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電加熱控制

提示:

電加熱的使用極其廣泛。電加熱的方式有利用電阻直接發熱的,有用來產生紅外線及遠紅外線的、有利用高頻或工頻感應加熱的等,但作為電加熱元件使用的電加熱棒是最常見的,它簡單、方便、價格相對較低、維護簡單。但是它的缺點也是很明顯的。其中加熱不夠均勻,各加熱元件利用率差別較大,從而導致使用壽命長短不一,是每個


    電加熱的使用極其廣泛。電加熱的方式有利用電阻直接發熱的,有用來產生紅外線及遠紅外線的、有利用高頻或工頻感應加熱的等,但作為電加熱元件使用的電加熱棒是最常見的,它簡單、方便、價格相對較低、維護簡單。但是它的缺點也是很明顯的。其中加熱不夠均勻,各加熱元件利用率差別較大,從而導致使用壽命長短不一,是每個維修人員都無能為力的。下面介紹的方案,可在一定程度上解決這一難題。

    一、主電路原理

    考慮到一般電加熱功率普遍較大,為了對稱起見,原則上應該使用以3倍數的加熱元件。本例使用9只加熱元件,每一只元件額定電壓為220V,最大發熱功率為P。為了得到從09P的連續可調功率,除了使用接觸器進行電路切換外,還加配了一套三相固態開關。電路圖如圖7-44所示。不同組合時,各元件發熱功率如圖7-45所示,基本電路結構如圖7-46所示。也可增加更復雜的元件組合,使得功率分擋更細,而僅使用一只單相固態開關。

    為了使加熱盡可能地均勻,須注意每一個加熱元件在加熱空間的布置,不能只考慮電源接線的方便。

    不言而喻,加熱系統的加熱功率決定于被加熱體所要求的熱量。但是溫度場一般都是不均勻的,有可能出現局部溫度遠高于測量點的溫度的情況,這在有些情況時是不允許出現的。同一只加熱元件,在不同的傳熱方式下,其表面溫度可能相差很大。因此另一個問題應該注意,就是加熱體的表面溫度(功率密度,即單位表面積的發熱功率)。例如加熱油品時,可能要求功率密度每平方厘米不高于0. 5W,否則可能損壞油品,甚至會出現結焦現象。

 圖7-44 電加熱主電路圖

7-44  電加熱主電路圖

 圖7-45各元件發熱功率圖

7-45各元件發熱功率圖

  圖7-46基本電路結構圖

    7-46基本電路結構圖

(a)P=1.5(b)P=3(c)P=4.5(d)P=03

    二、主電路的控制和驅動

    接觸器的工作可由PLC的開關量輸出口進行控制,而接觸器的狀態應該通過它的輔助觸點由PLC的開關量輸入口讀入。為了保證安全,不能同時工作的接觸器應在外部加配互鎖電路,而且在輸出控制信號時,必須充分考慮接觸器的動作時間,先核實斷開無誤后再投入。

    驅動時須注意以下幾點。

    (1)如果控制的頻率較高,請將輸出口改用品閘管輸出口,以保證工作壽命。

    (2)輸出口的驅動能力應留有余量。由PLC的輸出口進行直接控制有難度時,可加接中間繼電器。

    (3)因為被驅動的電磁線圈電感性極強,所以應加配吸收回路。

    (4)固態開關由輸出口以PWM(定周期脈沖調寬)方式進行控制,使用定時器可以方便地實現PWM輸出。很多種PLC都有專用的PWM指令。工作周期和導通時間都應該是工頻電源周期(20ms)的整數倍。SSR工作在過零觸發方式。

    三、加熱功率的控制算法

    加熱系統通常是一個大時間常數和純滯后系統(大慣性),使用PID控制,效果欠佳。筆者曾按照能量守恒定理,使用過帶補償的前饋加反饋的控制算法,效果不錯。現簡單介紹如下。

    按照工藝要求(如溫升、流量等),實時計算出當前單位時間所要求的熱量Q。估計加熱設備在單位時間、單位溫差時釋放(或吸收)的熱容量q(此值最后由試驗決定)。當溫度上升時,計算出Q+q;當溫度下降時,計算出Q-q。再折算成功率數Po,以此作為前饋值。然后根據反饋的溫差,按比例計算當前控制功率P1,所以P0 +P1=P就是所要求的電加熱功率。適當選用接觸器控制字(即圖7-45中的接觸器狀態)和SSR的導通占空比,輸入所要求的功率即可。

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(責任編輯: 艾特貿易網 )

  • 本文關鍵字:電加熱控制 

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