Automatická regulace teploty v elektrických troubách

V elektrických odporových pecích se ve většině případů používá nejjednodušší typ regulace teploty - dvoupolohová regulace, ve které má výkonný prvek řídicího systému - stykač pouze dvě koncové polohy: «zapnuto» a «vypnuto». .

V zapnutém stavu teplota pece stoupá, protože její výkon je vždy zvolen s rezervou a odpovídající ustálená teplota výrazně převyšuje její provozní teplotu. Po vypnutí se teplota trouby exponenciálně snižuje.

Pro idealizovaný případ, kdy v systému regulátor-pec není žádné dynamické zpoždění, je činnost regulátoru zapnuto-vypnuto na Obr. 1, na kterém je v horní části uvedena závislost teploty pece na čase a v dolní části příslušná změna jejího výkonu.

Rýže. 1. Idealizované schéma činnosti dvoupolohového regulátoru teploty

Při zahřátí pece bude na začátku její výkon konstantní a rovný jmenovitému, takže její teplota stoupne do bodu 1 při dosažení hodnoty Tbutt + ∆t1. V tomto okamžiku bude regulátor fungovat, stykač vypne pec a její výkon klesne na nulu. Výsledkem je, že teplota pece začne klesat podél křivky 1-2, dokud není dosaženo spodní hranice mrtvé zóny. V tomto okamžiku se pec opět zapne a její teplota začne opět stoupat.

Proces regulace teploty pece na principu dvou poloh tedy spočívá v její změně po pilové křivce kolem nastavené hodnoty v intervalech +∆t1, -∆t1 určených mrtvou zónou regulátoru.

Průměrný výkon pece závisí na poměru časových intervalů jejího zapnutého a vypnutého stavu. Jak se pec zahřívá a nabíjí, křivka ohřevu pece bude strmější a křivka ochlazování pece bude plošší, takže poměr period cyklu se sníží, a proto také klesne průměrný výkon Pav.

S dvoupolohovým ovládáním se průměrný výkon trouby vždy přizpůsobí výkonu potřebnému k udržení konstantní teploty. Mrtvá zóna moderních termostatů může být velmi malá a přivedena na 0,1-0,2 °C. Skutečné kolísání teploty pece však může být mnohonásobně větší v důsledku dynamického zpoždění v systému regulátor-pec.

Hlavním zdrojem tohoto zpoždění je setrvačnost termočlánkového senzoru, zejména pokud je vybaven dvěma ochrannými pouzdry, keramickým a kovovým.Čím větší je toto zpoždění, tím více kolísání teploty ohřívače přesahuje pásmo necitlivosti regulátoru. Kromě toho jsou amplitudy těchto oscilací vysoce závislé na přebytku výkonu pece. Čím více spínací výkon pece převyšuje průměrný výkon, tím větší jsou tyto výkyvy.

Citlivost moderních automatických potenciometrů je velmi vysoká a dokáže splnit jakýkoli požadavek. Naopak velká je setrvačnost snímače. Standardní termočlánek v porcelánové špičce s ochranným krytem má tedy zpoždění cca 20-60 s. Proto se v případech, kdy je kolísání teploty nepřijatelné, používají jako snímače nechráněné termočlánky s otevřeným koncem. To však není vždy možné z důvodu možného mechanického poškození snímače a také svodových proudů přes termočlánek v zařízeních, které způsobují jejich poruchu.

Snížení rezervy výkonu je možné dosáhnout, pokud se pec nezapíná a nevypíná, ale přepíná se z jednoho výkonového stupně na druhý, přičemž vyšší stupeň by měl být jen o málo vyšší než výkon spotřebovaný pecí. nižší - ne o mnoho méně. V tomto případě budou křivky ohřevu a chlazení pece velmi ploché a teplota stěží překročí mrtvou zónu zařízení.

Aby bylo možné provést takové přepnutí z jednoho výkonového stupně na druhý, je nutné mít možnost plynule nebo po krocích nastavit výkon pece. Takovou regulaci lze provést následujícími způsoby:

1) přepínání ohřívačů pece, například z «trojúhelníku» na «hvězdu».Taková velmi hrubá regulace je spojena s porušením rovnoměrnosti teploty a používá se pouze v domácích elektrických topných spotřebičích,

2) sériové zapojení s pecí s nastavitelným aktivním nebo jalovým odporem. Tato metoda je spojena s velmi velkými energetickými ztrátami nebo snížením účiníku zařízení,

3) napájení pece přes regulační transformátor nebo autotransformátor se spínáním pece při různých úrovních napětí. Zde je regulace také stupňovitá a poměrně hrubá, protože napájecí napětí je regulováno a výkon pece je úměrný druhé mocnině tohoto napětí. Navíc dochází k dalším ztrátám (v transformátoru) a snížení účiníku,

4) fázové řízení s polovodičovými součástkami. Pec je v tomto případě napájena tyristory, jejichž úhel sepnutí je měněn řídicím systémem. Tímto způsobem je možné získat plynulou regulaci výkonu pece v širokém rozsahu, téměř bez dodatečných ztrát, pomocí metod spojitého řízení - proporcionální, integrální, proporcionálně-integrální. V souladu s těmito metodami musí být v každém časovém okamžiku splněna korespondence mezi výkonem absorbovaným pecí a výkonem uvolněným v peci.

Nejúčinnější ze všech způsobů regulace teploty v elektrických troubách je pulzní regulace tyristorovými regulátory.

Proces pulzního řízení výkonu pece je znázorněn na Obr. 2. Pracovní frekvence tyristorů se volí v závislosti na tepelné setrvačnosti elektrické odporové pece.

Rýže. 2.Tyristorový pulzní regulátor teploty elektrická odporová pec

Existují tři hlavní způsoby regulace srdeční frekvence:

— pulzní řízení při spínací frekvenci — ek = 2ev (kde ek je frekvence proudu napájecí sítě) se změnou okamžiku zážehu tyristoru se nazývá fázový pulz nebo fáze (křivky 1),

— je možná pulzní regulace se zvýšenou spínací frekvencí

— pulzní regulace se sníženou spínací frekvencí (křivky 3).

Pulzní regulací je možné dosáhnout plynulé regulace výkonu v širokém rozsahu bez dodatečných ztrát se zajištěním souladu se spotřebovanou pecí a napájením ze sítě.

Rýže. 3. Schéma zapojení kontinuálního regulátoru teploty

Hlavní prvky obvodu: BT — tyristorový blok sestávající ze 6 tyristorů, zapojených po dvou paralelně v každé fázi pece, ALE — tyristorový řídicí blok, generuje signál do tyristorových řídicích elektrod, PTC — tepelné regulační zařízení, přijímá signál z teplotního čidla zpracovává a vydává nesoulad v NO, PE — potenciometrový prvek, má jezdec posunutý o ED s mechanickým převodem v závislosti na signálu DT, DT — teplotní čidlo (termočlánek), ISN — stabilizovaný zdroj stejnosměrného napětí, KL — lineární stykač, VA1, VA2 — automatické spínače pro ochranu obvodů před zkratem.