تحكم أوتوماتيكي في درجة الحرارة في الأفران الكهربائية

في أفران المقاومة الكهربائية ، في معظم الحالات ، يتم استخدام أبسط أنواع التحكم في درجة الحرارة - التحكم في موضعين ، حيث يكون العنصر التنفيذي لنظام التحكم - الموصل له وضعان نهائيان فقط: "تشغيل" و "إيقاف" .

في حالة التشغيل ، ترتفع درجة حرارة الفرن ، لأن قوته يتم تحديدها دائمًا بهامش ، ودرجة حرارة الحالة المستقرة المقابلة تتجاوز درجة حرارة التشغيل بشكل كبير. عند إيقاف التشغيل ، تنخفض درجة حرارة الفرن بشكل كبير.

بالنسبة للحالة المثالية حيث لا يوجد تأخير ديناميكي في نظام فرن التحكم ، يظهر تشغيل وحدة التحكم في التشغيل والإيقاف في الشكل. 1 ، حيث يتم إعطاء اعتماد درجة حرارة الفرن في الوقت المحدد في الجزء العلوي ، والتغيير المقابل في قوتها في الجزء السفلي.

أرز. 1. مخطط مثالي لتشغيل منظم درجة الحرارة ثنائي الموضع

عندما يسخن الفرن ، ستكون قوته في البداية ثابتة وتساوي القيمة الاسمية ، لذلك سترتفع درجة حرارته إلى النقطة 1 عندما يصل إلى القيمة Tbutt + t1. في هذه المرحلة ، سيعمل المنظم ، وسيقوم الموصل بإيقاف الفرن وستنخفض قوته إلى الصفر. نتيجة لذلك ، ستبدأ درجة حرارة الفرن في الانخفاض على طول المنحنى 1-2 حتى يتم الوصول إلى الحد الأدنى للمنطقة الميتة. في هذه المرحلة ، سيتم تشغيل الفرن مرة أخرى وستبدأ درجة حرارته في الارتفاع مرة أخرى.

وبالتالي ، فإن عملية تنظيم درجة حرارة الفرن وفقًا لمبدأ الموضعين تتمثل في تغييره على طول منحنى المنشار حول القيمة المحددة في الفواصل الزمنية + t1 ، -t1 التي تحددها المنطقة الميتة لوحدة التحكم.

يعتمد متوسط ​​قوة الفرن على نسبة الفترات الزمنية لحالته داخل وخارج الفرن. مع ارتفاع درجة حرارة الفرن وشحنه ، سيصبح منحنى تسخين الفرن أكثر انحدارًا وسيكون منحنى تبريد الفرن أكثر انبساطًا ، وبالتالي ستنخفض نسبة فترة الدورة وبالتالي سينخفض ​​متوسط ​​الطاقة أيضًا.

من خلال التحكم في موضعين ، يتم ضبط متوسط ​​طاقة الفرن في جميع الأوقات إلى الطاقة المطلوبة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة. يمكن جعل المنطقة الميتة من منظمات الحرارة الحديثة صغيرة جدًا وجعلها تصل إلى 0.1-0.2 درجة مئوية. ومع ذلك ، يمكن أن تكون التقلبات الفعلية في درجة حرارة الفرن أكبر بعدة مرات بسبب التأخير الديناميكي في نظام فرن التحكم.

المصدر الرئيسي لهذا التأخير هو القصور الذاتي في مستشعر الازدواج الحراري ، خاصةً إذا كان مزودًا بقذيفتين وقائيتين ، السيراميك والمعدن.وكلما زاد هذا التأخير ، زادت تقلبات درجة حرارة السخان من النطاق الميت لوحدة التحكم. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد سعة هذه التذبذبات بشكل كبير على الطاقة الزائدة للفرن. كلما زادت قوة التحويل للفرن عن متوسط ​​الطاقة ، زادت هذه التقلبات.

إن حساسية مقاييس الجهد الأوتوماتيكية الحديثة عالية جدًا ويمكن أن تلبي أي متطلبات. على العكس من ذلك ، فإن جمود المستشعر كبير. وبالتالي ، فإن الازدواج الحراري القياسي في طرف خزفي بغطاء واقٍ له تأخير يبلغ حوالي 20-60 ثانية.لذلك ، في الحالات التي تكون فيها تقلبات درجة الحرارة غير مقبولة ، يتم استخدام المزدوجات الحرارية المفتوحة غير المحمية كمستشعرات. ومع ذلك ، هذا ليس ممكنًا دائمًا بسبب التلف الميكانيكي المحتمل لجهاز الاستشعار ، فضلاً عن التيارات المتسربة من خلال المزدوج الحراري في الأجهزة ، مما يؤدي إلى حدوث عطل فيها.

من الممكن تحقيق انخفاض في احتياطي الطاقة إذا لم يتم تشغيل الفرن وإيقاف تشغيله ، ولكن تم تبديله من مرحلة طاقة إلى أخرى ، ويجب أن تكون المرحلة الأعلى أكثر بقليل من الطاقة التي يستهلكها الفرن ، و أقل - ليس أقل من ذلك بكثير. في هذه الحالة ، ستكون منحنيات التدفئة والتبريد للفرن مسطحة للغاية ولن تتجاوز درجة الحرارة المنطقة الميتة للجهاز بصعوبة.

من أجل إجراء مثل هذا التبديل من مرحلة طاقة إلى أخرى ، من الضروري أن تكون قادرًا على ضبط قوة الفرن بسلاسة أو بخطوات. يمكن تنفيذ هذا التنظيم بالطرق التالية:

1) تبديل سخانات الفرن مثلا من «المثلث» إلى «النجمة».يرتبط مثل هذا التنظيم التقريبي بانتهاك توحيد درجة الحرارة ويستخدم فقط في أجهزة التدفئة الكهربائية المنزلية ،

2) اتصال متسلسل مع الفرن بمقاومة نشطة أو تفاعلية قابلة للتعديل. ترتبط هذه الطريقة بفقد كبير جدًا في الطاقة أو انخفاض في معامل القدرة للتركيب ،

3) تشغيل الفرن من خلال محول منظم أو محول ذاتي بتبديل الفرن عند مستويات جهد مختلفة. هنا ، يكون التنظيم أيضًا متدرجًا وخشنًا نسبيًا ، حيث يتم تنظيم جهد الإمداد ، وتتناسب قوة الفرن مع مربع هذا الجهد. بالإضافة إلى ذلك ، هناك خسائر إضافية (في المحول) وانخفاض في معامل القدرة ،

4) التحكم في الطور بأجهزة أشباه الموصلات. في هذه الحالة ، يتم تشغيل الفرن بواسطة الثايرستور ، حيث يتم تغيير زاوية التبديل بواسطة نظام التحكم. بهذه الطريقة ، من الممكن الحصول على تحكم سلس في قوة الفرن على نطاق واسع ، تقريبًا بدون خسائر إضافية ، باستخدام طرق التحكم المستمر - النسبي ، والتكامل ، والتناسب - التكامل. وفقًا لهذه الطرق ، في كل لحظة من الوقت ، يجب أن تتحقق المراسلات بين الطاقة التي يمتصها الفرن والطاقة المنبعثة في الفرن.

أكثر طرق التحكم في درجة الحرارة فعالية في الأفران الكهربائية هو تنظيم النبض باستخدام منظمات الثايرستور.

تظهر عملية التحكم في النبض لقوة الفرن في الشكل. 2. يتم اختيار تردد تشغيل الثايرستور اعتمادًا على القصور الذاتي الحراري لفرن المقاومة الكهربائية.

أرز. 2.الثايرستور متحكم في درجة حرارة النبض فرن المقاومة الكهربائية

هناك ثلاث طرق رئيسية لتنظيم معدل ضربات القلب:

- التحكم في النبض عند تبديل التردد - ek = 2ev (حيث ek هو تردد تيار شبكة الإمداد) مع التغيير في لحظة اشتعال الثايرستور يسمى نبض الطور أو الطور (المنحنيات 1) ،

- تنظيم النبض مع زيادة تردد التبديل ممكن

- تنظيم النبض مع تردد تبديل منخفض (منحنيات 3).

من خلال التحكم في النبض ، من الممكن تحقيق تحكم سلس في الطاقة على نطاق واسع دون خسائر إضافية ، مما يضمن الامتثال للفرن المستهلك ومصدر الطاقة من الشبكة.

أرز. 3. مخطط اتصال منظم درجة الحرارة المستمر

العناصر الرئيسية للدائرة: BT - كتلة الثايرستور المكونة من 6 ثايرستور ، متصلة اثنتين على التوازي في كل مرحلة من الفرن ، ولكن - كتلة التحكم في الثايرستور ، تولد إشارة إلى أقطاب التحكم في الثايرستور ، PTC - جهاز التحكم في الحرارة ، يستقبل إشارة من مستشعر درجة الحرارة والعمليات والمخرجات تباينًا في NO ، PE - عنصر الجهد ، يحتوي على منزلق يتحرك بواسطة ED مع ناقل حركة ميكانيكي ، اعتمادًا على إشارة DT ، DT - مستشعر درجة الحرارة (مزدوج حراري) ، ISN - مصدر جهد مستمر ثابت ، KL - قواطع خطية ، VA1 ، VA2 - مفاتيح تلقائية لحماية الدوائر من الدوائر القصيرة.