電加熱溫度控制方案

本次課標題：模塊一——電加熱溫度掌握方案授 上 周 月日第 節(jié)課 課班 時 周 月 日第 節(jié)級 間

上 過程掌握試驗室課地點教 能依據(jù)工藝特點與要求制定合理的電加熱溫度掌握方案學(xué)目的力量〔技能〕目標1、能依據(jù)工藝特點與要求，用雙位式和三位式掌握器組成合理的溫度掌握系統(tǒng)。教 2、能依據(jù)工藝特點與要求，用可控硅電學(xué) 力掌握器等自動化儀表組成合理地溫度定值目掌握系統(tǒng)。標

學(xué)問目標1和三位掌握的根本應(yīng)用。2點，生疏用可控硅電力掌握器組成的單回路溫度掌握系統(tǒng)原理。重點 重點：基于可控硅電力調(diào)壓/調(diào)功器的單回路溫度掌握系統(tǒng)原理。難點 難點：可控硅電力掌握器的工作原理。及 解決方法側(cè)重于可控硅電力掌握器的應(yīng)用技術(shù)通過各類掌握性能的比照明確其性能特點，解 突出技術(shù)應(yīng)用。決方法[1]高志宏主編《過程掌握與自動化儀表，浙江大學(xué)出版社，2023年參 [2]厲玉鳴主編《化工儀表及自動化，化學(xué)工業(yè)出版社，2023年.考 [3]王森等主編《儀表工試題集，化學(xué)工業(yè)出版社，2023年其次版.資解懷仁、楊彬彥主編2023年料2023年其次版.課前預(yù)備4人/小組進展分組?！?0分鐘〕1、教師作業(yè)點評TC冷介質(zhì)TC冷介質(zhì)加熱爐熱介質(zhì)燃料1氣時，爐溫不連續(xù)上升，以防燒壞爐子，應(yīng)承受氣開閥〔斷氣時關(guān)閉，是“正”作用爐溫是隨燃料的增多而上升的所 圖1 加熱爐掌握系統(tǒng)圖以爐子也是“正”作用的。所以依據(jù)反響掌握原理，調(diào)整器必需為“反”作用，才能當爐溫上升時，使閥門關(guān)小，爐溫下降。出↓→溫度↓。2、教學(xué)說明要教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)適當反復(fù)講解。二、課程導(dǎo)引——加熱掌握的意義溫度掌握在工業(yè)生產(chǎn)中具有極廣泛的應(yīng)用，依據(jù)加熱介質(zhì)的不同，大致可分為二類：一是燃燒加熱方式，另一種是電加熱方式。后者由于使用安全、效率較高、環(huán)保節(jié)能、掌握便利成與調(diào)試技術(shù)，以使大家對溫度掌握技術(shù)有一根本生疏，并學(xué)會應(yīng)用?；谇耙浑A段的學(xué)習(xí)——掌握方案確定——儀表選擇——軟、硬件開發(fā)〔系統(tǒng)集成〕——系統(tǒng)調(diào)試與投運組織教學(xué)過程，以使同學(xué)們能體驗完整的工作過程，逐步實現(xiàn)從學(xué)習(xí)者到工作者的角色轉(zhuǎn)換。三、理論分析——〔35分鐘〕1來說明：溫度傳感器檢測水溫，并將信號傳送給溫度掌握器，溫度掌握器則依據(jù)實時的溫度凹凸接通或斷開繼電器，使加熱器通電或斷電，從而使水溫掌握在需要的數(shù)值上。這種位式掌握方式簡潔、本錢較低、易于實現(xiàn)，因此在工藝要求不高的場合應(yīng)用廣泛。依據(jù)溫度掌握器掌握規(guī)律的不同掌握，它又可分為三種掌握方式：雙位掌握、具有中間區(qū)的雙位掌握和多位掌握方式。下面簡述各自原理。1、雙位掌握雙位掌握是位式掌握的最簡潔形式。雙位掌握的規(guī)律是：當測量值大于給定值時，掌握器的輸出最大〔或最?。欢敎y量值小于給定值時，則掌握器的輸出為最小〔或最大eu間的關(guān)系為：當e>0或e<0時， uu

；maxe<0或e>0時， uu

。min雙位掌握只有兩個輸出值，相應(yīng)的執(zhí)行器也只有兩個極限位置，“開”或“關(guān)”。而且從一2所示。圖3閉，從而使貯槽水溫維持在給定值上下很小一個范圍內(nèi)波動。u開位eu開位e關(guān)位J圖2 抱負的雙位掌握特性圖 圖3雙位掌握例如2、具有中間區(qū)的雙位掌握圖1所示的是抱負的雙位掌握特性。在自動掌握系統(tǒng)中，掌握器假設(shè)要按上述規(guī)律動作，則執(zhí)行器動作格外頻繁，這樣就會使系統(tǒng)中的運動部件〔如上例中的繼電器〕因動作頻繁而損壞，因而很難保持雙位掌握系統(tǒng)安全、牢靠地工作。實際生產(chǎn)中被控變量與給定值之間總是允許有肯定偏差，因此，實際應(yīng)用的雙位掌握器都有一個中間區(qū)〔有時就是儀表的不靈敏區(qū)。帶中間區(qū)的雙位掌握規(guī)律是：當被控變量上升時，必需在測量值高于給定值某一數(shù)值通〔或關(guān)繼電器才關(guān)〔或通。在中間區(qū)域，繼電器是不動作的。這樣，就可以大大降低執(zhí)行器3所示。PPtTthTOtLTtTthTOtLTtu開0e關(guān)只要將圖35所示。圖中上面的曲線是掌握器輸出〔例如通過繼電器的電能與時間t的關(guān)系；下面的曲線是被控變量〔溫度〕在中間區(qū)內(nèi)隨時間變化的曲線。當溫度低于下限值時，繼電器是接通的，供熱量大于流體的需求量，故溫度上升。當上升到上限值時，繼電器關(guān)閉，熱量停頓供給。由于此時容器內(nèi)流體不斷有冷水流入，故溫度下降，直到溫度下降至下限值時，繼電器才重接通，溫度又開頭上升。因此，帶中間區(qū)的雙位掌握過程是被控變量在它的上限值與下限值之間的等幅振蕩過程。對于雙位掌握過程，一般均承受振幅與周期〔或頻率〕5中振幅為H h－h(huán)，周期為TH 得大一些，這樣振蕩周期就較長，可使系統(tǒng)中的掌握元件、調(diào)整閥的動作次數(shù)削減，可動部件就不易磨損，削減修理工作量，有利于生產(chǎn)。對于同一個雙位掌握系統(tǒng)來說，過渡過程的振幅與周期是有沖突的。假設(shè)要求振幅小，則周期必定短；假設(shè)要求周期長，則振幅必定大。然而，通過合理地選擇中間區(qū)，可以使兩者得到兼顧。在設(shè)計雙位掌握系統(tǒng)時，應(yīng)當使振幅在允許的偏差范圍內(nèi)，盡可能地使周期延長。雙位掌握器構(gòu)造簡潔、本錢較低、易于實現(xiàn)，因此應(yīng)用很普遍。常見的雙位掌握器有帶電觸點的壓力表、帶電觸點的水銀溫度計、雙金屬片溫度計、動圈式雙位批示調(diào)整儀等。在工業(yè)生產(chǎn)中，如對掌握質(zhì)量要求不高，且允許進展位式掌握時，可承受雙位掌握器構(gòu)成雙位掌握系統(tǒng)。如空氣壓縮機貯罐的壓力掌握，恒溫箱、電烘箱、管式加熱爐的溫度掌握等就常承受雙位掌握系統(tǒng)。3、多位掌握雙位掌握的特點是：掌握器只有最大與最小兩個輸出值；執(zhí)行器只有“開”與“關(guān)”兩個極限位置。因此，對象中物料量或能量總是處于嚴峻的不平衡狀態(tài)，被控變量總是猛烈振蕩，得不到比較平穩(wěn)的掌握過程。為了改善這種特性，掌握器的輸出可以增加一個中間值，即當被控變量在某一個范圍內(nèi)時，執(zhí)行器可以處于某一中間位置，以使系統(tǒng)中物料量或能量的不平衡狀態(tài)得到緩和，這就構(gòu)成了三位式掌握規(guī)律。如6是三位式掌握器的特性示意圖。明顯它的掌握效果要比雙位式掌握的好一些。假設(shè)位數(shù)更多，則掌握效果還會更好。固然，增加位數(shù)就會便掌握器的簡單程度增加。因此在多位掌握中，常用的是三位掌握。例如，在加熱爐中，可以采XCT型動圈式三位指示調(diào)整儀進展溫度的三位掌握。

6三位式掌握過程1 1 2 212三位指示調(diào)整儀有三個指針。其中一個為指示指針，另外兩個為給定指針。給定指針的7表示電爐加熱1說明該系統(tǒng)的工作狀況。當溫度低于下限值時，“總-低”接通，J的掌握繞組有電流通過，J的常開觸點閉合，J的掌握繞組無電流通過，J1 1 2 21211

J掌握繞組皆無電流通過，J

的觸點閉合，2這時乙組加熱器通電加熱，甲組不加熱，溫度可以維持在這一范圍內(nèi)緩慢變化；當溫度高于2、1上限值時，儀表內(nèi)“總-高”接通，則J、1源，故溫度可以下降。

J 兩對觸點皆斷開，甲、乙兩組加熱器同時切斷電繼電器工作狀況J1J2繼電器工作狀況J1J2高中低總—＋220V～J1乙甲J2220V～圖7 三位掌握系統(tǒng)〔35分鐘〕熱供給量能始終與熱需求量相匹配，提高掌握精度。隨著電力電子技術(shù)進展，研制成功了基已被廣泛應(yīng)用于各種電力設(shè)備中，諸如窯爐、熱處理爐、電氣高溫爐、合成電爐、變換脫硫加熱爐、熱處理爐、熱水爐、蒸汽鍋爐、導(dǎo)熱油爐、高周波機械、電鍍設(shè)備、印染設(shè)備、涂裝設(shè)備、射出機、押出機等?；诳煽毓桦娏φ莆掌鞯臏囟日莆障到y(tǒng)可用圖7e，經(jīng)運算后得到掌握值輸出給可控硅電力掌握器，并由它去掌握串在主回路中的可控硅〔晶閘管〕模組，轉(zhuǎn)變主回路中電壓的導(dǎo)通與關(guān)斷，由此到達調(diào)整電功率的目的。調(diào)整調(diào)整給定值溫度傳感器可控硅電力掌握器圖7 基于可控硅電力掌握器的溫度掌握系統(tǒng)型和變周期過零調(diào)功型三種掌握模式。下面就其掌握原理及性能特點分析如下。1“調(diào)壓型”觸發(fā)方式，也稱為“移相型”觸發(fā)方式，即在溝通電的半個周期〔正半周期或負半周期〕內(nèi)通過掌握〔移動〕〔又稱導(dǎo)通角〕和關(guān)斷時間〔又稱掌握角〕的比例來到達轉(zhuǎn)變輸出電壓平均值的目的，輸出的連續(xù)性比較好，被控參數(shù)比較穩(wěn)定〔8所示。圖8 “調(diào)壓型”觸發(fā)方式的工作波形這種方式由于輸出波形連續(xù)性好，又可以通過變壓器、互感器來實現(xiàn)電壓、電流、功率反響來提高系統(tǒng)性能，所以應(yīng)用場合最多。高次諧波會通過電網(wǎng)對其它電子設(shè)備產(chǎn)生肯定的干擾，因此對有特別要求的場合應(yīng)慎重使用。2為避開“調(diào)壓型”觸發(fā)方式對電網(wǎng)的干擾，可以應(yīng)用一種“定周期過零調(diào)功型”觸發(fā)方9所示。這種方式的特點是：在一個較長的固定周期內(nèi)通過觸發(fā)電路掌握導(dǎo)通周波的個數(shù)和關(guān)斷周波個數(shù)的比值〔又稱為占空比或時間比例〕來掌握負載功率的平均值。這種電路能保證主回路在波形的過零瞬間導(dǎo)通或關(guān)斷，不會產(chǎn)生自感電勢，從而避開了對電網(wǎng)的干擾。針會來回搖擺，同時，這種方式不能實現(xiàn)電流限制功能。9“定周期過零調(diào)功型”觸發(fā)方式的工作波形3“變周期過零調(diào)功型”觸發(fā)方式是從“定周期過零調(diào)功型”觸發(fā)方式演化而來的。即在滿足“過零觸發(fā)”和“輸入信號和占空比的關(guān)系”兩個前提條件下，盡可能縮短掌握周期，10所示。10“變周期過零調(diào)功型”觸發(fā)方式的工作波形4、三種掌握模式的性能比照及掌握模式確定111所示。從111可知，變周期過零調(diào)功方式，雖然只能用于各種純阻性負載，但其優(yōu)點是格外明顯的：對電網(wǎng)無干擾，能提高電網(wǎng)功率因數(shù)，節(jié)能效果明顯，所以越來越被廣泛承受。據(jù)此，本工程的電加熱掌握方案承受可控硅的變周期過零調(diào)功方式。11可控硅三種掌握模式的工作波形1三種掌握模式的性能比照掌握模式

優(yōu)點 缺點相位掌握

掌握精度高任何負載皆可掌握

防止措施費用較高可做各種掌握變化定周期過零調(diào)功型 無電磁干擾

只能掌握純阻性負載構(gòu)造較簡潔構(gòu)造較簡潔負載較易受沖擊費用較低掌握精度較低無電磁干擾只能掌握純阻性負載變周期過零調(diào)功型構(gòu)造較簡潔負載較易受沖擊費用較低掌握精度較低掌握效果比時間比例零位掌握優(yōu)異最終我們向大家推舉國內(nèi)幾個可控硅電力掌握器生產(chǎn)廠家的國內(nèi)幾個主要生產(chǎn)廠家的1、四川英杰電氣——“:///“://；2、北京中凱興業(yè)電機技術(shù)開發(fā)——“://scrdriver/index.html“://scrdriver/index.html；3、上每自動化儀表——“://mc-saic/“://mc-saic/；4、廈門宇電自動化科技〔前身為廈門宇光電子技術(shù)〕——“://yudian/“://yudian/；5、北京市朝陽自動化儀表廠——“:///index.htm“:///index.htm。〔10分鐘〕1、總結(jié)本次課大家學(xué)習(xí)了溫度掌握方法——基于繼電器的位式掌握和基于可控硅的連續(xù)調(diào)壓調(diào)功方式。位式掌握的構(gòu)造簡潔，本錢較低，易于實現(xiàn)，因此應(yīng)用很普遍。空氣壓縮機貯罐的壓力掌握和恒溫箱、電烘箱、管式加熱爐的溫度掌握等常承受雙位掌握。但位式掌握的精度不高，被控參數(shù)〔溫度等〕簡潔波動，對于被控參