaj yoksa, yarı iletken bölgedeki aşırı gerilim tehlikesi yüksektir.

Bu nedenle, olumsuz sonuçlardan kaçınmak için CFTP şemalarını kullanmak gelenekseldir. Kritik voltaj değerlerinin ortaya çıkmasını ve korunmasını önlerler.

İki transistör tristör modeli

İki transistörden bir dinistör (iki uçlu tristör) veya bir trinistör (üç uçlu tristör) monte etmek oldukça mümkündür. Bunun için bunlardan birinin p-n-p-iletkenliği, diğeri - n-p-n-iletkenliği olmalıdır. Transistörler hem silikon hem de germanyumdan yapılabilir.

Aralarındaki bağlantı iki kanaldan gerçekleştirilir:

• 2. transistörden anot + 1. transistörden kontrol elektrodu;
• 1. transistörden katot + 2. transistörden kontrol elektrodu.

Kontrol elektrotları kullanmadan yaparsanız, çıkış bir dynistor olacaktır.

Seçilen transistörlerin uyumluluğu aynı miktarda güç ile belirlenir. Bu durumda, akım ve gerilim değerleri mutlaka cihazın normal çalışması için gerekenden daha büyük olmalıdır. Arıza gerilimi ve tutma akımı verileri, kullanılan transistörlerin spesifik özelliklerine bağlıdır.

Yorum yaz, makaleye eklemeler, belki bir şey kaçırdım. Şuna bir bakın, benim için yararlı başka bir şey bulursanız sevinirim.

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 ekipmanlı 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 enstrümantasyona aittir. 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).

Elektrik direnç fırınları (hazne, şaft, çan tipi, vb.) Çeşitli endüstrilerde ürünlerin ısıl işleminde yaygın olarak kullanılmaktadır: metalurji, güç mühendisliği, metal işleme, seramik ve cam üretiminde. Isıl işlem sırasında otomatik kontrol sistemlerinin kullanılması ürünlerin kalitesini artırır ve personelin çalışmasını kolaylaştırır.

Modern ekipman ve yeni otomatik kontrol yöntemleri, optimum proses kontrolü nedeniyle enerji kaynaklarının rasyonel kullanımının ekonomik etkisini elde etmek için ekipmanın onarım ve bakım maliyetini azaltabilir.

Bu makalede, yazar, hassas sıcaklık kontrolü, çeşitli ürün türlerini işlerken modların hızlı bir şekilde değiştirilmesi olasılığı gibi teknolojik ihtiyaçları dikkate alarak elektrikli fırın kontrol sisteminin modernizasyonu için iki tasarım çözümü sunmaktadır.

ACS modernizasyon projeleri hazırlanırken, fırınların işletilmesindeki ana eksiklikleri ve sorunları bulmak için ısıl işlem teknolojik sürecinin ayrıntılı bir analizi yapıldı. Örneğin, parçaların ve metal yapıların tavlanması sırasında, teknolojik haritada belirtilen değerlerden sıcaklığın önemsiz sapmaları bile kabul edilemez. Sıcaklık rejiminin ihlali, üretici tarafından beyan edilen ürünlerin mekanik özelliklerinin uyumsuzluğuna yol açabilir ve bu da endüstriyel kazalara yol açabilir.

Koç cihazlarına dayalı elektrikli fırınlarda sıcaklık kontrol sistemleri

İki kanallı bir program PID kontrolörü Koç TPM151, elektrikli fırın kontrol sisteminde bir kontrol cihazı olarak kullanılır; iki kanal, ısıtma elemanları üzerindeki sıcaklığı düzenler. Aktüatör, fırının ısıtma elemanları üzerinde faz kontrol yöntemi ile otomatik güç kontrolünün doğruluğunu sağlayan triyak ve tristörlerin (BUST) kontrol ünitesidir.

Girişleri genişletmek ve ürünün kendisinde veya fırın rezistansındaki sıcaklığı ölçmek için ek bir fırsat elde etmek için OVEN MBA8 giriş modülü kullanılır. Regülatörler ve analog giriş modülü arasındaki veri alışverişi bir bilgisayar kullanılarak gerçekleştirilir; RS-485 / RS-232 arayüzlerinin koordinasyonu için bir Koç AC3-M arayüz dönüştürücü kullanılır (Şekil 1).

Şek. Dört elektrikli fırın için sıcaklık otomatik kontrol sistemi (ACS) 1. Genel blok şeması

Geliştirilen sistem her türlü karmaşıklığın tavlanmasını sağlar. Sıcaklık kontrol sistemindeki ayarlar, teknoloji uzmanı tarafından geliştirilen programa göre otomatik olarak değiştirilir. Teknolojinin programları üst düzey bilgisayarda oluşturulur ve her TPM151 cihazına girilir.

Bir şaft fırınındaki sıcaklık kontrol sisteminin şeması Şek. 2.

Şek. 2. Bir maden elektrikli fırında fonksiyonel düzenleme şeması

Sistem, her ısıtma bölgesinde sıcaklık değişim oranını (önceden ayarlanmış bir değere artırın veya azaltın) bireysel bir programa göre ayarlamanızı sağlar; Sıcaklık veya zaman parametrelerinden herhangi birinin belirli bir değerine ulaştıktan sonra bir programdan diğerine geçmek mümkündür. Her fırından veri toplama, SCADA sistemi OWEN PROCESS MANAGER kullanılarak da gerçekleştirilir.

Önerilen sıcaklık kontrol sistemi, bir veya iki ısıtma bölgesi olan herhangi bir elektrikli fırına uygulanabilir. Gerekli sistem için:

yazılım iki kanallı kontrolör (ARIES TPM151);

triyak ve tristör kontrol ünitesi (ARIES BUST);

arayüz dönüştürücü (ARIES AC3-M);

analog giriş modülü (OSEH MVA8);

bilgisayar;

sıcaklık sensörleri, güç triyakları.

Önerilen kontrol sistemi, analog kontrolörleri ve röle aktüatörlerini mikroişlemci kontrol elemanları ve temassız güç anahtarları (triyaklar) ile değiştirerek elektrikli fırınların güvenilirliğini arttırır. Harici bağlantıların ve terminal kutularının sayısı birkaç kez azaltılır.

Örneğin, bir TRM151 PID denetleyicisi, bir OVEN MBA8 giriş modülü ve bir bilgisayar üç eski, ancak çok pahalı iki konumlu kaydedici regülatörünün yerini alırken, otomatik katsayı ayarlı PID denetleyicilerinin kullanımı nedeniyle doğruluk ve ayarlama özellikleri önemli ölçüde artırılmıştır.

Modernizasyon bir kerede birkaç tesiste gerçekleştirilirse modernizasyon maliyetinin önemli ölçüde azalacağını unutmayın. Örneğin, dört fırın için, sıcaklık kontrolörlerine ek olarak, sadece bir MVA8 modülüne ve bir bilgisayara ihtiyacınız olacak.

Koç TPM151 regülatörleri ve BUST bloklarına dayanan benzer bir sıcaklık kontrol sistemi, uzun vadeli tavlama hattı "HEURTEY" üzerinde Kirov'daki OJSC "KZ OTSM" tesisinde tanıtıldı.

Fırın bağımsız olarak çalışan iki ısıtma bölgesine sahiptir (ön ve hassas ısıtma). Fırında, TPM151 regülatörlerinin Koçları üzerinde iki sıcaklık kontrol döngüsü düzenlenmiştir.

Hat, 0,15 - 0,8 kalınlığında ve 200 - 630 mm genişliğinde bakır ve pirinç bantların sürekli tavlanması ve dağlanması için tasarlanmıştır. İşleme sırasında rulolar açılır ve destek ruloları boyunca fırına çekilir. Tavlamadan sonra metal, yapısını ve mekanik özelliklerini değiştirir.

Hassas sıcaklık kontrolü elde etmek için, TPM151 cihazlarının her bir kanalı için, ısıtma elemanlarının gücünü faz kontrol yöntemiyle düzenleyen iki Koç BUST kontrol ünitesi kullanılır.

Üç veya daha fazla ısıtma bölgesinin kontrolünün yanı sıra fanların ve diğer aktüatörlerin çalışmasına sahip daha karmaşık sistemler için, en kabul edilebilir, ARIES PLC gibi programlanabilir bir mantık denetleyicisi şeklinde bir kontrol cihazına sahip bir sistemdir.

Bu tür bir kurulumun bir örneği, endüstrideki en yaygın fırın türüdür - bir hazneli elektrik direnç fırını veya çan tipi elektrikli fırın. Bu fırınlarda, tasarıma bağlı olarak, üç ısıtma bölgesi olabilir. Optimum sıcaklık kontrolü için üç bağımsız kontrol devresine sahip olmaları gerekir.

Sistem, her ısıtma bölgesindeki sıcaklığı kontrol eder: sırasıyla birinci, ikinci ve üçüncü kontrol kanallarını kullanarak birinci, ikinci ve üçüncü bölgelerde. Tüm devreler, mufladaki sıcaklık kontrolünün ana devresine bağlıdır.

Alt kontrol devreleri özdeştir ve bir sıcaklık kontrolörü, kontrolöre uygulanan yazılım (ARIES PLC154), bir aktüatör (ARIES BUST ve triyaklar) ve bir kontrol nesnesinden (ısıtma elemanları) oluşur. Ana kontrol döngüsünün kontrolörü (Şekil 3) ve bağımlı devrelerin kontrolörleri, PLC154 kontrol cihazında yazılım ile uygulanır.

Şek. 3. Bir elektrikli fırının ACS'nin fonksiyonel diyagramı

Her kanaldan gelen veriler önce denetleyiciye, ardından SCADA sistemi kullanılarak işlendiği ve depolandığı bilgisayara gider ve bu işlemle ve seçilen denetleyiciyle çalışmak üzere uyarlanır.

Geliştirilen sistemde, otomatik sıcaklık kontrolüne ek olarak, manuel kontrol dirençleri kullanarak kontrol etmek mümkündür. Manuel kontrol, kurulum veya acil durum sırasında kullanılır. SU odasının ana yönetim ve kontrol elemanları şunlardır:

programlanabilir lojik kontrolör (ARIES PLC154);

triyaklar ve tristörler için kontrol üniteleri (ARIES BUST);

tHA (K) termokupllar ve güç triyakları;

bir bilgisayar.

PLC kullanan projenin ayırt edici bir özelliği, bir bilgisayarda seçilen elektrikli fırında sıcaklık kontrolü sürecini görselleştirme yeteneğidir.

Bugün ACU TP için gerekli yazılımı seçmenize izin veren bir dizi uygulama var. TraceMode ürünü, yazılım standartlarını Koç üretimi de dahil olmak üzere dünya üreticilerinin çoğu endüstriyel otomasyon ekipmanı ile birleştiren bu tür özelliklere sahiptir. Bu nedenle, bu ürün, başka hiçbir şey gibi, bir elektrikli fırının ACS'sini oluştururken ana sistem yazılımı olarak uygundur.

Bunun nedeni, İzleme Modu programının geniş işlevselliğe ve kullanışlı bir geliştirme ortamına sahip olmasının yanı sıra seçilen Koç PLC denetleyicisi için ücretsiz sürücüler sağlamasıdır.

Ekrandaki kontrol ve düzenleme formları fırınların çalışmasını büyük ölçüde basitleştirir ve operatörün çalışmasını kolaylaştırır. Görünüşleri ve yapıları, her bir teknolojik süreç ve kurulum için ayrı ayrı yapılabilir.

Anlatılan projeler, elektrotermal tesisatlarda ürünlerin ısıl işlemine yönelik talepleri ve gereksinimleri tamamen dikkate almaktadır. Projeler, enstrümantasyon ve bakım ekipmanlarının kurulumu ve bakımı için minimum ekonomik maliyetler gerektirir. Bu çözümlerin uygulanması, ürünlerin kalitesini artıracak, reddetme miktarını azaltacak, hammadde tüketimini azaltacak, ekipmanın arızalarını ve çalışmama süresini azaltacak ve böylece üretim hacmini artıracak ve personel için çalışma koşullarını iyileştirerek üretkenliği artıracaktır.

Sergey Mokrushin, Otomasyon Bölümü Başkanı, Alfa-Prom Company, Kirov

"Otomasyon ve Üretim" dergisinde "Elektrikli fırın kontrol otomasyonu" makalesi: