4.3. Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления
Мощность современных электропечей сопротивления колеблется от долей киловатта до нескольких мегаватт. Печи мощностью более 20 кВт обычно выполняют трехфазными и подключают к сетям напряжением 120, 380, 660 В непосредственно или через печные трансформаторы. Коэффициент мощности печей сопротивления близок к 1, распределение нагрузки по фазам в трехфазных печах равномерное.
Применяемое в ЭПС электрическое оборудование подразделяется на силовое, аппаратуру управления, измерительную и пирометрическую.
К силовому оборудованию относятся трансформаторы, понижающие и регулировочные автотрансформаторы, блоки питания, приводящие в действие механизмы электроприводов, силовая коммутационная и защитная аппаратура, рубильники, контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели и плавкие предохранители.
Большинство печей выполняют на напряжение питающей сети: они не нуждаются в трансформаторах и автотрансформаторах. Применение понижающих печных трансформаторов позволяет увеличить рабочие токи и применять для изготовления нагревателей проводники большего сечения, что повышает их прочность и надежность,
Все промышленные печи сопротивления работают в режиме автоматического регулирования температуры, что позволяет приводить в действие мощность печи с требуемым температурным режимом, а это, в свою очередь, ведет к. снижению удельного расхода электроэнергии по сравнению с ручным регулированием. Регулирование рабочей температуры в электрических печах сопротивления производится изменением поступающей в печь мощности.
Регулирование подводимой к печи мощности может быть произведено несколькими способами: периодическое отключение и подключение печи к питающей сети (двухпозиционное регулирование); переключение печи со звезды на треугольник, либо с последовательного соединения на параллельное (трехпозиционное регулирование).
При двухпозиционном позиционном регулировании (рис. 4.40) показаны функциональная схема включения печи, изменение температуры и мощности), температура в рабочем пространстве ЭПС контролируется термопарами, термометрами сопротивления, фотоэлементами. Включение печи производится регулятором температуры посредством подачи команды на катушку выключателя КВ.
Температура
в печи растет до значения
,
в этот момент терморегулятор отключает
печь.
Рис. 4.40. Функциональная схема включения печи, изменение
температуры и мощности при двухпозиционном регулировании:
ЭП — электропечь; В - выключатель;
РТ - регулятор температуры; КВ - катушка выключателя;
1 - температура печи; 2 - температура нагреваемого тела;
3 - средняя потребляемая печью мощность
За
счет поглощения теплоты нагреваемым
телом и потерь в окружающее пространство
температура снижается до
,
после чего РТ вновь дает команду на
подключение печи к сети.
Глубина пульсаций температуры зависит от чувствительности РТ, инерционности печи и чувствительности датчика температуры.
При трехпозиционном регулировании подводимая к печи мощность меняется при переключении нагревателей со звезды на треугольник. Регулирование температуры этим методом позволяет снизить мощность, потребляемую из сети.
С энергетической точки зрения такой метод регулирования достаточно эффективен, так как при нем не оказывается вредного влияния на питающую сеть.
Регулирование мощности печи изменением подводимого напряжения может быть осуществлено несколькими способами:
применение регулировочных трансформаторов и автотрансформаторов с плавным бесконтактным регулированием под нагрузкой;
использование потенциал-регуляторов;
включение в цепь нагревателей дополнительных сопротивлений в виде дросселей и реостатов;
импульсное регулирование с использованием тиристорных регуляторов.
Использование трансформаторов с плавным бесконтактным регулированием под нагрузкой, автотрансформаторов и потенциал-регуляторов связано со значительными капитальными затратами, наличием дополнительных потерь и потреблением реактивной мощности. Этот способ применяется редко.
Включение в цепь нагревателей дополнительного индуктивного или активного сопротивления связано с дополнительными потерями и потреблением реактивной мощности, что также ограничивает применение этого способа регулирования.
Импульсное регулирование на базе тиристорных регуляторов осуществляется с помощью полупроводниковых вентилей, периодичность работы которых выбирают в зависимости от тепловой инерционности электропечи.
Можно выделить три основных способа импульсного регулирования мощности, потребляемой от сети переменного тока:
1.
Импульсное регулирование при
частоте коммутации
(
- частота тока питающей сети) с изменением
момента отпирания тиристора называется
фазоимпульсным или фазным (кривые а).
2. Импульсное регулирование с повышенной частотой коммутации (кривые б).
3.
Импульсное регулирование с пониженной
частотой коммутации
(кривые в).
Путем импульсного регулирования можно получить плавное регулирование мощности в широких пределах почти без дополнительных потерь, обеспечивая соответствие мощности, потребляемой печью, и мощности, подводимой из сети.
На рис. 4.41 показана схема импульсного регулирования мощности печи.
Рис. 4.41. Схема импульсного регулирования мощности печи:
ЭП - электропечь; РТ - теплорегулятор; УТ - блок управления тиристорным регулятором; ТР - тиристорный регулятор