Automatisk temperaturkontrol i elektriske ovne

I elektriske modstandsovne anvendes i de fleste tilfælde den enkleste type temperaturstyring - to-positionskontrol, hvor det udøvende element i kontrolsystemet - kontaktoren kun har to endepositioner: «on» og «off» .

I tændt tilstand stiger ovnens temperatur, fordi dens effekt altid vælges med en margin, og den tilsvarende steady-state temperatur overstiger dens driftstemperatur væsentligt. Når den er slukket, falder temperaturen i ovnen eksponentielt.

For det idealiserede tilfælde, hvor der ikke er nogen dynamisk forsinkelse i controller-ovnsystemet, er driften af ​​on-off controlleren vist i fig. 1, hvor ovntemperaturens afhængighed af tiden er angivet i den øvre del, og den tilsvarende ændring i dens effekt i den nedre del.

Ris. 1. Idealiseret skema for drift af en to-positions temperaturregulator

Når ovnen varmes op, vil dens effekt i begyndelsen være konstant og lig med den nominelle, så dens temperatur vil stige til punkt 1, når den når værdien Tbutt + ∆t1. På dette tidspunkt vil regulatoren fungere, kontaktoren slukker for ovnen, og dens effekt falder til nul. Som et resultat vil ovntemperaturen begynde at falde langs kurve 1-2, indtil den nedre grænse for dødzonen er nået. På dette tidspunkt vil ovnen tænde igen, og dens temperatur vil begynde at stige igen.

Processen med regulering af ovnens temperatur efter princippet om to positioner består således i dens ændring langs en savkurve omkring den indstillede værdi i intervallerne +∆t1, -∆t1 bestemt af regulatorens dødzone.

Ovnens gennemsnitlige effekt afhænger af forholdet mellem tidsintervallerne for dens tændte og slukkede tilstand. Efterhånden som ovnen opvarmes og oplades, vil ovnens varmekurve blive stejlere, og ovnens kølekurve bliver fladere, så cyklusperiodeforholdet falder, og derfor vil den gennemsnitlige effekt Pav også falde.

Med to-positionsstyring justeres ovnens gennemsnitlige effekt til enhver tid til den effekt, der kræves for at holde en konstant temperatur. Den døde zone af moderne termostater kan gøres meget lille og bringes til 0,1-0,2 ° C. De faktiske udsving i ovntemperaturen kan dog være mange gange større på grund af den dynamiske forsinkelse i controller-ovn-systemet.

Hovedkilden til denne forsinkelse er termoelementsensorens inerti, især hvis den er udstyret med to beskyttende skaller, keramik og metal.Jo større denne forsinkelse er, jo mere overskrider varmelegemets temperaturudsving regulatorens dødbånd. Derudover er amplituderne af disse oscillationer meget afhængige af ovnens overskydende effekt. Jo mere ovnens skifteeffekt overstiger den gennemsnitlige effekt, jo større er disse udsving.

Følsomheden af ​​moderne automatiske potentiometre er meget høj og kan opfylde ethvert krav. Tværtimod er sensorens inerti stor. Således har et standard termoelement i en porcelænsspids med et beskyttende dæksel en forsinkelse på omkring 20-60 s. Derfor, i tilfælde, hvor temperatursvingninger er uacceptable, anvendes ubeskyttede termoelementer med åben ende som sensorer. Dette er dog ikke altid muligt på grund af mulig mekanisk skade på sensoren samt lækstrømme gennem termoelementet i enhederne, hvilket får dem til at fungere fejl.

Det er muligt at opnå en reduktion i effektreserven, hvis ovnen ikke tændes og slukkes, men skiftes fra et effekttrin til et andet, og det højere trin bør kun være lidt mere end den effekt, der forbruges af ovnen, og lavere - ikke meget mindre. I dette tilfælde vil ovnens opvarmnings- og afkølingskurver være meget flade, og temperaturen vil næppe overstige enhedens døde zone.

For at foretage et sådant skifte fra et effekttrin til et andet, er det nødvendigt at kunne justere ovneffekten jævnt eller i trin. En sådan regulering kan udføres på følgende måder:

1) at skifte ovnvarmere, for eksempel fra «trekant» til «stjerne».En sådan meget grov regulering er forbundet med en krænkelse af temperaturensartethed og bruges kun i elektriske husholdningsapparater,

2) serieforbindelse med ovnen med justerbar aktiv eller reaktiv modstand. Denne metode er forbundet med meget store energitab eller en reduktion i installationens effektfaktor,

3) at forsyne ovnen med strøm gennem en reguleringstransformator eller en autotransformator med ovnskift ved forskellige spændingsniveauer. Her er reguleringen også trinvis og relativt grov, da forsyningsspændingen er reguleret, og ovneffekten er proportional med kvadratet af denne spænding. Derudover er der yderligere tab (i transformeren) og reduktion i effektfaktor,

4) fasestyring med halvlederenheder. I dette tilfælde drives ovnen af ​​tyristorer, hvis omskiftningsvinkel ændres af kontrolsystemet. På denne måde er det muligt at opnå en jævn kontrol af ovneffekten over et bredt område, næsten uden yderligere tab, ved hjælp af kontinuerlige kontrolmetoder - proportional, integral, proportional-integral. I overensstemmelse med disse metoder skal korrespondancen mellem den effekt, der absorberes af ovnen, og den strøm, der frigives i ovnen, for hvert øjeblik af tid være opfyldt.

Den mest effektive af alle metoder til temperaturkontrol i elektriske ovne er pulsregulering med tyristorregulatorer.

Pulsstyringsprocessen for ovnkraften er vist i fig. 2. Tyristorernes driftsfrekvens vælges afhængigt af den elektriske modstandsovns termiske inerti.

Ris. 2.Thyristor puls temperaturregulator elektrisk modstandsovn

Der er tre hovedmetoder til pulsregulering:

— pulsstyring ved koblingsfrekvens — ek = 2ev (hvor ek er frekvensen af ​​forsyningsnetstrømmen) med en ændring i tændingsøjeblikket for tyristoren kaldes en faseimpuls eller fase (kurve 1),

— pulsregulering med øget koblingsfrekvens er mulig

— pulsregulering med reduceret koblingsfrekvens (kurve 3).

Gennem pulsstyring er det muligt at opnå en jævn effektstyring over et bredt område uden yderligere tab, hvilket sikrer overholdelse af den forbrugte ovn og strømforsyningen fra netværket.

Ris. 3. Tilslutningsdiagram for den kontinuerlige temperaturregulator

Hovedelementerne i kredsløbet: BT — tyristorblok bestående af 6 tyristorer, forbundet med to parallelt i hver fase af ovnen, MEN — tyristorkontrolblok, genererer et signal til tyristorkontrolelektroderne, PTC — varmestyringsenhed, modtager en signal fra temperatursensor, behandler og udsender en uoverensstemmelse i NO, PE — potentiometerelement, har en skyder flyttet af ED med en mekanisk transmission, afhængigt af DT-signalet, DT — temperaturføler (termoelement), ISN — stabiliseret jævnspændingskilde, KL — lineær kontaktor, VA1, VA2 — automatiske kontakter for at beskytte kredsløb mod kortslutninger.