Control automàtic de la temperatura en forns elèctrics

En els forns de resistència elèctrica, en la majoria dels casos, s'utilitza el tipus més senzill de control de temperatura: control de dues posicions, en què l'element executiu del sistema de control, el contactor només té dues posicions finals: "encendido" i "desactivat". .

En l'estat encès, la temperatura del forn augmenta, perquè la seva potència sempre es selecciona amb un marge i la temperatura d'estat estacionari corresponent supera significativament la seva temperatura de funcionament. Quan s'apaga, la temperatura del forn disminueix exponencialment.

Per al cas idealitzat en què no hi ha retard dinàmic en el sistema controlador-forn, el funcionament del controlador d'encesa i apagat es mostra a la figura 2. 1, en què la dependència de la temperatura del forn en el temps es dóna a la part superior i el corresponent canvi de potència a la part inferior.

Arròs. 1. Esquema idealitzat de funcionament d'un regulador de temperatura de dues posicions

Quan el forn s'escalfa, al principi la seva potència serà constant i igual a la nominal, de manera que la seva temperatura pujarà al punt 1 quan assoleixi el valor Tbutt + ∆t1. En aquest punt, el regulador funcionarà, el contactor apagarà el forn i la seva potència baixarà a zero. Com a resultat, la temperatura del forn començarà a disminuir al llarg de la corba 1-2 fins que s'assoleixi el límit inferior de la zona morta. En aquest punt, el forn tornarà a encendre i la seva temperatura començarà a pujar de nou.

Així, el procés de regulació de la temperatura del forn segons el principi de dues posicions consisteix en el seu canvi al llarg d'una corba de serra al voltant del valor establert en els intervals +∆t1, -∆t1 determinats per la zona morta del controlador.

La potència mitjana del forn depèn de la relació entre els intervals de temps del seu estat d'encesa i apagat. A mesura que el forn s'escalfa i es carrega, la corba d'escalfament del forn es farà més pronunciada i la corba de refrigeració del forn serà més plana, de manera que la relació del període de cicle disminuirà i, per tant, la potència mitjana Pav també baixarà.

Amb el control de dues posicions, la potència mitjana del forn s'ajusta en tot moment a la potència necessària per mantenir una temperatura constant. La zona morta dels termòstats moderns es pot fer molt petita i portar-la a 0,1-0,2 ° C. Tanmateix, les fluctuacions reals de la temperatura del forn poden ser moltes vegades més grans a causa del retard dinàmic del sistema controlador-forn.

La principal font d'aquest retard és la inèrcia del sensor del termopar, sobretot si està equipat amb dues carcasques protectores, ceràmica i metàl·lica.Com més gran sigui aquest retard, més les fluctuacions de temperatura de l'escalfador superen la banda morta del controlador. A més, les amplituds d'aquestes oscil·lacions depenen molt de l'excés de potència del forn. Com més la potència de commutació del forn supera la potència mitjana, més grans són aquestes fluctuacions.

La sensibilitat dels potenciòmetres automàtics moderns és molt alta i pot satisfer qualsevol requisit. Al contrari, la inèrcia del sensor és gran. Així, un termoparell estàndard en una punta de porcellana amb una coberta protectora té un retard d'uns 20-60 s. Per tant, en els casos en què les fluctuacions de temperatura són inacceptables, s'utilitzen termoparells sense protecció com a sensors. No obstant això, això no sempre és possible a causa de possibles danys mecànics al sensor, així com de corrents de fuga a través del termoparell dels dispositius, provocant-los un mal funcionament.

És possible aconseguir una reducció de la reserva d'energia si el forn no s'encén i s'apaga, sinó que es canvia d'una etapa de potència a una altra, i l'etapa superior només hauria de ser una mica més que la potència consumida pel forn, i el inferior - ni molt menys. En aquest cas, les corbes de calefacció i refrigeració del forn seran molt planes i la temperatura amb prou feines superarà la zona morta del dispositiu.

Per fer aquest canvi d'una etapa de potència a una altra, cal poder ajustar la potència del forn sense problemes o per passos. Aquesta regulació es pot dur a terme de les maneres següents:

1) canviar els escalfadors del forn, per exemple, de «triangle» a «estrella».Una regulació tan aproximada s'associa amb una violació de la uniformitat de la temperatura i només s'utilitza en aparells de calefacció elèctrica domèstica,

2) connexió en sèrie amb el forn amb resistència activa o reactiva regulable. Aquest mètode està associat a pèrdues energètiques molt grans o a una reducció del factor de potència de la instal·lació,

3) alimentar el forn mitjançant un transformador regulador o un autotransformador amb commutació del forn a diferents nivells de tensió. Aquí, la regulació també és gradual i relativament gruixuda, ja que la tensió d'alimentació està regulada i la potència del forn és proporcional al quadrat d'aquesta tensió. A més, hi ha pèrdues addicionals (al transformador) i reducció del factor de potència,

4) control de fase amb dispositius semiconductors. En aquest cas, el forn és alimentat per tiristors, l'angle de commutació dels quals es modifica pel sistema de control. D'aquesta manera, és possible obtenir un control suau de la potència del forn en un ampli rang, gairebé sense pèrdues addicionals, utilitzant mètodes de control continu: proporcional, integral, proporcional-integral. D'acord amb aquests mètodes, per a cada instant de temps, s'ha de complir la correspondència entre la potència absorbida pel forn i la potència alliberada al forn.

El més eficaç de tots els mètodes de control de temperatura en forns elèctrics és la regulació de polsos amb reguladors de tiristor.

El procés de control de pols de la potència del forn es mostra a la Fig. 2. La freqüència de funcionament dels tiristors es selecciona en funció de la inèrcia tèrmica del forn de resistència elèctrica.

Arròs. 2.Controlador de temperatura de pols de tiristors Forn de resistència elèctrica

Hi ha tres mètodes principals de regulació de la freqüència cardíaca:

- control de pols a la freqüència de commutació - ek = 2ev (on ek és la freqüència del corrent de la xarxa de subministrament) amb un canvi en el moment d'encesa del tiristor s'anomena pols de fase o fase (corbes 1),

— És possible la regulació del pols amb una freqüència de commutació augmentada

— regulació d'impulsos amb freqüència de commutació reduïda (corbes 3).

Mitjançant el control de pols, és possible aconseguir un control de potència suau en un ampli rang sense pèrdues addicionals, assegurant el compliment del forn consumit i la font d'alimentació de la xarxa.

Arròs. 3. Esquema de connexió del regulador continu de temperatura

Els elements principals del circuit: BT — bloc de tiristors format per 6 tiristors, connectats dos en paral·lel a cada fase del forn, PERÒ — bloc de control de tiristors, genera un senyal als elèctrodes de control de tiristors, PTC — dispositiu de control de calor, rep un senyal del sensor de temperatura, processa i emet una discrepància en NO, PE - element potenciòmetre, té un control lliscant mogut per ED amb una transmissió mecànica, depenent del senyal DT, DT - sensor de temperatura (termopar), ISN - font de tensió de CC estabilitzada, KL — contactor lineal, VA1, VA2 — interruptors automàtics per protegir els circuits de curtcircuits.