Αυτόματος έλεγχος θερμοκρασίας σε ηλεκτρικούς φούρνους

Σε φούρνους ηλεκτρικής αντίστασης, στην πλειονότητα των περιπτώσεων, χρησιμοποιείται ο απλούστερος τύπος ελέγχου θερμοκρασίας - έλεγχος δύο θέσεων, στον οποίο το εκτελεστικό στοιχείο του συστήματος ελέγχου - ο επαφέας έχει μόνο δύο τελικές θέσεις: «on» και «off». .

Στην κατάσταση ενεργοποίησης, η θερμοκρασία του κλιβάνου αυξάνεται, επειδή η ισχύς του επιλέγεται πάντα με ένα περιθώριο και η αντίστοιχη θερμοκρασία σταθερής κατάστασης υπερβαίνει σημαντικά τη θερμοκρασία λειτουργίας του. Όταν είναι απενεργοποιημένο, η θερμοκρασία του φούρνου μειώνεται εκθετικά.

Για την εξιδανικευμένη περίπτωση όπου δεν υπάρχει δυναμική καθυστέρηση στο σύστημα ελεγκτή-κλιβάνου, η λειτουργία του ελεγκτή on-off φαίνεται στο Σχ. 1, στο οποίο η εξάρτηση της θερμοκρασίας του κλιβάνου από το χρόνο δίνεται στο επάνω μέρος και η αντίστοιχη μεταβολή της ισχύος του στο κάτω μέρος.

Ρύζι. 1. Ιδανικό σχήμα λειτουργίας ρυθμιστή θερμοκρασίας δύο θέσεων

Όταν ο φούρνος θερμανθεί, στην αρχή η ισχύς του θα είναι σταθερή και ίση με την ονομαστική, οπότε η θερμοκρασία του θα ανέβει στο σημείο 1 όταν φτάσει την τιμή Tbutt + ∆t1. Σε αυτό το σημείο, ο ρυθμιστής θα λειτουργήσει, ο επαφέας θα σβήσει τον κλίβανο και η ισχύς του θα πέσει στο μηδέν. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία του κλιβάνου θα αρχίσει να μειώνεται κατά μήκος της καμπύλης 1-2 έως ότου επιτευχθεί το κατώτερο όριο της νεκρής ζώνης. Σε αυτό το σημείο, ο φούρνος θα ανάψει ξανά και η θερμοκρασία του θα αρχίσει να αυξάνεται ξανά.

Έτσι, η διαδικασία ρύθμισης της θερμοκρασίας του κλιβάνου σύμφωνα με την αρχή των δύο θέσεων συνίσταται στην αλλαγή της κατά μήκος μιας καμπύλης πριονιού γύρω από την καθορισμένη τιμή στα διαστήματα +Δt1, -Δt1 που καθορίζονται από τη νεκρή ζώνη του ελεγκτή.

Η μέση ισχύς του κλιβάνου εξαρτάται από την αναλογία των χρονικών διαστημάτων της κατάστασης ενεργοποίησης και απενεργοποίησης. Καθώς ο κλίβανος θερμαίνεται και φορτίζεται, η καμπύλη θέρμανσης του κλιβάνου θα γίνει πιο απότομη και η καμπύλη ψύξης του κλιβάνου θα είναι πιο επίπεδη, επομένως ο λόγος περιόδου κύκλου θα μειωθεί και επομένως η μέση ισχύς Pav θα μειωθεί επίσης.

Με τον έλεγχο δύο θέσεων, η μέση ισχύς του φούρνου ρυθμίζεται ανά πάσα στιγμή στην ισχύ που απαιτείται για τη διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας. Η νεκρή ζώνη των σύγχρονων θερμοστατών μπορεί να γίνει πολύ μικρή και να φτάσει στους 0,1-0,2 ° C. Ωστόσο, οι πραγματικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του κλιβάνου μπορεί να είναι πολλές φορές μεγαλύτερες λόγω της δυναμικής καθυστέρησης στο σύστημα ελεγκτή-κλιβάνου.

Η κύρια πηγή αυτής της καθυστέρησης είναι η αδράνεια του αισθητήρα θερμοστοιχείου, ειδικά εάν είναι εξοπλισμένος με δύο προστατευτικά κελύφη, κεραμικό και μεταλλικό.Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η καθυστέρηση, τόσο περισσότερο οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του θερμαντήρα υπερβαίνουν τη νεκρή ζώνη του ελεγκτή. Επιπλέον, τα πλάτη αυτών των ταλαντώσεων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την υπερβολική ισχύ του κλιβάνου. Όσο περισσότερο η ισχύς μεταγωγής του κλιβάνου υπερβαίνει τη μέση ισχύ, τόσο μεγαλύτερες είναι αυτές οι διακυμάνσεις.

Η ευαισθησία των σύγχρονων αυτόματων ποτενσιόμετρων είναι πολύ υψηλή και μπορεί να καλύψει κάθε απαίτηση. Αντίθετα, η αδράνεια του αισθητήρα είναι μεγάλη. Έτσι, ένα τυπικό θερμοστοιχείο σε μύτη πορσελάνης με προστατευτικό κάλυμμα έχει καθυστέρηση περίπου 20-60 δευτ. Επομένως, σε περιπτώσεις όπου οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι απαράδεκτες, χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες μη προστατευμένα θερμοστοιχεία ανοιχτού άκρου. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πάντα δυνατό λόγω πιθανής μηχανικής βλάβης στον αισθητήρα, καθώς και ρευμάτων διαρροής μέσω του θερμοστοιχείου στις συσκευές, με αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία τους.

Είναι δυνατό να επιτευχθεί μείωση του αποθεματικού ισχύος εάν ο κλίβανος δεν είναι ενεργοποιημένος και απενεργοποιημένος, αλλά αλλάζει από το ένα στάδιο ισχύος στο άλλο και το υψηλότερο στάδιο θα πρέπει να είναι μόνο ελαφρώς μεγαλύτερη από την ισχύ που καταναλώνει ο κλίβανος και χαμηλότερα - όχι πολύ λιγότερο. Σε αυτή την περίπτωση, οι καμπύλες θέρμανσης και ψύξης του κλιβάνου θα είναι πολύ επίπεδες και η θερμοκρασία δύσκολα θα ξεπεράσει τη νεκρή ζώνη της συσκευής.

Για να γίνει ένας τέτοιος διακόπτης από το ένα στάδιο ισχύος στο άλλο, είναι απαραίτητο να μπορείτε να ρυθμίσετε την ισχύ του κλιβάνου ομαλά ή σταδιακά. Μια τέτοια ρύθμιση μπορεί να πραγματοποιηθεί με τους εξής τρόπους:

1) εναλλαγή θερμαντικών κλιβάνων, για παράδειγμα, από «τρίγωνο» σε «αστέρι».Μια τέτοια πολύ σκληρή ρύθμιση σχετίζεται με παραβίαση της ομοιομορφίας θερμοκρασίας και χρησιμοποιείται μόνο σε οικιακές ηλεκτρικές συσκευές θέρμανσης,

2) σύνδεση σε σειρά με τον κλίβανο με ρυθμιζόμενη ενεργή ή αντιδραστική αντίσταση. Αυτή η μέθοδος συνδέεται με πολύ μεγάλες απώλειες ενέργειας ή μείωση του συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης,

3) τροφοδοσία του κλιβάνου μέσω ενός ρυθμιστικού μετασχηματιστή ή ενός αυτομετασχηματιστή με μεταγωγή κλιβάνου σε διαφορετικά επίπεδα τάσης. Εδώ, η ρύθμιση είναι επίσης σταδιακή και σχετικά χονδροειδής, αφού η τάση τροφοδοσίας είναι ρυθμισμένη και η ισχύς του κλιβάνου είναι ανάλογη με το τετράγωνο αυτής της τάσης. Επιπλέον, υπάρχουν πρόσθετες απώλειες (στον μετασχηματιστή) και μείωση του συντελεστή ισχύος,

4) έλεγχος φάσης με συσκευές ημιαγωγών. Σε αυτή την περίπτωση, ο κλίβανος τροφοδοτείται από θυρίστορ, η γωνία μεταγωγής των οποίων αλλάζει από το σύστημα ελέγχου. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατός ο ομαλός έλεγχος της ισχύος του κλιβάνου σε ένα ευρύ φάσμα, σχεδόν χωρίς πρόσθετες απώλειες, χρησιμοποιώντας μεθόδους συνεχούς ελέγχου - αναλογικό, ακέραιο, αναλογικό-ολοκληρωμένο. Σύμφωνα με αυτές τις μεθόδους, για κάθε χρονική στιγμή, πρέπει να εκπληρώνεται η αντιστοιχία μεταξύ της ισχύος που απορροφάται από τον κλίβανο και της ισχύος που απελευθερώνεται στον κλίβανο.

Η πιο αποτελεσματική από όλες τις μεθόδους ελέγχου θερμοκρασίας στους ηλεκτρικούς φούρνους είναι η ρύθμιση παλμών με ρυθμιστές θυρίστορ.

Η διαδικασία ελέγχου παλμού της ισχύος του κλιβάνου φαίνεται στο Σχ. 2. Η συχνότητα λειτουργίας των θυρίστορ επιλέγεται ανάλογα με τη θερμική αδράνεια του κλιβάνου ηλεκτρικής αντίστασης.

Ρύζι. 2.Κλίβανος ηλεκτρικής αντίστασης ελεγκτής θερμοκρασίας θυρίστορ

Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι ρύθμισης του καρδιακού ρυθμού:

— έλεγχος παλμού στη συχνότητα μεταγωγής — ek = 2ev (όπου ek είναι η συχνότητα του ρεύματος του δικτύου τροφοδοσίας) με μια αλλαγή στη στιγμή ανάφλεξης του θυρίστορ ονομάζεται παλμός φάσης ή φάση (καμπύλες 1),

— Είναι δυνατή η ρύθμιση παλμού με αυξημένη συχνότητα μεταγωγής

— ρύθμιση παλμού με μειωμένη συχνότητα μεταγωγής (καμπύλες 3).

Μέσω του ελέγχου παλμών, είναι δυνατό να επιτευχθεί ομαλός έλεγχος ισχύος σε μεγάλο εύρος χωρίς πρόσθετες απώλειες, διασφαλίζοντας τη συμμόρφωση με τον κλίβανο που καταναλώνεται και την παροχή ρεύματος από το δίκτυο.

Ρύζι. 3. Διάγραμμα σύνδεσης του ρυθμιστή συνεχούς θερμοκρασίας

Τα κύρια στοιχεία του κυκλώματος: BT — μπλοκ θυρίστορ που αποτελείται από 6 θυρίστορ, συνδεδεμένα δύο παράλληλα σε κάθε φάση του κλιβάνου, ΑΛΛΑ — μπλοκ ελέγχου θυρίστορ, παράγει σήμα στα ηλεκτρόδια ελέγχου θυρίστορ, PTC — συσκευή ελέγχου θερμότητας, λαμβάνει σήμα από τον αισθητήρα θερμοκρασίας, επεξεργάζεται και εξάγει μια απόκλιση στο NO, PE — στοιχείο ποτενσιόμετρου, έχει ένα ρυθμιστικό που μετακινείται από ED με μηχανική μετάδοση, ανάλογα με το σήμα DT, DT — αισθητήρας θερμοκρασίας (θερμοζεύγος), ISN — σταθεροποιημένη πηγή τάσης DC, KL — γραμμικός επαφέας, VA1, VA2 — αυτόματοι διακόπτες για την προστασία των κυκλωμάτων από βραχυκυκλώματα.