Metallurgy.zp.ua
Главная » Электрометаллургия » Системы управления нагревателями с высоким значением коэффициента электрического сопротивления

Системы управления нагревателями с высоким значением коэффициента электрического сопротивления

Основным фактором, влияющим на разработку системы управления нагревательными элементами ЭПС любого типа, является зависимость удельного электрического сопротивления материала нагревателя от температуры.

Рисунок 1 - Зависимости удельного электрического сопротивления различных материалов от температуры
Рисунок 1 — Зависимости удельного электрического сопротивления различных материалов от температуры

Как показывает рис. 1.9 материалы нагревательных элементов в зависимости от их температурной характеристики удельного электрического сопротивления можно разделить на 3 типа:

  1. с убывающей характеристикой. К материалам данного типа, применяющимся в качестве нагревателей электрических печей сопротивления, относятся диоксид циркония и хромит лантана.
  2. с неизменной характеристикой. К материалам данного типа относятся графит и углерод-углеродистые композиционные материалы, применяющиеся в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления, а также нихромы и фехрали, которые нашли применения в среднетемпературных ЭПС.
  3. с возрастающей характеристикой. К материалам данного типа относятся тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, тантал, ниобий), применяющиеся в вакуумных печах сопротивления с экранной теплоизоляцией, а также дисилицид молибдена, который используется в высокотемпературных ЭПС.

Применение материалов первого и второго типа не приводит к усложнению системы управления ЭПС. В исследуемых в данной работе вакуумных печах с экранной теплоизоляцией применяются материалы третьего типа. С учетом своей характерной особенности (высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления) они накладывают дополнительное требование к проектированию системы управления. В связи с тем, что электросопротивление нагревателя, выполненного из тугоплавких металлов, при нагреве и охлаждении изменяется в 10÷15 раз, а, следовательно, во столько же раз (в соответствии с законом Ома) изменяется и ток, протекающий по нагревателю. Столь резкий бросок тока негативно сказывается на качестве нагревательных элементов печи, а также значительно сокращает срок их службы.

Кроме того, опыт эксплуатации ВПС с экранной теплоизоляцией говорит о необходимости бережного подключения и контроля нагревателей вне зависимости от применяемых материалов (но для тугоплавких металлов это условие обязательно должно выполняться). Поэтому на практике используют различные способы уменьшения колебаний мощности,
выделяемой в нагревателях, при изменении их температуры.

Классическим можно считать способом ограничения мощности на нагревателях с применением трансформаторов с большим числом ступеней напряжения. За счет постоянного изменения напряжения в процессе разогрева печи осуществляется «плавный» пуск нагревателей в холодном состоянии. Недостатком такого метода является отсутствие рекомендаций по выбору трансформаторов для печей такого типа. С учетом возможностей современных методов моделирования одной из важных задач можно считать разработку моделей, позволяющих выбрать оптимальный понижающий трансформатор, согласно критерию минимума броска тока.

Другим способом ограничения мощности является прямое ограничение тока на нагревателях за счет применения «токовой отсечки» и обратной связи по току в самом регуляторе. Такой метод позволяет отказаться от применения трансформатора с большим числом ступеней напряжения, а также включать печь на номинальное напряжение. Например, компания ООО «Термокерамика» разработала для работы с такими нагревателями регулятор температуры «Термолюкс Т-020». В этом приборе благодаря наличию дополнительной обратной связи по току реализована функция непревышения заданного тока. Стоит отметить, что в большинстве исполнений тиристорных регуляторов мощности токовую отсечку не применяют. Более того, введение токовой отсечки возможно только при использовании фазоимпульсного способа управления тиристорами регулятора мощности, в то время как для
печей сопротивления применяют импульсное (релейное) управление тиристорами, позволяющее уменьшить стоимость при сохранении качества и точности регулирования.

В связи с вышесказанным, разработки по совершенствованию систем управления ВПС должны быть направлены на разработку регуляторов температуры, позволяющих расширить применение стандартных микропроцессорных контроллеров для осуществления электропитания нагревателей из тугоплавких металлов.