Điều khiển nhiệt độ tự động trong lò nướng điện

Trong các lò điện trở, trong phần lớn các trường hợp, loại điều khiển nhiệt độ đơn giản nhất được sử dụng - điều khiển hai vị trí, trong đó bộ phận điều hành của hệ thống điều khiển - công tắc tơ chỉ có hai vị trí cuối: «bật» và «tắt» .

Ở trạng thái bật, nhiệt độ của lò tăng lên, vì công suất của nó luôn được chọn có giới hạn và nhiệt độ ở trạng thái ổn định tương ứng vượt quá đáng kể nhiệt độ hoạt động của nó. Khi tắt, nhiệt độ của lò giảm theo cấp số nhân.

Đối với trường hợp lý tưởng hóa khi không có độ trễ động trong hệ thống lò điều khiển, hoạt động của bộ điều khiển bật tắt được thể hiện trong Hình. 1, trong đó sự phụ thuộc của nhiệt độ lò vào thời gian được đưa ra ở phần trên và sự thay đổi công suất tương ứng của nó ở phần dưới.

Cơm. 1. Sơ đồ hoạt động lý tưởng của bộ điều chỉnh nhiệt độ hai vị trí

Khi lò nóng lên, lúc đầu công suất của nó sẽ không đổi và bằng công suất danh nghĩa, do đó nhiệt độ của nó sẽ tăng lên điểm 1 khi đạt giá trị Tbutt + ∆t1. Tại thời điểm này, bộ điều chỉnh sẽ hoạt động, công tắc tơ sẽ tắt lò và công suất của nó sẽ giảm xuống bằng không. Do đó, nhiệt độ lò sẽ bắt đầu giảm dọc theo đường cong 1-2 cho đến khi đạt đến giới hạn dưới của vùng chết. Tại thời điểm này, lò sẽ bật lại và nhiệt độ của nó sẽ bắt đầu tăng trở lại.

Do đó, quá trình điều chỉnh nhiệt độ của lò theo nguyên tắc hai vị trí bao gồm sự thay đổi của nó dọc theo đường cong cưa xung quanh giá trị đặt trong các khoảng +∆t1, -∆t1 được xác định bởi vùng chết của bộ điều khiển.

Công suất trung bình của lò phụ thuộc vào tỷ lệ khoảng thời gian giữa trạng thái bật và tắt của nó. Khi lò nóng lên và tích điện, đường cong gia nhiệt của lò sẽ trở nên dốc hơn và đường cong làm mát của lò sẽ phẳng hơn, do đó tỷ lệ chu kỳ chu kỳ sẽ giảm và do đó Pav công suất trung bình cũng sẽ giảm.

Với điều khiển hai vị trí, công suất trung bình của lò luôn được điều chỉnh theo công suất cần thiết để duy trì nhiệt độ không đổi. Vùng chết của bộ điều nhiệt hiện đại có thể được làm rất nhỏ và giảm xuống 0,1-0,2 ° C. Tuy nhiên, dao động thực tế của nhiệt độ lò có thể lớn hơn nhiều lần do độ trễ động trong hệ thống lò điều khiển.

Nguyên nhân chính của sự chậm trễ này là quán tính của cảm biến cặp nhiệt điện, đặc biệt nếu nó được trang bị hai lớp vỏ bảo vệ là gốm và kim loại.Độ trễ này càng lớn, dao động nhiệt độ của lò sưởi càng vượt quá dải chết của bộ điều khiển. Ngoài ra, biên độ của các dao động này phụ thuộc nhiều vào công suất dư thừa của lò. Công suất chuyển mạch của lò càng vượt quá công suất trung bình thì những dao động này càng lớn.

Độ nhạy của chiết áp tự động hiện đại rất cao và có thể đáp ứng mọi yêu cầu. Ngược lại, quán tính của cảm biến lớn. Do đó, một cặp nhiệt điện tiêu chuẩn trong một đầu bằng sứ có vỏ bảo vệ có độ trễ khoảng 20-60 giây. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng thực hiện được do có thể xảy ra hư hỏng cơ học đối với cảm biến, cũng như dòng điện rò rỉ qua cặp nhiệt điện trong thiết bị, khiến chúng hoạt động sai.

Có thể đạt được mức giảm dự trữ năng lượng nếu không bật và tắt lò mà chuyển từ giai đoạn năng lượng này sang giai đoạn năng lượng khác và giai đoạn cao hơn chỉ nên nhiều hơn một chút so với mức tiêu thụ của lò và thấp hơn - không ít hơn nhiều. Trong trường hợp này, các đường cong sưởi ấm và làm mát của lò sẽ rất bằng phẳng và nhiệt độ hầu như không vượt quá vùng chết của thiết bị.

Để thực hiện việc chuyển đổi như vậy từ giai đoạn công suất này sang giai đoạn công suất khác, cần có khả năng điều chỉnh công suất lò một cách trơn tru hoặc theo từng bước. Quy định như vậy có thể được thực hiện theo các cách sau:

1) chuyển đổi lò sưởi, ví dụ, từ «tam giác» sang «sao».Một quy định rất thô sơ như vậy có liên quan đến sự vi phạm tính đồng nhất của nhiệt độ và chỉ được sử dụng trong các thiết bị sưởi ấm bằng điện gia dụng,

2) nối tiếp với lò có điện trở hoạt động hoặc phản kháng có thể điều chỉnh được. Phương pháp này có liên quan đến tổn thất năng lượng rất lớn hoặc giảm hệ số công suất khi lắp đặt,

3) cấp nguồn cho lò thông qua máy biến áp điều chỉnh hoặc máy biến áp tự ngẫu có chuyển mạch lò ở các mức điện áp khác nhau. Ở đây, quy định cũng theo từng bước và tương đối thô, vì điện áp cung cấp được điều chỉnh và công suất lò tỷ lệ với bình phương của điện áp này. Ngoài ra, còn có tổn thất bổ sung (trong máy biến áp) và giảm hệ số công suất,

4) điều khiển pha bằng thiết bị bán dẫn. Trong trường hợp này, lò được cung cấp bởi thyristor, góc chuyển mạch được thay đổi bởi hệ thống điều khiển. Bằng cách này, có thể kiểm soát trơn tru công suất lò trong một phạm vi rộng, hầu như không có tổn thất bổ sung, sử dụng các phương pháp điều khiển liên tục - tỷ lệ, tích phân, tích phân tỷ lệ. Theo các phương pháp này, trong mỗi thời điểm, sự tương ứng giữa năng lượng được lò hấp thụ và năng lượng giải phóng trong lò phải được đáp ứng.

Hiệu quả nhất trong tất cả các phương pháp kiểm soát nhiệt độ trong lò điện là điều chỉnh xung bằng bộ điều chỉnh thyristor.

Quá trình điều khiển xung của công suất lò được thể hiện trong Hình. 2. Tần số hoạt động của các thyristor được chọn tùy thuộc vào quán tính nhiệt của lò điện trở.

Cơm. 2.Lò điện trở điều khiển nhiệt độ xung thyristor

Có ba phương pháp điều chỉnh nhịp tim chính:

- điều khiển xung ở tần số chuyển mạch - ek = 2ev (trong đó ek là tần số của dòng điện mạng cung cấp) với sự thay đổi thời điểm đánh lửa của thyristor được gọi là xung pha hoặc pha (đường cong 1),

- có thể điều chỉnh xung với tần số chuyển mạch tăng

- điều chỉnh xung với tần số chuyển mạch giảm (đường cong 3).

Thông qua điều khiển xung, có thể đạt được khả năng điều khiển công suất mượt mà trong phạm vi rộng mà không bị tổn thất bổ sung, đảm bảo phù hợp với lò tiêu thụ và nguồn điện từ mạng.

Cơm. 3. Sơ đồ đấu nối bộ điều chỉnh nhiệt độ liên tục

Các phần tử chính của mạch: BT — khối thyristor bao gồm 6 thyristor, được nối hai song song ở mỗi pha của lò, NHƯNG — khối điều khiển thyristor, tạo tín hiệu đến các điện cực điều khiển thyristor, PTC — thiết bị điều khiển nhiệt, nhận tín hiệu tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, xử lý và đưa ra sự khác biệt về NO, PE — phần tử chiết áp, có một thanh trượt di chuyển bằng ED với hộp số cơ học, tùy thuộc vào tín hiệu DT, DT — cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt điện), ISN — nguồn điện áp DC ổn định, KL — công tắc tơ tuyến tính, VA1, VA2 — công tắc tự động bảo vệ mạch khỏi đoản mạch.