Automatische temperatuurregeling in elektrische ovens

In elektrische weerstandsovens wordt in de meeste gevallen het eenvoudigste type temperatuurregeling gebruikt - tweestandenregeling, waarbij het uitvoerende element van het besturingssysteem - de schakelaar heeft slechts twee eindstanden: «aan» en «uit» .

In de ingeschakelde toestand stijgt de temperatuur van de oven, omdat het vermogen altijd met een marge wordt geselecteerd en de overeenkomstige stabiele temperatuur de bedrijfstemperatuur aanzienlijk overschrijdt. Wanneer uitgeschakeld, neemt de temperatuur van de oven exponentieel af.

Voor het geïdealiseerde geval waarin er geen dynamische vertraging is in het controller-ovensysteem, wordt de werking van de aan/uit-controller getoond in Fig. 1, waarin de afhankelijkheid van de oventemperatuur van de tijd wordt gegeven in het bovenste deel en de overeenkomstige verandering in het vermogen ervan in het onderste deel.

Rijst. 1. Geïdealiseerd werkingsschema van een temperatuurregelaar met twee standen

Wanneer de oven opwarmt, zal het vermogen in het begin constant zijn en gelijk aan het nominale vermogen, dus de temperatuur zal stijgen tot punt 1 wanneer het de waarde Tbutt + ∆t1 bereikt. Op dit punt zal de regelaar werken, de schakelaar zal de oven uitschakelen en het vermogen zal tot nul dalen. Als resultaat zal de oventemperatuur langs curve 1-2 beginnen te dalen totdat de ondergrens van de dode zone is bereikt. Op dit punt gaat de oven weer aan en begint de temperatuur weer te stijgen.

Het proces van het regelen van de temperatuur van de oven volgens het principe van twee posities bestaat dus uit de verandering langs een zaagcurve rond de ingestelde waarde in de intervallen +∆t1, -∆t1 bepaald door de dode zone van de regelaar.

Het gemiddelde vermogen van de oven hangt af van de verhouding van de tijdsintervallen van de aan- en uitstand. Naarmate de oven opwarmt en oplaadt, zal de verwarmingscurve van de oven steiler worden en zal de koelcurve van de oven vlakker worden, zodat de cyclusperiodeverhouding zal afnemen en daarom zal het gemiddelde vermogen Pav ook dalen.

Met tweestandenregeling wordt het gemiddelde vermogen van de oven te allen tijde aangepast aan het vermogen dat nodig is om een ​​constante temperatuur te behouden. De dode zone van moderne thermostaten kan heel klein worden gemaakt en op 0,1-0,2 ° C worden gebracht. De werkelijke schommelingen in de oventemperatuur kunnen echter vele malen groter zijn vanwege de dynamische vertraging in het controller-ovensysteem.

De belangrijkste bron van deze vertraging is de traagheid van de thermokoppelsensor, vooral als deze is uitgerust met twee beschermende schalen, keramiek en metaal.Hoe groter deze vertraging, hoe meer de temperatuurschommelingen van de verwarming de dode zone van de controller overschrijden. Bovendien zijn de amplitudes van deze oscillaties sterk afhankelijk van het overtollige vermogen van de oven. Hoe meer het schakelvermogen van de oven het gemiddelde vermogen overschrijdt, des te groter zijn deze schommelingen.

De gevoeligheid van moderne automatische potentiometers is zeer hoog en kan aan elke eis voldoen. Integendeel, de traagheid van de sensor is groot. Zo heeft een standaard thermokoppel in een porseleinen punt met een beschermend omhulsel een vertraging van ongeveer 20-60 s. Daarom worden in gevallen waarin temperatuurschommelingen onaanvaardbaar zijn, onbeschermde thermokoppels met open einde gebruikt als sensoren. Dit is echter niet altijd mogelijk vanwege mogelijke mechanische schade aan de sensor, evenals lekstromen door het thermokoppel in de apparaten, waardoor deze defect raken.

Het is mogelijk om de gangreserve te verminderen als de oven niet wordt in- en uitgeschakeld, maar van de ene vermogenstrap naar de andere wordt geschakeld, en de hogere trap mag slechts iets meer zijn dan het door de oven verbruikte vermogen, en de lager - niet veel minder. In dit geval zullen de verwarmings- en koelcurven van de oven erg vlak zijn en zal de temperatuur nauwelijks de dode zone van het apparaat overschrijden.

Om zo'n overstap van de ene vermogenstrap naar de andere te kunnen maken, is het noodzakelijk om het vermogen van de oven traploos of trapsgewijs te kunnen regelen. Dergelijke regulering kan op de volgende manieren worden uitgevoerd:

1) overschakelen van ovenverwarmers, bijvoorbeeld van «driehoek» naar «ster».Zo'n zeer ruwe regeling gaat gepaard met een schending van de temperatuuruniformiteit en wordt alleen gebruikt in huishoudelijke elektrische verwarmingstoestellen,

2) serieschakeling met de oven met instelbare actieve of reactieve weerstand. Deze methode gaat gepaard met zeer grote energieverliezen of een vermindering van de arbeidsfactor van de installatie,

3) het voeden van de oven via een regeltransformator of een autotransformator met ovenschakeling op verschillende spanningsniveaus. Ook hier is de regeling stapsgewijs en relatief grof, aangezien de voedingsspanning wordt geregeld en het ovenvermogen evenredig is met het kwadraat van deze spanning. Daarnaast zijn er extra verliezen (in de transformator) en vermindering van de arbeidsfactor,

4) fasecontrole met halfgeleiderapparaten. In dit geval wordt de oven aangedreven door thyristors, waarvan de schakelhoek wordt gewijzigd door het besturingssysteem. Op deze manier is het mogelijk om het ovenvermogen over een breed bereik soepel te regelen, bijna zonder extra verliezen, met behulp van continue regelmethoden - proportioneel, integraal, proportioneel-integraal. Volgens deze methoden moet voor elk moment van de tijd worden voldaan aan de overeenkomst tussen het door de oven opgenomen vermogen en het in de oven afgegeven vermogen.

De meest effectieve van alle methoden voor temperatuurregeling in elektrische ovens is pulsregeling met thyristorregelaars.

Het pulsbesturingsproces van het ovenvermogen wordt getoond in Fig. 2. De werkfrequentie van de thyristors wordt gekozen afhankelijk van de thermische traagheid van de elektrische weerstandsoven.

Rijst. 2.Thyristor pulstemperatuurregelaar elektrische weerstandsoven

Er zijn drie hoofdmethoden voor hartslagregulatie:

— pulsregeling bij schakelfrequentie — ek = 2ev (waarbij ek de frequentie is van de voedingsnetstroom) met een verandering in het moment van ontsteking van de thyristor wordt een fasepuls of fase genoemd (krommen 1),

— pulsregeling met verhoogde schakelfrequentie is mogelijk

— pulsregeling met gereduceerde schakelfrequentie (curven 3).

Door middel van pulsregeling is het mogelijk om een ​​soepele vermogensregeling te bereiken over een breed bereik zonder extra verliezen, waardoor wordt voldaan aan de verbruikte oven en de voeding van het netwerk.

Rijst. 3. Aansluitschema van de continue temperatuurregelaar

De belangrijkste elementen van het circuit: BT - thyristorblok bestaande uit 6 thyristors, twee parallel geschakeld in elke fase van de oven, MAAR - thyristorbesturingsblok, genereert een signaal naar de thyristorbesturingselektroden, PTC - warmteregelingsapparaat, ontvangt een signaal van temperatuursensor, verwerkt en voert een discrepantie uit in NO, PE - potentiometerelement, heeft een schuifregelaar die wordt bewogen door ED met een mechanische overbrenging, afhankelijk van het DT-signaal, DT - temperatuursensor (thermokoppel), ISN - gestabiliseerde DC-spanningsbron, KL — lineaire schakelaar, VA1, VA2 — automatische schakelaars om circuits te beschermen tegen kortsluiting.