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碳硅加热器电源

碳硅加热元件可视为常规电阻负载,其电定律简单,其中V为电压(以伏为内;I为安培电流强度,W功率为瓦特,R为奥马电阻)。

碳硅加热器配方

元素连接

元素可以并行连接,也可以串联,但在大多数情况下,并行连接被认为是首选,因为在这种连接中,电阻变化将平衡元素的使用寿命。串行连接元素时,不会发生这种情况,并且会缩短元素的使用寿命。

由于元素的电阻增加相对缓慢,因此不平衡的影响仍然很小,并且只要它们具有一致的电阻量,就可以连续连接多达四个元素。当电烧机温度超过 1400°C 时,建议串联的元件数量限制为两个。

并行和串行元素连接的组合通常被认为是一种有效的解决方案,在这种情况下,建议串行连接元素组并行连接,如果并行连接组串联,则其中一个元素的故障将导致该组中其余元素的大量拥塞。

在三相网络中,元素可以通过星形或增量连接。当使用星形连接时,建议使用 4 线电源来平衡相位电压,而不管相位电阻值如何。当使用相同的 3 线连接到星形相位电阻值时,必须非常清楚地匹配。

电阻协商

建议将元素串联到组中,选择在原始电阻±5%内不同的元素。当并行连接时,更改原始元件电阻的限制更宽:±10%。

如果在一小段时间后,该元件发生故障或断裂,则将其替换为新的,最好是具有更高的电阻。

如果元素已经运行足够长的时间,则必须替换整个元素组,否则,旧元素(串行连接时)或新元素(并行连接时)将承受过重的负载,从而导致元素过早失效。

最好将炉子中的元素总数划分为相对较小的对照组,以便以后更轻松地协调电阻。例如,如果烤箱中的 48 个元素拆分为 8 组 6 个元素,而不是 16 个元素的 3 组,则选择电阻元素会容易得多。

更换一组元件时,请务必确保在打开电源输出电压之前,电压设置为所需的值,因为即使在较短的时间内,元件过载也可能导致无法修复的故障。旧元素可以留待进一步使用,但已经与它的"同龄人"的阻力。如果可能,在拆卸元件之前,必须清除电压和电流读数,并在引脚上指定增加的电阻,以便在以后使用电阻时促进电阻协商。还必须记住,在室温下,元件的电阻与工作温度下的电阻不匹配,并且必须在 1000°C 以上的恒定温度下拍摄读数。

电压储备

通常使用可变电源电压来补偿在操作元件过程中不可避免的电阻增加。所需电压储备的大小将取决于"老化"速度和元件的估计使用寿命,但通常约为在初始状态下使用新电加热元件获得满负荷所需的电压的 50-100%。

例如,如果需要 125 V 才能为新元件提供全功率,则需要 125-250 V 电压才能产生 100% 的电压储备。

如果元件必须在 1400°C 或更高温度下长时间运行,并且在高"老化"率下,则需要 100% 的电压储备。相反,如果元件温度非常低,并且电炉的使用频率不高,则 50% 或更少的电压储备就足够了。

电源设备

为了运行在元件的整个使用寿命内必须保持的估计功率,将使用电压变化的电源。所使用的设备类型会影响元件的特性,选择合适的设备以达到最长的元件使用寿命非常重要。

有不同类型的电源:

1.可调功率变压
器 2.破折号单元(压敏电阻电压调节器
)a.相位开启(相位点火调节)b.
脉冲调节
3.组合系统:转换器
晶闸管 4.直接插入电网

从本质上讲,带阶梯输出的变压器仅控制开/关,除非它们与晶闸管一起使用。尽管耗时且对轻微过载不敏感,但在大多数情况下,变压器被认为是一种沉重、笨重和相对昂贵的电源。晶闸管控制是最紧凑的解决方案,具有无回合制功率调节和按比例差分精确温度控制的能力。然而,滴定控制需要更大的功率,并可能导致电力供应线路受到干扰。通常,为了确保超过 50% 的电压储备,不只使用晶闸管控制,如果要提供大量电压储备以及比例相位-底部控制,最好的解决方案是结合滴定器控制和变压器大电压的控制优势。

一个虹膜控制通常用于低温炉、实验室炉和其他设备,在这些设备中,元素电阻变化率必须较低。对于需要大量电压储备和精确温度控制的高温连续工业炉,使用组合变压器系统所需的额外费用通常证明其性能合理。

1. 可调电力变压器

从零开始连续调节的电力变压器用于为小型实验室电烧锅供电或加热实验支架,但对于具有阶梯输出的电力变压器更经济的大型电烧锅来说,这些变压器被认为非常昂贵。这种变压器在台阶之间的最大电压差不应超过分配全功率 (+) 所需的初始电压的 7%,其中 W = 电锅的装机容量和 R - 电路的电阻。根据元件的额定电阻计算,并在计算变压器(= 二次电流的最大值时计算)。必须考虑元件的电阻公差。例如:如果炉子设计为 5 kW,并配有具有 2 Om 电路电阻(±15%)的元件,则变压器的特性可以计算如下:

额定电压密集功率 =
,级之间的差值不应超过 100 V = 7 V
最小电路电阻 = 2 000- 15% = 1.7O
最小二
次电流 = 最小要求电压 =

假设所需的电压储备为 100%。然后,变压器的特性如下所示:

输入:与电源
对应的单相输出:在 15 个 7V 级(= 4 个大型 *4 个小分流)
下从 92V 到 197V 的功率变异,电源变压器的额定数据:92V 及以上的 5 kVA(最大二
次电流为 54 A) 1)使用带台阶的电力变压器时,必须考虑降低电炉的功率,例如,如果 7% 的电平之间的电压变化,则在将电压切换到变压器的下一级之前,工作过程中的功率将下降约 12.5%。
2)如果需要,对于较低的功率,可以提供多个小于92 V.3
的分流)如果需要安装电流计,则必须安装在主电路中,电压是恒定的:在这种情况下,无论二次电压的大小如何,其读数都能准确地反映电加热元件的分配功率。

破折号单元(晶闸电压调节器)

晶闸管是一种半导体器件,用于调节电加热元件的平均传导功率,并立即将其从打开状态切换到关闭状态。每个晶闸管只向一个方向导电,为了调节交流电荷,反并行连接的晶闸管成对提供。晶闸管由一系列脉冲启用,这些脉冲来自相应的功率放大器级联或温度控制器。晶闸管是相当简单的仪器,但通常配备闭合回路来补偿电压、负载等的波动。 典型的回路操作模式包括电流控制(I*I 反馈)、电压控制(V*V 反馈)和有源功率控制(VI 反馈)。通常,只有电压控制(V*V 反馈)适合碳氧化硅加热器,尽管。有一些例外。

电流控制可能会随着电阻的增加而增加元件上的功率,并且当电阻增加时,功率和电流控制都可能导致元件受到严重损坏。如果存在如此高的负载电阻,则电流和功率控制都可能导致向元件提供最大电压,如果可用电压高于允许电压,则元件可能会严重损坏。在电压控制下,功率供应将根据元素的电阻和温度特性进行控制,从相对较低的功率开始,随着元件的加热逐渐增加。

晶闸管电压调节器的输出特性取决于囊泡的启用(调节)方式。有两种方法:

2.1 相位开启(相位点火调节)

每个滴定仪每半轮可变电流在一段时间内打开一次。滴度器的电导率在半周期结束时结束,即电流降至零。在这种情况下,电源正弦波被分解,从而降低晶闸管输出的平均四边形电压,这意味着只有一部分电压到达负载。为了调节碳硅电加热元件的电源电压,必须改变囊泡器的点火角度,从而可以通过增加它来增加。通过增加加热器的电源电压来补偿元件的"老化"。

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带相位点火装置的破折号单元可配备电流限制器,无论电压设置大小如何,都可保护晶闸管免受意外过载的影响,从而保持电流输出低于设定值。请注意,保护破折号器所需的电流限制系统不能用于调节对元件的功率输入,因为功率输入 (= I*I*R) 将随着元件电阻的增加而逐渐增加,从而导致加热元件过载。

由于带相点火(开机)的晶闸管调节器的特点是供电电压加热器的平稳、无反射变化,因此它们非常适合为碳硅电加热元件供电。同时,它们可能导致无线电干扰和波形失真;在选择炉子的电源系统时,必须特别注意这些因素。在许多国家,使用相位点火(包括)是不受欢迎的,或者严格限于当地法规。

由于囊泡点火角度的相位调节,特别是在小点火角度下,会出现大量的高谐波,导致电路中释放出较大的喷射功率,因此即使在纯电阻负载下,也可能导致大功率装置的调节问题。简而言之,为了降低这种效果,具有新元件的起动电压必须至少为电源电压的 60%。

电源电缆必须在通过元件的中离合电流下计算(= 功率取决于输入电压,而不是功率取决于电源电压)。这意味着电源功率必须高于炉子的设计功率,并且电压储备越大,所需的重新计算就越高。

在三相设置中,第三个高谐波的出现将导致电源波的累积失真,并可能导致零线中过高的中性电流,是恒星连接的 3 相 4 线负载中线性电流的 2 倍。因此,必须正确计算中性电缆(零线),以承受这种过大的电流。但是,必须使用 3 线星形连接,为了排除此类问题,这可能会导致相位之间的不平衡,尤其是在元素在电阻方面不是非常清晰的情况下。

为了减少大型装置中的电源失真,建议使用 6 个带开三角形(增量)的有线电源。

在这种情况下,总电气安装成本可能会显著降低,因为晶闸管只能为相电流计算,而不能像传统三角形(封闭增量)负载设置中要求的线性电流计算,并且相位可以独立控制,从而实现更灵活的控制。

与变压器一样,在计算最大电流时,必须考虑元件电阻容差,以计算相位点火调节器中的电压和电流。

功率控制是相位角。

大多数类型的伏特米和安培计不提供关于相位可调载荷的准确均方位数据,因此必须密切监测电加热元件不会严重过载。可用的数字仪器将准确地指出非正弦波,但为了确定所选仪器的正确性,您需要咨询其制造商。为了获得正确的均方位数数据,建议使用振幅系数为 7 或更高的霍尔传感器。

2.2 脉冲调节 - 快速循环

在脉冲功率调节下,晶闸管在主循环开始时启动,并在一个或多个完整循环中保持打开状态,然后锁定一个或多个周期。"此操作不断重复,限制对元件的平均功率输入。手动功率限制限制限制用于更改开/关比率。以补偿元素的"老化"。

虽然向元件提供的平均功率可能处于允许运行的极限、温度和大气中,但主电路的瞬时全电压浪涌可能会导致瞬时负载超过此值数倍,从而加快"老化"速度并导致元素过早(如果不是立即)故障。为此,元素必须这样连接。使主电路电压浪涌时元件的瞬时负载不超过 15 瓦/cm2。

为了减少"启用"浪涌的影响,必须最大限度地缩短其主持续时间,最好在 50 Hz 的电源频率下小于 30 个周期(即 50% 的功率 = 15 个"开"周期)。+ 15 个周期"关闭")。

慢速循环的囊泡打开时间通常为几秒钟,此类晶闸管不适合直接调节碳硅电加热元件的功率。它们可用于阶梯式电力变压器的二级回路,而不是传统的机电触点。

碳化硅电池脉冲调节器的最佳类型是单脉冲调节周期的晶闸管,其中平均功率输入始终达到,超过可能的全周期数(即 50% 的功率 = 1 环"开"+1 个"关闭"循环)。

挑剔器单元的所需电压值将与电源电压相同或更高,但该单元的电流限制必须由将中频电源电压除以最小电路电阻(即晶闸管电流 = 电源电压/最小电阻)来决定。

因此,这种滴度器的估计值将比这种相点火囊泡单元高得多。

为了获得所需的晶闸管输出值,必须计算电源电压下的功率,从而计算开/关系数。在任何情况下,具有一定百分比限制的晶闸管都会产生所需的估计功率。

也就是说,如果电源电压为 200 V,电路电阻为 4 Ram,则 200 V 电源为 10,000 瓦。如果所需的功率为 5 kV,则必须安装输出为 5000/10000 = 50% 的晶闸管

由脉冲快速环形晶闸仪调节的电阻负载具有单一功率因数,因为负载仅受主电路的完整循环的影响,在这种情况下,主电路的累积电源失真不会观察到。但是,在高负载下,当调节器打开时,电压降可能会导致"闪烁效应",并影响敏感设备。在选择电源的类型和类型时,还必须牢记这一点。


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功率控制 - 快速循环

在应用脉冲调节器时,很难找到能够清楚地响应快速循环负载调节的伏特米和安培仪,而且与大多数其他仪器一样,它们显示的量比晶闸器的实际输出要低得多。必须密切注视这一点。这样电加热元件就不会过载。您可以根据已知的元素电阻计算上述所需输出参数。如果对设置有任何疑问,那么首先必须将调整设置为最低值,并且必须非常缓慢地增加,以调整到此为止。直到最低足够的功率达到设定的炉子温度。在此位置必须停止调整, 直到那时。直到,由于元素的"老化",功率不会变得不足,以保持炉子的温度在给定的范围内或达到温度在循环电炉操作模式。在这种情况下,调整设置应稍微增加,直到那时。直到电加热器释放的功率再次变得足够。

3. 变压器 + 晶闸管

由于对滴定控制的使用施加了限制(见第2.1和2.2段),有时无法建立足够的电压储备,因此可能需要使用组合电源:分级/变压器。这是为了确保项目有足够的使用寿命。晶闸管可以配置为变压器的主回路和次要电路,但必须采取预防措施,特别是对于主连接。在大多数情况下,变压器仅提供 2 或 3 级,因为中间级可能来自晶闸管。如果打算使用这种系统,则应在电气螺旋桨设计阶段通知晶闸器和转换器的制造商,以确保设备的兼容性。

4. 直接接通电网

只要电网的电阻足够高,以保护电池在电压波动时免受过载的影响,电加热元件组也可以直接连接到主电网的电压。必须设计元件连接电路,使初始功率输出高于电锅限制,以创建补偿元件"老化"所需的功率储备。虽然这种方法保留了电压变化的总电源成本,但只能创建最小功率储备,此外,可能还需要更多元件来分配初始剩余功率。

如果在元素"老化"后更改元素的电气连接(例如:从 3 个连续连接元素的 2 个并行分支到来自 2 个串行连接元素的 3 个并行分支;或从三角形(增量)中的 2 个连续连接元素到星形中连接的 2 个并行元素,则可以创建额外的功率储备。 温度(约 1100°C)或很少使用的循环炉,温度高达 1300°C。


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