Лабораторная работа №2

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе №2 по дисциплине

«ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»

Тольятти 2003

УДК 621.365

Регулирование температуры печей сопротивления: Методические указания к лабораторной работе №2 по дисциплине «Электротехнологические установки». – ТГУ, Тольятти, 2003. –12 с.

Составители: Бондаренко М.А., Вахнина В.В., Степкина Ю.С.

Изложены цель, краткие теоретические сведения и программа выполнения лабораторных работ, требования к содержанию отчета, приведены контрольные вопросы, а также список рекомендуемой литературы для углубленного изучения теоретического материала.

Содержание методических указаний к лабораторным работам составлено в соответствии с программой теоретической дисциплины " Электротехнологические установки" для студентов специальности 100400 " Электроснабжение ".

Научный редактор, к.т.н., профессор Салтыков В.М.

Утверждено советом электротехнического факультета, протокол №2

от 26.09.02.

Ó Тольяттинский государственный университет, 2003

Лабораторная работа №2

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Цель работы

Ознакомиться с режимами работы печей сопротивления, с аппаратурой для измерения и регулирования температуры печей сопротивления, изучить электрические схемы управления печами сопротивления.

Теоретические сведения

Электрические печи сопротивления по способу превращения электрической энергии в тепловую делятся на печи косвенного и прямого нагрева, по назначению – на плавильные и термические, а по характеру работы и способу загрузки и выгрузки изделий – на печи периодического действия (садочные) и печи непрерывного действия (методические).

В печах периодического действия, загруженные изделия (садка) во время пребывания в печи не меняют своего положения. В печах непрерывного действия, нагреваемые изделия перемещаются от загрузочного конца печи к разгрузочному. К электрическим печам сопротивления периодического действия относятся камерные шахтные, колпаковые печи с подъемным подом, электропечь – ванна. К электрическим печам сопротивления непрерывного действия относятся конвейерные, толкательные, карусельные печи, барабанные закалочные электропечи, протяжные электропечи, электропечи с шагающим подом.

В большинстве случаев успешное проведение технологического процесса в печи сопротивления зависит от того, насколько точно будет выдержан температурный режим. Стабилизация температуры или изменение ее по требуемому закону осуществляется путем изменения подводимой к печи мощности. Изменение подводимой к печи мощности, а следовательно, сам процесс регулирования может быть ступенчатым или плавным.

Требования к точности регулирования температуры весьма зависят от технологического процесса. В плавильных и нагревательных печах (для стали) допускается колебания температуры: ±25…50 град. При термообработке: ±10…15 град., а такие технологические процессы, как выращивание монокристаллов, процесс диффузии, вплавления, производство ферритов, отжиг стальной ленты, проволоки и др. требуют точности стабилизации температуры ±0, 1…1⁰ на уровне ±1000…1500⁰С. В тех случаях, когда требования к точности поддержания температуры сравнительно невелики и требуемая точность регулирования Δ t = 10⁰ град, могут быть использованы простейшие позиционные регуляторы с исполнительным элементом в виде контакторов.

С помощью контакторов можно или отключить нагреватели от сети (двухпозиционное регулирование) или менять схему их включения (трех-, четырехпозиционное регулирование и т.д.), изменяя тем самым потребляемую мощность.

На рис.2.1 изображена простейшая схема двухпозиционного регулирования температуры печи сопротивления с позиционным элементом в виде контактора. Включение и выключение нагревательных элементов производится терморегулятором в зависимости от заданной температуры и температуры печи.

На рис.2.2 приведена зависимость температуры печи в функции времени при двухпозиционном регулировании.

Величина разности температуры печи зависит от чувствительности терморегулятора, тепловой энергии печи и чувствительного элемента. В первый момент включения печи контакты терморегулятора разомкнуты и идет процесс разогрева, характеризуемый подъёмом температуры по экспоненциальному закону. При достижении температуры t_зад+Dt срабатывает терморегулятор и замыкает контакты (ТР), пускатель включается, а нагрузка отключается от питающей сети. Температура печи с этого момента начинает понижаться по экспоненциальному закону, и при достижении температуры t_зад-Dt срабатывает регулятор температуры, размыкая свои контакты, включая печь на нагрев. В дальнейшем процесс повторяется.

Функционально отдельные элементы схем можно заменить на другие: контактор, тиристорный регулятор, дилатометрический терморегулятор, термопару, усилитель и реле и т.д. но чтобы основное назначение – регулирование температуры печи выполнялось.

Функциональная схема системы автоматического регулирования температуры может быть получена из основной схемы путем изменения параметров отдельных функциональных узлов или объединения нескольких функциональных узлов в один.

Функциональная схема системы автоматизированного регулирования температуры печи сопротивления представлена на рис.2.3.

Объектом регулирования является печь. Сигналы с датчика и задающего устройства подаются на сравнивающее устройство, сигнал ошибки с которого поступает на усилитель, исполнительный орган и регулирующий орган, изменяя подводимую к печи мощность и следовательно, температуру, таким образом, что сигнал ошибки с выхода сравнивающего устройства уменьшается, стремясь к нулю.

В момент достижения равновесия системы, сигнал ошибки на выходе сравнивающего устройства пренебрежительно мал и сигнал задающего устройства равен сигналу, поступающему с датчика, что соответствует достижению заданной температуры.

Если по каким-то причинам (открыли дверцу печи, положили заготовку для термообработки) температура понизится (повысится), и с выхода сравнивающего устройства сигнал ошибки будет положительным (отрицательным), то отрабатывая этот сигнал, регулирующий орган будет увеличивать (уменьшать) подводимую к печи мощность до тех пор, пока температура на примет прежнего (заданного) значения.

В качестве исполнительного органа используют обычно маломощные электродвигатели, осуществляющие перемещения или переключения регулирующего органа РО. В позиционных печах сопротивления регулирующим органом является обычно контактор, осуществляющий переключение в силовой цепи печи. У регуляторов непрерывного действия в качестве регулирующего органа используются дроссели насыщения, тиристоры, игнитроны и т.д.

В качестве усилителя наибольшее распространение получили электронные, полупроводниковые и магнитные усилители.

В качестве датчиков температуры используют дилатометрические термометры линейного расширения, манометрические термометры, термометры сопротивления, пирометры, а также различные термопары:

Дилатометрический терморегулятор применяется для регулирования температуры в лабораторных электропечах до 1300⁰ К. Принцип действия такого терморегулятора основан на линейном расширении тел при нагревании. Внутри кварцевой трубки 2 (рис.2.4) помещен чувствительный стержень из жароупорной стали. Один конец трубки 2 прикреплен к корпусу 3, а второй – к концу стрежня 1, шарнирно соединенного с рычагом 4, кварцевая трубка 2 обладает ничтожно малым температурным коэффициентом, а стержень 1, наоборот, большим поэтому при нагреве его до заданной температуры, контакты рычагов 4 и 5 замыкаются и через промежуточное реле выключают нагреватель электропечи. Дилатометрический терморегулятор может только поддерживать заданную температуру, но не измерять ее. Установка температуры отключения производится винтом 6, который перемещает в пространстве неподвижный контакт 5 по отношению к подвижному контакту 4.

Функционально дилатометрический регулятор выполняет функцию датчика, задающего и сравнивающего устройства.

Датчиком температуры является стальной стрежень 1, осуществляющий пропорциональное преобразование температуры в расстояние между плоскостью подвижного контакта и плоскостью места приварки стального стрежня к кварцевой трубке. Задающим устройством является кварцевая трубка совместно с корпусом и неподвижным контактом, при этом сигналом, поступающим для сравнения, является расстояние между плоскостью неподвижного контакта и плоскостью места приварки стального стержня и кварцевой трубке. Роль сравнивающего устройства выполняют подвижный и неподвижный контакты, находящиеся в разомкнутом положении, если температура ниже заданной, и замыкающиеся при ее повышении до заданного значения и выше.

Кроме дилатометрического регулятора температуры в данной схеме может использоваться ртутный контактный термометр. Конструктивно он состоит из обыкновенного ртутного термометра и впаянных в него (в капилляр) металлических проволочек. При повышении температуры до некоторого предела ртутный столбик термометра замыкает контактные проволочки, на что схема управления производит отключение нагревателей печи. При снижении температуры контакт нарушается, что сопровождается подключением нагревателей к сети. В дальнейшем процесс повторяется. К достоинству данного метода следует отнести более высокую точность регулирования 0, 1…1°, возможность измерять температуру, к недостаткам – малую мощность контактов и трудность изменения температуры регулирования.

Программа работы

1. Подготовить таблицу для записи данных опыта.

2. Произвести внешний осмотр печи и установить дилатометрический терморегулятор в положение, указанное преподавателем.

3. Включить печь в сеть и производить запись в таблицу показаний термометра через 0.5 мин, а также в моменты времени, когда произошло отключение или включение нагревателя (лампочка погасла или зажглась)

4. Построить на графике зависимости t⁰=f(t); P=f(t).

5. Определить по графику:

а) точность регулирования температуры ±D t;

б) установленную температуру t_зад;

в) время разогрева печи до заданной температуры t _зад;

г) предельную рабочую температуру печи t_пр;

д) время разогрева печи до t =100⁰C (рис.3.), t₁₀₀..

6. Сделать вывод о пригодности печи.

Содержание отчета

1. Формулировка задачи лабораторного исследования.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Таблица результатов замеров.

4. Графики t⁰=f(t); Р=f(t).

5. Определение по графику D t, t_зад, t_зад, t₁₀₀, t_пр.

6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Классификация электрических печей сопротивления.

2. Требования к температурному режиму работы электропечи.

3. Схемы двухпозиционного регулирования температуры.

4. Функциональная схема САР температуры печи сопротивления.

5. Датчики температуры.

6. Дилатометрический регулятор температуры.

7. Ртутный контактный термометр.

Рекомендуемая литература

1. Тормасов В.В. Электротехнология основных производств.-М.: Высш.шк., 1970.

2. Фотиев М.М. Электрооборудование сталеплавильных и термических цехов.-М.: Металургия, 1969.

3. Электротермическое оборудование: Справочник/Под общ.ред. А.П. Альтгаузена.-М.: Энергия. 1980.

4. Электрические промышленные печи: печи сопротивления: Учебник для вузов /Под ред. А.Д. Свенчанского – 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Энергоатомиздат, 1981.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе №2 по дисциплине

«ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»

Составители: М.А. Бондаренко, В.В. Вахнина, Ю.В. Степкина

Редактор Н.Г. Батырева

Тольяттинский государственный университет.

Ул. Белорусская, 14