ควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติในเตาอบไฟฟ้า

ในเตาเผาแบบต้านทานไฟฟ้า ในกรณีส่วนใหญ่ จะใช้การควบคุมอุณหภูมิประเภทที่ง่ายที่สุด - การควบคุมแบบสองตำแหน่ง ซึ่งองค์ประกอบผู้บริหารของระบบควบคุม - คอนแทคมีตำแหน่งสิ้นสุดเพียงสองตำแหน่ง: «เปิด» และ «ปิด» .

ในสถานะเปิด อุณหภูมิของเตาเผาจะสูงขึ้น เนื่องจากพลังงานของเตาจะถูกเลือกโดยมีระยะขอบเสมอ และอุณหภูมิในสภาวะคงตัวที่สอดคล้องกันจะสูงกว่าอุณหภูมิในการทำงานอย่างมาก เมื่อปิด อุณหภูมิของเตาอบจะลดลงอย่างทวีคูณ

สำหรับกรณีอุดมคติที่ไม่มีความล่าช้าแบบไดนามิกในระบบเตาควบคุม การทำงานของตัวควบคุมการเปิด-ปิดจะแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเตาตรงเวลาในส่วนบนและการเปลี่ยนแปลงกำลังที่สอดคล้องกันในส่วนล่าง

ข้าว. 1. รูปแบบการทำงานของตัวควบคุมอุณหภูมิแบบสองตำแหน่งในอุดมคติ

เมื่อเตาร้อนขึ้น ในตอนแรกพลังงานของเตาจะคงที่และเท่ากับค่าที่กำหนด ดังนั้นอุณหภูมิของเตาจะเพิ่มขึ้นถึงจุด 1 เมื่อถึงค่า Tbutt + ∆t1 ณ จุดนี้ ตัวควบคุมจะทำงาน คอนแทคเตอร์จะปิดเตาเผา และพลังงานจะลดลงเหลือศูนย์ ส่งผลให้อุณหภูมิเตาเริ่มลดลงตามเส้นโค้ง 1-2 จนกระทั่งถึงขีดจำกัดล่างของโซนที่ตายแล้ว ณ จุดนี้เตาจะเปิดขึ้นอีกครั้งและอุณหภูมิจะเริ่มสูงขึ้นอีกครั้ง

ดังนั้นกระบวนการควบคุมอุณหภูมิของเตาเผาตามหลักการของสองตำแหน่งประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงตามเส้นโค้งเลื่อยรอบค่าที่ตั้งไว้ในช่วงเวลา +∆t1, -∆t1 ซึ่งกำหนดโดยโซนตายของตัวควบคุม

พลังงานเฉลี่ยของเตาขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของช่วงเวลาของสถานะเปิดและปิด เมื่อเตาร้อนขึ้นและชาร์จไฟ เส้นโค้งความร้อนของเตาจะชันขึ้นและเส้นโค้งการระบายความร้อนของเตาจะแบนลง ดังนั้นอัตราส่วนรอบระยะเวลาจะลดลง ดังนั้นกำลังเฉลี่ยของ Pav ก็จะลดลงด้วย

ด้วยการควบคุมแบบสองตำแหน่ง กำลังไฟเฉลี่ยของเตาอบจะถูกปรับตลอดเวลาตามกำลังไฟที่จำเป็นเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ โซนตายของเทอร์โมสแตทสมัยใหม่สามารถมีขนาดเล็กมากและนำไปสู่ ​​0.1-0.2 ° C อย่างไรก็ตามความผันผวนที่เกิดขึ้นจริงในอุณหภูมิของเตาอาจสูงกว่านี้หลายเท่าเนื่องจากความล่าช้าแบบไดนามิกในระบบควบคุมเตาเผา

สาเหตุหลักของการหน่วงเวลานี้คือความเฉื่อยของเซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิล โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการติดตั้งเกราะป้องกัน 2 ชิ้น คือเซรามิกและโลหะยิ่งการหน่วงเวลานี้มาก ความผันผวนของอุณหภูมิของฮีตเตอร์ก็จะยิ่งเกินเดดแบนด์ของตัวควบคุม นอกจากนี้ แอมพลิจูดของการสั่นเหล่านี้ยังขึ้นอยู่กับพลังงานส่วนเกินของเตาหลอมเป็นอย่างมาก ยิ่งพลังงานสวิตชิ่งของเตาเผาสูงเกินกว่าพลังงานเฉลี่ย ความผันผวนเหล่านี้ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความไวของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบอัตโนมัติสมัยใหม่นั้นสูงมากและสามารถตอบสนองทุกความต้องการได้ ตรงกันข้าม ความเฉื่อยของเซ็นเซอร์มีมาก ดังนั้น เทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานในปลายพอร์ซเลนที่มีฝาครอบป้องกันจะมีความล่าช้าประมาณ 20-60 วินาที ดังนั้น ในกรณีที่ไม่สามารถยอมรับความผันผวนของอุณหภูมิได้ เทอร์โมคัปเปิลปลายเปิดที่ไม่มีการป้องกันจะถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้เสมอไปเนื่องจากความเสียหายเชิงกลที่อาจเกิดขึ้นกับเซ็นเซอร์ รวมถึงกระแสไฟรั่วผ่านเทอร์โมคัปเปิลในอุปกรณ์ ซึ่งทำให้อุปกรณ์เหล่านั้นทำงานผิดปกติ

เป็นไปได้ที่จะลดพลังงานสำรองลงหากเตาเผาไม่ได้เปิดและปิด แต่เปลี่ยนจากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง และระดับที่สูงขึ้นควรมากกว่าพลังงานที่เตาเผาใช้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และ ต่ำกว่า - ไม่น้อย ในกรณีนี้ เส้นโค้งความร้อนและความเย็นของเตาเผาจะแบนมากและอุณหภูมิแทบจะไม่เกินบริเวณจุดตายของอุปกรณ์

เพื่อที่จะเปลี่ยนจากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง จำเป็นต้องสามารถปรับกำลังของเตาเผาได้อย่างราบรื่นหรือเป็นขั้นเป็นตอน ระเบียบดังกล่าวสามารถดำเนินการได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

1) การเปลี่ยนตัวทำความร้อนของเตา เช่น จาก «สามเหลี่ยม» เป็น «ดาว»กฎระเบียบที่หยาบมากนี้เกี่ยวข้องกับการละเมิดความสม่ำเสมอของอุณหภูมิและใช้เฉพาะในเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าในครัวเรือน

2) การเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเตาเผาที่มีความต้านทานแบบแอคทีฟหรือปฏิกิริยาที่ปรับได้ วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการสูญเสียพลังงานจำนวนมากหรือการลดลงของตัวประกอบกำลังของการติดตั้ง

3) จ่ายไฟให้กับเตาเผาผ่านหม้อแปลงควบคุมหรือเครื่องแปลงไฟอัตโนมัติพร้อมสวิตช์เตาที่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่างกัน ที่นี่ กฎระเบียบยังเป็นแบบขั้นบันไดและค่อนข้างหยาบ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายถูกควบคุม และกำลังของเตาเผาเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้านี้ นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียเพิ่มเติม (ในหม้อแปลง) และการลดลงของตัวประกอบกำลัง

4) การควบคุมเฟสด้วยอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ในกรณีนี้เตาเผาใช้พลังงานจากไทริสเตอร์ซึ่งระบบควบคุมจะเปลี่ยนมุมการสลับ ด้วยวิธีนี้จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับการควบคุมพลังงานของเตาอย่างราบรื่นในช่วงกว้างโดยแทบไม่มีการสูญเสียเพิ่มเติมโดยใช้วิธีการควบคุมแบบต่อเนื่อง - สัดส่วน, ส่วนประกอบ, สัดส่วน - ส่วนประกอบ ตามวิธีการเหล่านี้ ในแต่ละชั่วขณะของเวลา จะต้องปฏิบัติตามความสอดคล้องกันระหว่างพลังงานที่ดูดกลืนโดยเตาหลอมและพลังงานที่ปล่อยออกมาในเตาหลอม

วิธีการควบคุมอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในเตาอบไฟฟ้าคือการควบคุมพัลส์ด้วยตัวควบคุมไทริสเตอร์

กระบวนการควบคุมพัลส์ของกำลังเตาจะแสดงในรูปที่ 2. ความถี่การทำงานของไทริสเตอร์ถูกเลือกขึ้นอยู่กับความเฉื่อยทางความร้อนของเตาต้านทานไฟฟ้า

ข้าว. 2.ตัวควบคุมอุณหภูมิพัลส์ไทริสเตอร์ เตาต้านทานไฟฟ้า

มีสามวิธีหลักในการควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจ:

— การควบคุมพัลส์ที่ความถี่การสลับ — ek = 2ev (โดยที่ ek คือความถี่ของกระแสเครือข่ายอุปทาน) ที่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาของการจุดระเบิดของไทริสเตอร์เรียกว่าเฟสพัลส์หรือเฟส (เส้นโค้ง 1)

— การควบคุมพัลส์ด้วยความถี่การสลับที่เพิ่มขึ้นเป็นไปได้

— การควบคุมพัลส์พร้อมความถี่การสลับที่ลดลง (เส้นโค้ง 3)

ด้วยการควบคุมแบบพัลส์ เป็นไปได้ที่จะบรรลุการควบคุมพลังงานที่ราบรื่นในช่วงกว้างโดยไม่มีการสูญเสียเพิ่มเติม ทำให้มั่นใจได้ว่าสอดคล้องกับเตาเผาที่ใช้ไปและแหล่งจ่ายไฟจากเครือข่าย

ข้าว. 3. แผนภาพการเชื่อมต่อของตัวควบคุมอุณหภูมิต่อเนื่อง

องค์ประกอบหลักของวงจร: BT — บล็อกไทริสเตอร์ประกอบด้วยไทริสเตอร์ 6 ตัว, เชื่อมต่อสองตัวแบบขนานในแต่ละเฟสของเตาเผา, และ — บล็อกควบคุมไทริสเตอร์, สร้างสัญญาณไปยังอิเล็กโทรดควบคุมไทริสเตอร์, PTC - อุปกรณ์ควบคุมความร้อน, รับ สัญญาณจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิ, ประมวลผลและส่งออกความแตกต่างใน NO, PE - องค์ประกอบโพเทนชิออมิเตอร์, มีแถบเลื่อนที่เลื่อนโดย ED พร้อมการส่งผ่านเชิงกล, ขึ้นอยู่กับสัญญาณ DT, DT - เซ็นเซอร์อุณหภูมิ (เทอร์โมคัปเปิล), ISN - แหล่งจ่ายแรงดัน DC ที่เสถียร KL — ลิเนียร์คอนแทคเตอร์, VA1, VA2 — สวิตช์อัตโนมัติเพื่อป้องกันวงจรจากการลัดวงจร