В настоящее время для регулирования мощности в электрических печах широкое распространение получили два способа – релейное и тиристорное. Рассмотрим технические и экономические нюансы обоих способов.
Релейное регулирование заключается в периодическом включении и выключении контактора (или пускателя) K1, подающего напряжение на нагревательный элемент.
Рисунок 1 Релейное регулирование мощности
При этом вследствие цикличности температура совершает колебания с амплитудой dT около своего среднего значения. В зависимости от степени инерционности и частоты переключения эта величина может быть значительной, недопустимой по условиям технологического процесса.
Каким образом можно уменьшить величину колебаний dT? Для релейного регулирования есть два способа. Первый способ заключается в увеличении частоты коммутации. Очевидно, что чем выше частота переключения, тем амплитуда колебаний температуры уменьшается. Однако такой путь имеет ограничения – контакты пускателя быстро изнашиваются, такая установка требует частого обслуживания и ремонта. Второй способ заключается в наращивании числа ступеней регулирования:
Рисунок 2 Ступенчатое релейное регулирование
В этом случае вместо одного нагревательного элемента печь содержит несколько ТЭНов, подключенных параллельно, каждый из которых включается и отключается своим пускателем K1.. Kn. То есть имеется возможность формирования нескольких уровней мощностей. Реально на практике ограничиваются числом ступеней 3..6, при их большем количестве система становится слишком громоздкой.
Оба способа релейного регулирования годны лишь для объектов с большой тепловой инерцией, где не требуется высокая точность поддержания температуры.
Еще одна проблема, которую принципиально не решают эти способы – ограничение пусковых токов нагревательных элементов. Многие ТЭНы имеют очень низкое сопротивление в холодном состоянии, поэтому подача полного сетевого напряжения приводит к их слишком быстрому разогреву. При этом из-за наличия тепловой инерции, ТЭНы не успевают отдать тепло в окружающую среду и перегреваются; срок службы их сокращается.
Также не всегда возможно использовать релейное регулирование для нагрузок, подключенных через трансформатор, например, индукционных котлов. При подаче полного сетевого напряжения на трансформатор возникает ток намагничивания большой амплитуды, вследствие которого наблюдается «всплеск» или „просадка“ сетевого напряжения, что может помешать электроснабжению других потребителей.
Эти проблемы решает тиристорное регулирование. В этом случае для управления мощностью используются полупроводниковые элементы – тиристоры.
Рисунок 3 Тиристорное регулирование напряжения
Основные преимущества тиристорного регулирования:
Для реализации тиристорного регулирования необходимо устройство – тиристорный регулятор тока.
Несмотря на более высокую цену тиристорного регулятора, как правило, в процессе эксплуатации его стоимость окупается многократно – за счет повышения качества и повторяемости технологического процесса, сокращения издержек на обслуживание, продление срока службы нагревательных элементов, экономии электроэнергии.
