Глава 18. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ЗАДАЧИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Автоматизация электронагревательных установок позволяет снизить расход электроэнергии, сократить численность обслуживающего персонала, повысить количество и качество сельскохозяйственной продукции, оздоровить условия и повысить производительность труда.
Эффективность автоматизации зависит от требований, предъявляемых к точности поддержания тепловых режимов, и влияния погрешности регулирования на качество обрабатываемой продукции.
При выборе средств автоматизации установок следует стремиться использовать такую аппаратуру, которая обеспечивала бы необходимый технико-экономический эффект, а ее эксплуатация не требовала по возможности привлечения обслуживающего персонала высокой квалификации.
СПОСОБЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
Под автоматическим управлением электронагревательными установками понимают автоматическое, то есть без непосредственного участия человека, выполнение с заданной последовательностью различных операций, таких, как включение и отключение установки, изменение и регулирование режима нагрева, а также защита установок при анормальных режимах работы (коротких замыканиях и перегрузках).
В качестве аппаратов систем управления и защиты применяют в основном релейно-контактную аппаратуру. Последовательность включения аппаратов управления, необходимая для согласованной работы установки, предотвращения поломок и обеспечения безопасных условий работы людей, в схемах автоматического управления осуществляется, как правило, при помощи блокировочных цепей.
Схемные решения блокировочных цепей аналогичны таковым при управлении электроприводами.
Управление пуском установок зависит от значения пускового тока. Прямое включение в сеть допускает, как правило, большинство установок с резистивными металлическими электронагревателями. Распространенным приемом, повышающим скорость нагрева, является включение электронагревательных установок на повышенную мощность в начале разогрева.
Электронагревательные установки предназначены для получения и передачи тепловой энергии к объекту нагрева (или обогрева), поэтому их автоматизация в конечном итоге призвана обеспечить регулирование теплового потока.
Учитывая, что превращение электрической энергии в тепловую практически безынерционно, интенсивность нагрева среды зависит от мощности установки, способа ввода тепловой энергии, объекта нагрева (объемного или поверхностного) и теплофизических свойств нагреваемой среды.
Регулируемыми параметрами электронагревательной установки могут быть температура нагреваемой среды в рабочей зоне, мощность, ток, напряжение и производительность установки в замкнутых системах управления с обратными связями.
Системы регулирования подразделяют по следующим признакам.
По виду регулируемого параметра: температуре нагреваемой среды, рабочему току, напряжению, производительности установки и их производным.
Наиболее широко распространены системы регулирования по температуре нагреваемой среды (микроклимат производственных помещений, водонагреватели, электротермические печи и др.).
По рабочему току регулируются электродуговые и индукционные установки.
По производительности можно регулировать проточные установки для нагрева жидкостей и воздуха (водонагреватели, пастеризаторы, калориферы).
По количеству обратных связей регулирования: одноконтурные и многоконтурные.
Многоконтурные системы применяют при повышенных требованиях к качеству регулирования теплового режима в быстродействующих процессах электронагрева (например, при электродуговом и индукционном нагреве, где обратные связи могут быть как по току, так и по напряжению).
По принципу действия: непрерывного и дискретного действия. Последние можно разделить на релейные и импульсные.
В системах непрерывного действия изменение мощности установки непрерывно следует за величиной рассогласования на входе регулятора. В системах релейного действия мощность изменяется ступенчато, в зависимости от знака рассогласования, а в системах импульсного действия мощность установки представляет собой последовательный ряд импульсов, амплитуда, длительность или частота которых зависят от величины рассогласования.
Наиболее распространены системы релейного действия, главное преимущество которых заключается в простоте ступенчатого управления мощностью установки («включено — выключено»). Однако в связи с быстрым развитием силовой полупроводниковой техники (тиристоры, симисторы) все шире используют более точные и надежные системы непрерывного действия.
По типу электрической аппаратуры: релейно-контактные и бесконтактные.
В большинстве случаев необходимую надежность обеспечивают простые релейно-контактные схемы управления электронагревательными установками, особенно при невысоких требованиях к точности регулирования температуры (при погрешности ±2...3°С).
При высокой скорости и повышенной точности нагрева, особенно при работе установок в агрессивных средах, предпочтительна бесконтактная аппаратура управления (установки микроклимата, контактная сварка и т. д.).
По степени централизации управления: индивидуальные, групповые и централизованные.
В большинстве случаев используются индивидуальные автоматические регуляторы температуры. Однако иногда значительная рассредоточенность установок при их большом количестве и невысокой мощности (например, местные электрообогреватели животных и птицы, количество которых достигает нескольких сотен в одном помещении) делает индивидуальное регулирование экономически нецелесообразным. Поэтому в подобных случаях более выгодно групповое или даже централизованное управление и регулирование.
Во всех случаях выбора автоматического регулятора важнейшее значение имеют динамические характеристики электронагревательных установок.
