Почему управление мощностью электрического тиристора имеет смысл для электрообогрева

Управление питанием SCR и электронагрев

В течение последних 50 лет аналоговые конструкции хорошо служили промышленности. Однако растущий спрос на гибкость конструкции, повышенную надежность/воспроизводимость и более низкие затраты сделали интеллектуальный источник питания SCR идеальным решением для пользователей электропечей, стремящихся получить конкурентное преимущество. Интеллектуальные источники питания имеют много преимуществ по сравнению с аналоговыми конструкциями. В этой статье рассматриваются некоторые проблемы устаревших аналоговых блоков питания и способы их решения с помощью интеллектуальных блоков питания SCR.

Эффективность на основе данных

Интеллектуальная технология электропитания может обеспечить более высокую производительность, производительность и качество. Цифровой контроллер мощности SCR является основным строительным блоком интеллектуального источника питания SCR. Его усовершенствованная конструкция сочетает в себе возможности микроконтроллера, связи Ethernet и встроенных компонентов ввода-вывода.
В отличие от аналоговых конструкций, параметры интеллектуального контроллера мощности являются гибкими и могут быть настроены в соответствии с конкретным приложением. Запатентованные алгоритмы и определяемые пользователем конфигурации встроены в микроконтроллер, сохраняются, вызываются и модифицируются по мере необходимости. Энергоэффективные гибридные режимы зажигания, номинальные значения, пределы, аварийные сигналы, математические функции, логика и конфигурации ввода-вывода могут быть определены с помощью выбора меню или созданы с помощью редактора функциональных блоков на базе ПК, аналогичного тем, которые используются в ПЛК. Порт Ethernet обеспечивает прямой доступ к конфигурациям, диагностике и данным процесса, которые ранее были недоступны в аналоговых устройствах.
Для регулирования интеллектуальный источник питания является лучшим выбором. Он компенсирует импеданс нагрузки и колебания сетевого напряжения, точно регулируя напряжение, ток и мощность. Гибридные методы зажигания, управление нагрузкой и автоматическое отключение трансформатора обеспечивают энергоэффективность, намного превосходящую аналоговые конструкции. Коэффициент мощности от 92% до 98% может быть достигнут на всей кривой нагрузки.
Хорошо регулируемый процесс зависит от управления мощностью с высокоточной обратной связью. Источники питания Intelligent SCR проходят цифровую калибровку в соответствии с прослеживаемыми среднеквадратичными стандартами напряжения, тока и мощности. Их калибровки верны и не зависят от температуры, пыли или других загрязняющих веществ, как устройства, откалиброванные вручную. Благодаря интеллектуальному источнику питания SCR температура печи не зависит от электрических колебаний, поскольку они регулируются саморегулирующимся контроллером мощности SCR.

Повышенная надежность

Аналоговые источники питания надежно используются в печах на протяжении десятилетий. Одной из проблем, связанных с заменой аналоговых источников питания интеллектуальными технологиями, является надежность. Как и во всех нестандартных конструкциях, особое внимание уделяется среде, в которой будет установлен блок питания. В запыленных, агрессивных или влажных средах силовая и управляющая электроника размещается в корпусах с соответствующей степенью защиты NEMA или IP.
Жизненно важно адекватное охлаждение. Как правило, ПЛК, ЧМИ, SCR и другие цифровые элементы управления устанавливаются на одной стороне (стороне управления) разделенного на отсеки корпуса. Другая сторона (сторона питания) содержит трансформатор, ответвительные соединения/переключатели или другие силовые соединения. Такое разделение также обеспечивает защиту от электрических помех. Во многих случаях специально разработанный интеллектуальный источник питания SCR может быть установлен на гораздо меньшей площади, чем его предшественник.
Надежность интеллектуального источника питания SCR заключается не только в его конструкции, но и в расширении, включающем расширенную диагностику нагрева. элементы. Мониторинг состояния помогает исключить простои из-за неожиданной потери элемента. При мониторинге состояния характеристическое сопротивление нагревательного элемента отслеживается в зависимости от его рабочих температур и/или известного срока службы. По мере того, как срок службы нагревательного элемента приближается к концу, полное сопротивление нагрузки увеличивается, и уставка в конечном итоге становится недостижимой, вызывая сигнал тревоги. Интеллектуальный источник питания может обнаруживать эти условия и заранее уведомлять оператора о проблемах с элементом, что дает достаточно времени для заказа запасных частей и планирования технического обслуживания.
Сигналы полной или частичной нагрузки работают аналогичным образом. Волновое сопротивление нагрузки при нормальных условиях измеряется и сохраняется. Когда последовательный или параллельный элемент теряется в цепи нагрузки, импеданс увеличивается на известный процент. Если импеданс превышает этот процентный порог, звучит сигнал тревоги. В режиме постоянной мощности контроллер мощности SCR продолжает точно регулировать выходную мощность в пределах заданных пользователем ограничений по напряжению и току, компенсируя потерю нагревательного элемента.

Снижение затрат на электроэнергию

Энергоэффективность выражается в виде коэффициента мощности, который находится в диапазоне от 0 до 100%. Интеллектуальные источники питания снижают затраты на электроэнергию за счет использования методов повышения коэффициента мощности за счет гибридного зажигания. Гибридные режимы зажигания обеспечивают гораздо лучшие коэффициенты мощности, чем аналоговые конструкции. Кроме того, можно управлять пиковым спросом на кВА, чтобы избежать штрафов за спрос со стороны поставщиков энергии. Во многих случаях такая экономия энергии может обеспечить окупаемость всего за 2 года (в зависимости от тарифов на электроэнергию).
Как уже упоминалось, нестабилизированные аналоговые источники питания чувствительны к изменениям напряжения питания или импеданса нагрузки. Сопротивление нагревательного элемента SiC (карбид кремния) может отличаться на 20% между новыми элементами. Кроме того, сопротивление элемента может увеличиться более чем на 300 % в зависимости от рабочей температуры и/или в течение срока службы элемента. Эти изменения сопротивления ухудшают характеристики аналоговых источников питания, что приводит к плохому регулированию и более высоким затратам на электроэнергию из-за низкого коэффициента мощности, полного гармонического искажения, насыщения сердечника и т. д.
Mi₂ Нагревательные элементы на основе дисилицида молибдена могут иметь значительную разницу сопротивления (до 10x) между горячими и холодными температурами. Ограничение тока необходимо, чтобы избежать повреждения элементов или блока питания. Интеллектуальные источники питания могут быть спроектированы так, чтобы справляться с колебаниями сопротивления при сохранении максимальной энергоэффективности.
Например, в типичном MoSi₂ приложения, интеллектуальный SCR может быть настроен в редакторе функциональных блоков на базе ПК для гибридного запуска, который ограничивает намагничивание трансформатора и пусковые токи холодного элемента. Как показано на рис. 4, интеллектуальный источник питания сначала линейно увеличивает выходной сигнал до заданного значения с включением фазового угла и пропорциональным ограничением тока. В отличие от фиксированного ограничения тока, пропорциональное ограничение тока является линейным и следует выходному сигналу в процентах от заданного значения. Поскольку импеданс MoSi₂ нагревательный элемент увеличивается с его температурой, мощность SCR также увеличивается. Интеллектуальный SCR автоматически переключается из текущего режима регулирования в импульсный режим (с переходом через ноль) и регулировку мощности, обеспечивая максимально возможную энергоэффективность.
Резюме
Применение интеллектуальных регуляторов мощности в электрообогреве убедительно. Возросшая конкуренция и потребность в более строгом контроле процессов сделали больший акцент на сокращении простоев, снижении затрат и повышении качества. Аналоговые конструкции больше не отвечают этим требованиям. Разработки в области интеллектуального управления питанием дали значительные преимущества по сравнению с традиционными аналоговыми источниками питания. Более высокая надежность благодаря усиленной конструкции и расширенной диагностике распространяется не только на блок питания, но и на мониторинг состояния нагревательных элементов. Первоначальные инвестиции и эксплуатационные расходы на интеллектуальные источники питания значительно ниже, чем на аналоговые конструкции. Благодаря расширенным функциям энергосбережения период окупаемости может составлять всего 2 года. Интеллектуальная технология электропитания также обеспечивает гибкость, возможность подключения и управление данными, чтобы удовлетворить неустанный спрос на контроль качества и повышение производительности.
Эта статья была написана Стивен Косик из Eurotherm. Если у вас есть вопросы относительно продукции Eurotherm, позвоните в компанию Sure Controls.