2. Методика эксперимента
2.1. Экспериментальная установка
Д
ля
знакомства со схемой двухпозиционного
регулирования температурой в качестве
электротермической установки косвенного
нагрева используется тепловая камера
модульной автоматизированной конвейерной
установки для комбинированной тепловой
и СВЧ обработки материалов (рис.2, а
б).
а б
Рис.2. Тепловой модуль (электротермическая установка) косвенного нагрева модульной автоматизированной конвейерной установки для комбинированной тепловой и СВЧ обработки материалов: а –общий вид теплового модуля; б – внутренняя часть электротермической установки
В электротермической установке косвенного нагрева возможен подвод теплоты к обрабатываемому объекту с помощью вынужденной конвекции, для чего тепловой модуль снабжен электрокалорифером, и от нагревателей с инфракрасным излучением.
Тепловой модуль представляет собой прямоугольную рабочую камеру (прямоугольный туннель длиной 1 м с патрубками на его длине для подачи горячего воздуха), внутри которой вдоль движения объекта, на крышке, расположены инфракрасные нагреватели с общим тепловым потоком 5 кВт. В начале и в конце движения объекта расположены воздуходувы, которые могут закрываться шибером и заслонкой. Электрокалорифер с воздуходувкой с максимальной температурой нагрева воздуха 1500С, с трубчатыми электронагревателями.
Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рис. 3. Установка питается от сети переменного тока напряжением 220 В.
Рис.3. Принципиальная схема электротермической установки
В силовую часть схемы входят тиристорный прерыватель в виде вентильной ячейки из встречно-параллельно включенных тиристоров V1, V2, электропечь Z мощностью 2000 Вт, предохранительные элементы F1 и F2, автоматический выключатель S1. В силовой цепи измеряют ток I амперметром РА, напряжение на нагревательных элементах электропечи Un - вольтметром PV и мощность Р - ваттметром PW.
Схема управления СУ установкой позволяет производить ручное и автоматическое управление электропечью. Режим управления устанавливается при помощи тумблера S3: ручное управление — когда S3 замкнут, автоматическое — когда S3 разомкнут. Напряжение сети Uc = 220 В (рис. 4, а) подается «автоматом» S1 на установку, и это же напряжение с закрытых тиристоров VI, V2 поступает на зажимы а и б схемы управления СУ тиристорным контактором. Когда тиристоры V1 и V2 заперты, напряжение на этих зажимах равно напряжению сети, а когда они открыты, то напряжение на зажимах а и б равно прямому падению напряжения на них и составляет порядка 1...2 (рис. 4,б).
Работа схемы в автоматическом режиме протекает следующим образом. В исходном положении ключ S3 разомкнут, контакт К.Р1 электронного потенциометра ЭП нормально замкнут. При температуре внутри печи, меньшей температуры задатчика электронного потенциометра ЭП, используемого в качестве измерителя ЭДС Е хромель-алюмелевой термопары В1, встроенной в рабочее пространство печи, контакт КР1 удерживается в замкнутом состоянии.
В момент достижения ЭДС термопары В1 значения, соответствующего заданной температуре Tзад, срабатывает контакт К.Р1 электронного потенциометра, который размыкается, если температура печи превосходит заданный уровень, и замыкается при снижении температуры ниже этого уровня.
Размыкание контакта К.Р1 (рис. 3) увеличивает сопротивление (R3 + R4) в цепи заряда конденсатора С2. При этом постоянная времени заряда tзap определяется из выражения
Рис.4.
и увеличивается (рис.4,г, прерывистая линия) по сравнению с tзар до размыкания контакта К.Р1 (рис. 4,г, сплошная линия).
Регулируя сопротивление потенциометра R3, можно получить конкретное значение времени заряда tзар, при котором ток в нагревательных элементах печи будет минимальным или равным нулю.
Напряжение, действующее на зажимах а и б (рис. 3), выпрямляется вентилями V3...V6 и далее стабилизируется на уровне около 30 В стабилитроном VII (рис.4,в). Конденсатор С2 заряжается под действием этого напряжения через резисторы R3 и R4. Когда напряжение на конденсаторе С2 достигает значения 15...20 В, т. е. порога срабатывания стабилитрона V12, тиристор V7 открывается током стабилитрона, замыкая цепь для разряда конденсатора С2 через импульсный трансформатор T1. Снимаемые с трансформатора импульсы управления (рис. 4, д, е) подаются на управляющие выводы тиристоров VI, V2, причем открывается тот из них, у которого напряжение сети к аноду приложено в прямом направлении. Тиристор открывается и ток протекает через нагрузку (электрическую печь) в течение (π−α)/ω (рис. 4,ж), после чего тиристор закрывается обратной полуволной питающего напряжения. Далее работа схемы повторяется. Начальное значение угла регулирования не нулевое, так как управляющие импульсы на рабочие тиристоры VI и V2 подаются с небольшим запаздыванием на угол ф из-за того, что требуется время для заряда конденсатора С2.