Как нагреть только то, что необходимо, до определенной температуры и поддерживать эту температуру?
Нагрев, получаемый от электрических источников тепла, широко используется в промышленных процессах для тысяч самых разных сфер применений. Они включают:
Хотя основная цель этих и других сфер применения может различаться, основные цели включают нагрев только того, что необходимо. Нагрев обычно осуществляется до определенной температуры и нагреватели используются впоследствии для поддержания этой температуры в течение определенного требуемого периода времени.
Грубое регулирование температуры может быть достигнуто простым включением и выключением цепи, которая питает элементы, с помощью переключателя (механического или полупроводникового реле) или контактора. Добавление термостата улучшит постоянство количества подаваемого тепла, а добавление чувствительного элемента температуры (терморезистивный датчик сопротивления, термопара или соответствующий датчик) еще больше улучшит регулирование процесса нагрева.
Для наиболее точного и контролируемого воздействия на обрабатываемый материал наиболее распространенным методом является регулирование подаваемой мощности с помощью кремниевых выпрямителей (SCR). Эти полупроводниковые устройства позволяют включать и выключать электрическую цепь по мере необходимости, позволяя подавать на элементы только часть потенциальной мощности (рис. 1).
РИСУНОК 1. Дополнительные отведения, показанные на схематической диаграмме (обозначенные цифрами 1 и 2), являются сигнальными соединениями триггера (затворами), которые сообщают SCR о проведении или блокировании этой части синусоидальной волны переменного тока.
Схема SCR, обычно используемая для управления обогревом, объединяет два диода с достаточной емкостью для переключения полного тока нагрузки. Один диод пропускает положительную половину переменного тока, а другой диод пропускает отрицательный ток. Дополнительные отведения (обозначенные цифрами 1 и 2), показанные на рисунке 1, являются сигнальными соединениями триггера (затворами), которые сообщают тиристору проводить или блокировать эту часть синусоидальной волны переменного тока. Это циклическое включение и выключение цепи может выполняться несколько раз в секунду, тем самым обеспечивая подачу питания на нагревательный элемент только в течение части каждого цикла или в течение нескольких циклов включения и нескольких циклов выключения.
Метод регулировки подаваемой мощности путем изменения каждого цикла обычно называют срабатыванием с фазовым сдвигом. Напротив, подход, позволяющий проводить полные или полуциклы, называется импульсным или пропорциональным по времени срабатыванием.
Любой метод имеет преимущества и недостатки. Выбор используемого метода зависит от типа контролируемого нагревательного элемента и необходимости решения таких проблем, как низкое качество электроэнергии или сокращение срока службы элемента.
Шесть тиристоров расположены по трехфазной схеме управления с фазовым углом, питающей нагревательные элементы, соединенные треугольником.
По сравнению с альтернативными вариантами, этот метод управления вызывает меньшую нагрузку на нагревательные элементы, потому что между циклами нагревательный элемент остывает за короткое время. Кроме того, контролировать ток, подаваемый в цепь, относительно легко с помощью датчика среднеквадратичного значения тока.
Стоимость установки аналогична альтернативным методам управления при однофазной нагрузке. При использовании для управления трехфазной нагрузкой необходимо использовать три тиристора. Одним из недостатков метода контроля по фазовому углу является более высокая степень гармонических помех, создаваемых в управляемой цепи, с генерируемым большим электрическим шумом. Может потребоваться смягчение для защиты питающих трансформаторов от перегрева.
Элементы управления импульсным срабатыванием включают и выключают питание только в точке пересечения нуля, где ток и напряжение меняют полярность. Периоды включения и выключения могут быть такими же короткими, как один цикл, до нескольких секунд между всплесками подаваемой энергии.
При таком типе переключения нагревательные элементы находятся под напряжением в течение некоторых циклов и обесточиваются в течение некоторых циклов. Переключение производится только в точке, где ток пересекает нулевую точку и где ток меняется с положительного на отрицательный. Это приводит к значительному снижению содержания гармоник при сохранении хорошей терморегуляции.
Крайне важно как можно скорее узнать, если один элемент выходит из строя. Мониторинг тока, используемого каждым элементом трехфазной цепи, соединенной треугольником, является наиболее логичным способом достижения этой цели. Поскольку существуют промежутки времени, когда ток не используется, стандартные трансформаторы тока или даже датчики тока, считывающие среднеквадратичное значение, будут давать выходной сигнал, который либо будет отражать эти промежутки, либо, в случае преобразователя среднеквадратичного значения, выдаст выходной сигнал с чрезмерной пульсацией.
Следовательно, сигнал измерения тока должен быть тщательно отфильтрован и обработан для получения среднего сигнала, прямо пропорционального используемому току. Для нагрузок с трансформаторной связью или для контроля нагревателей с переменным сопротивлением, таких как элементы из карбида кремния или дисилицида молибдена (MoSi 2 ), желателен метод SCR по фазовому углу.
Один датчик тока может контролировать импульсные нагрузки, управляемые тиристорами, с небольшими пульсациями на выходе. Датчик на основе микропроцессора способен считывать величину тока первичной цепи и усреднять уровень тока по времени, позволяя выходному сигналу датчика отображать фактическую мощность, потребляемую нагревателями. Эта комбинация использования аналогового метода измерения, основанного на проволочном магнитопроницаемом сердечнике, окружающем первичный проводник, питающий нагревательный элемент, интегрированного с цифровой обработкой сигнала, обеспечивает надежный метод измерения.
Подключение выхода датчика к программируемому логическому контроллеру позволяет оператору узнать количество энергии, подаваемой на элементы, и подтвердить целостность элемента. Подключение выхода датчика к панельному измерителю позволяет отображать уровень мощности, подаваемой на нагрузку, что позволяет оператору принимать решения о регулировке во время процесса. Система сбора данных может использовать показания датчика для сбора данных об энергопотреблении с течением времени, позволяя составлять отчеты о продолжительности процесса и общем времени работы, чтобы помочь в планировании технического обслуживания. Его также можно использовать в качестве инструмента для распределения затрат по процессам или отделам.
Постоянно разрабатываются методы управления процессами с электрическим нагревом, что приводит к снижению энергопотребления, повышению качества и стабильности обрабатываемых материалов, а также к более надежным контроллерам. Инновации в измерении электрических параметров наверстывают упущенное, обеспечивая точность и надежность, требуемые современными процессами.
Возврат к списку
