Пропорциональный закон регулирования

ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

 

 

Методические указания к лабораторным занятиям

и самостоятельной работе по дисциплине

«Основы электротехнологий» для студентов направления

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,

образовательная программа «Электроснабжение»

для всех форм обучения

 

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» в качестве
электронного издания для использования в учебном процессе

 

 

Кемерово 2016

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

С. А. Захаров – заведующий кафедрой «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

Малахова Татьяна Федоровна. Печи сопротивления: методические указания к лабораторным занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Основы электротехнологий» [Электронный ресурс]: для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», образовательная программа «Электроснабжение» для всех форм обучения / Т. Ф. Малахова. – Кемерово: КузГТУ, 2016. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв; цв.; 12 см. – Систем. требования: PentiumIV; ОЗУ 8 Мб; Windows ХР; (CD-ROM-дисковод); мышь. – Загл. с экрана.

 

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Основы электротехнологий» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», образовательная программа «Электроснабжение» для всех форм обучения.

 

© КузГТУ

© Малахова Т.Ф.

составление, 2016

 

Цель работы

Ознакомиться с конструкцией электрических печей сопротивления, их классификацией, основными характеристиками, выявить их достоинства, а также ознакомиться с методами регулирования температуры в электрических печах сопротивления.

Электрическая печь сопротивления (ЭПС) – электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением.

Электрические печи широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов.

Распространение электрических печей сопротивления определяется их достоинствами:

– возможностью получения в печной камере любых температур до 3000 °С;

– возможностью весьма равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы;

– лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи;

– удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии;

– хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование);

– компактностью и пр.

Большая часть электрических печей сопротивления – косвенного действия. В них электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через нагревательные элементы и передаётся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией либо теплопроводностью.

Устройство печи

 

Печь состоит из рабочей камеры, образованной футеровкой из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем (рис. 1). Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов. Для нагрева больших партий одинаковых деталей применяют печи непрерывного действия (методические), в которых изделия непрерывно перемещаются от одного торца к другому. Производительность таких печей больше, нагрев изделий более однороден, расход энергии меньше; как правило, они в высокой степени механизированы.

Рис. 1. Схема устройства камерной печи сопротивления периодического действия: 1 – нагревательные элементы; 2 – огнеупорная часть кладки; 3 – теплоизоляция; 4 – жароупорная подовая плита

 

В электрических печах сопротивления рабочими температурами до 700 °С (как периодического действия, так и в методических) широко используется принудительная циркуляция газов с помощью вентиляторов, встраиваемых в печь или вынесенных из печи вместе с нагревателями в электрокалориферы. ЭПС косвенного действия для расплавления легкоплавких металлов (свинец, баббит, алюминиевые и магниевые сплавы) конструируются либо в виде печей с металлическим тиглем и наружным обогревом, либо в виде отражательных печей с ванной и расположенными над ней в своде нагревателями. К лабораторным ЭПС относятся небольшие трубчатые, муфельные и камерные печи, а также термостаты и сушильные шкафы.

В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током (рис. 2), что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев (секунды, доли минуты).

Почти все промышленные и лабораторные печи снабжаются автоматическим регулированием температурного режима.

Р

Р

Рис. 2. Схема устройства печи сопротивления прямого действия: 1 – нагреваемое изделие; 2 – понизительный трансформатор; 3, 4 – контакты

 

Электропечи сопротивления классифицируют:

по своему режиму работы, в частности, имеются установки периодического и непрерывного действия;

по способам применения: лабораторные ЭПС и ЭПС промышленные, предназначенные для постоянной и объемной термообработки;

по имеющейся атмосфере в рабочей камере: с атмосферой контролируемой (вакуумной и т. д.) и атмосферой, имеющей воздушную среду (окислительной);

по видам обрабатываемых изделий: печи, воздействующие на керамику, стекло, фарфор и т. д., и печи, которые предназначены для термической металлообработки;

по типу конструкции, включая камерные и шахтные печи, колпаковые, конвейерные и плавильные печи;

по температуре рабочей: низко и среднетемпературные,высокотемпературные печи, печи особо высоких температур и сверхвысоких температур.

Электропечи сопротивления, как правило, характеризуются:

номинальной мощностью – общей мощностью, которую способны выделить все нагреватели электропечи, а также мощностью электродвигателей всех механизмов печи при расчетном напряжении сети;

мощностью холостого хода – мощностью, потребляемой печью в установившемся тепловом режиме при рабочей температуре, без учета мощности нагрева садки и мощности печных механизмов;

размерами рабочей камеры – расчетным максимальным размером садки, которая может быть загружена в печь, и нагрета по используемой технологии;

рабочей температурой – температурой, которая может быть получена в рабочем пространстве печи при обеспечении достаточного срока службы печного агрегата;

производительностью печи – количеством обрабатываемого материала в единицу времени;

разновидностью атмосферы в печи – потребляемая мощность всегда меньше установленной и зависит от коэффициента использования печи, что связано со старением нагревателей и износом футеровки.

Нагревательные элементы

Изготавливаются нагревательные элементы зигзагообразные: из проволоки (рис. 3, а, поз. 1); из ленты (рис. 3, а, поз. 2), (рис. 3, б, поз. 3) и спиралеобразные из проволоки (рис. 3, в, поз. 4). Зигзагообразные, спиралеобразные нагревательные элементы, имеющие большое сечение и механическую прочность, устанавливаются на стенках и своде печи при помощи специальных креплений, например, керамических каркасах различной формы (рис. 3, б, поз. 5), (рис. 3, в, поз. 6), изготовленных из жаропрочных материалов.

Подовые нагревательные элементы различной формы (рис. 3, г, поз. 7) укладываются непосредственно на подовый камень или кирпичи. На рис. 3, г, поз. 8 нагревательные элементы уложены в пазы футеровки.

 

в)

б)

г)

а)

Рис. 3. Виды нагревательных элементов:

а, б – зигзагообразные; в – спираль;

г – различной формы

Регулирование температуры

 

В электрических печах сопротивления в подавляющем большинстве случаев применяется простейший вид регулирования температуры – двухпозиционное регулирование, при котором исполнительный элемент системы регулирования – контактор имеет лишь два крайних положения: «включено» и «выключено».

Во включенном состоянии температура печи растет, так как ее мощность всегда выбирается с запасом, и соответствующая ей установившаяся температура значительно превосходит ее рабочую температуру. В выключенном состоянии температура печи снижается по экспоненциальной кривой.

Для идеализированного случая, когда в системе регулятор – печь отсутствует динамическое запаздывание, работа двухпозиционного регулятора показана на рис. 4, на котором в верхней части дана зависимость температуры печи от времени, а в нижней – соответствующее изменение ее мощности.

 

∆τ2

∆τ1

∆τ1

∆τ2

Рном

Р

Рср

τ

+∆t1

-∆t2

t

tзад

Рис. 4. Идеализированная схема работы двухпозиционного регулятора температуры

 

При разогреве печи вначале ее мощность будет постоянной и равной номинальной, поэтому ее температура будет расти до точки 1, когда она достигнет значения В этот момент регулятор сработает, контактор отключит печь и ее мощность упадет до нуля. Вследствие этого температура печи начнет уменьшаться по кривой 1-2 до тех пор, пока не будет достигнута нижняя граница зоны нечувствительности. В этот момент произойдет новое включение печи, и ее температура вновь начнет увеличиваться.

Таким образом, процесс регулирования температуры печи по двухпозиционному принципу заключается в ее изменении по пилообразной кривой около заданного значения в пределах интервалов + , - , определяемых зоной нечувствительности регулятора.

Средняя мощность печи зависит от соотношения интервалов времени ее включенного состояния и выключенного состояния. По мере прогрева печи и загрузки кривая нагрева печи будет идти круче, а кривая остывания печи – положе, поэтому отношение периодов цикла будет уменьшаться, а, следовательно, будет падать и средняя мощность _.

При двухпозиционном регулировании средняя мощность печи все время приводится в соответствие с мощностью, необходимой для поддержания постоянной температуры. Зона нечувствительности современных терморегуляторов может быть сделана весьма малой и доведена до 0,1-0,2 °С. Однако действительные колебания температуры печи могут быть во много раз большими из-за динамического запаздывания в системе регулятор-печь.

Самый эффектный из всех способов регулирования температурного режима в электрических печах – импульсное регулирование с использованием тиристорных регуляторов.

Процесс импульсного регулирования мощности печи представлен на рис. 5. Периодичность работы тиристоров выбирают в зависимости от тепловой инерционности электрической печи сопротивления.

Рнагр = F (t)

Tизд = F (t)

T ЭПС= F (t)

t

Т, °С

Сеть

Тзад

–∆ Т

+∆ Т

 

Рис. 5. Тиристорный импульсный регулятор температуры

электрической печи сопротивления

 

Выделяют три основных способа импульсного регулирования (рис. 6):

импульсное регулирование при частоте коммутации – (где – частота тока питающей сети) с изменением момента отпирания тиристора называется фазоимпульсным или фазовым (кривые 1),

импульсное регулирование с повышенной частотой коммутации (кривые 2),

импульсное регулирование с пониженной частотой коммутации (кривые 3).

Путем импульсного регулирования можно получить плавное регулирование мощности в широких пределах без дополнительных потерь, обеспечивая соответствие потребляемой печью и подводимой из сети мощностей.

I=F (t)

U, I

U=F (t)

U=F (t)

U=F (t)

I=F (t)

I=F (t)

fk<2fc

t

t

t

fk>2fc

fk=2fc

Сеть

 

Рис. 6. Электрическая схема непрерывного регулятора

температуры

 

Задача регулирования температуры объекта при помощи активного управления мощностью нагревателя является достаточно сложной. Успешное решение этой задачи требует учета многих факторов, таких как размеры объекта, теплофизические свойства материала объекта, мощность нагревателя, форма и место расположения нагревателя, место расположения датчиков температуры и т. д. Однако в теории автоматического управления построены достаточно простые математические модели, в которых все перечисленные факторы могут быть учтены при помощи минимально необходимого числа параметров. Опыт показывает, что применение таких простых моделей позволяет вполне удовлетворительно решить задачу поддержания температуры почти любого объекта на заданном уровне.

П-регуляторы

 

Этот закон сокращенно называют П-законом, регуляторы называют П-регуляторами. В них реализована линейная зависимость регулирующего воздействия от регулируемой величины.

,

где – регулируемая величина; – коэффициент пропорциональной передачи, зависящий от параметров настройки.

Основным достоинством этих регуляторов является простота регулирования.

Элементы таких регуляторов не имеют промежуточных устройств и выполняют только функции преобразования физической природы выходного сигнала и увеличения его мощности.

Недостатком является сравнительно невысокая точность, особенно для объектов, обладающих плохими динамическими свойствами. Применение подобных регуляторов в большинстве случаев приводит к статистическим ошибкам.

 

И-регуляторы

В этом случае в зависимости от сигнала ошибки ставится не величина регулирующего воздействия, а скорость его изменения.

,

где – коэффициент интегрального параметра настройки; – постоянная интегрирования (размерность – время); – время.

И-регуляторы называются интегральными. В регуляторы должны быть введены устройства интегрирования входного сигнала. Применение регуляторов для неустановившихся режимов дает неудовлетворительные результаты.

Точность И-регуляторов в установившихся режимах достаточно высокая.

 

ПИ-регуляторы

 

ПИ-регуляторы называют пропорционально-интегральными, выходная величина их изменяется под действием двух составляющих: пропорциональной и интегральной. Закон регулирования ПИ-регуляторов имеет вид

Объединение этих законов позволяет устранить проблему И-регуляторов при работе в динамическом режиме или уменьшить статистическую ошибку при работе П-регуляторов.

 

ПД-регулятор

 

В данном случае в законе регулирования интегральная составляющая меняется на дифференциальную

где – постоянная дифференцирования (размерность – время); – коэффициент дифференциального параметра настройки.

Введение дифференциальной составляющей в закон регулирования улучшает доведение автоматических регуляторов в неустановившихся режимах, т. к. фиксируется не только сама ошибка, но и скорость ее изменения.

 

Или ПИД-регуляторы

.

В данных регуляторах учет интегральной составляющей ошибки обеспечивает требуемую точность работы установившегося режима, а дифференциальная составляющая служит улучшением динамических свойств автоматического регулирования.

В настоящее время чаще всего применяют ПИД-регуляторы.

 

Подготовка к работе

Открыть дверцу 1 печи и положить нагревательное изделие.

Закрыть дверцу печи.

Включить печь в розетку 220 В при помощи автомата.

Проверить подачу напряжения по индикаторной лампе «Сеть 2». Сигнальная лампа должна загореться красным цветом, напряжение подано, и можно работать последовательно.

Выставить температуру (+ 500, + 750, + 1000 С) с перерывом во времени. Опыт № 1 – 500 °С; Опыт № 2 – 750 °С; Опыт № 3 – 1000 °С;

Сигнальная лампа в зоне ∆П включится и будет гореть зеленым цветом до конца нагрева печи.

Секундомером замерить нагрев изделий при t 500°С, и, открыв дверцу аккуратно, вынуть изделие из печи.

Поставить в печь другое изделие, нагреть до 750 °С, зафиксировать время нагрева изделия, вынуть из печи; произвести нагрев другого изделия, нагрев его до 1000 °С, вынуть из печи.

В процессе работы могут произойти сбои в нагреве изделий, т. е. температурные изменения.

Обнаружить сбой температуры можно с помощью сигнальной лампы в зоне . Если лампа вдруг внезапно загорится красным цветом, то необходимо с помощью термометра выяснить, в какую сторону происходит сбой температуры (увеличивается или снижается).

В этом случае, чтобы не испортить изделие, нельзя открывать дверцу печи. Необходимо в отверстие в дверце печи установить термометр таким образом, чтобы он вошел внутрь печи, примерно до отметки температуры, которая была выставлена в начале нагрева. Термометр необходимо держать рукой, на которой одета верхонка. Термометр покажет, что температура либо поднимается выше выставленной, либо идет охлаждение, и она опускается.

Необходимо с помощью терморегулятора восстановить процесс нагрева изделия. При охлаждении повернуть маленькой отверткой на одно деление по часовой стрелке ось потенциометра в зоне ∆П, где находится зеленая сигнальная лампа. Произойдет интегрирование температуры. Если температура резко пошла вверх, то в зоне идет дифференцирование температуры.

В этом случае необходимо с помощью отвертки регулировать по часовой стрелке в зоне

После регулировки сигнальная красная лампа в зоне будет отключена, т. е. процесс нагрева изделия восстановлен.

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

а) наименование и цель работы;

б) функциональную схему регулятора температуры;

в) изображение нагревательных элементов лабораторной печи камерного типа и какой-либо другой для сравнения.

Контрольные вопросы

1. Для каких целей применяют печи сопротивления?

2. Перечислить классификацию ЭПС.

3. Какие достоинства и недостатки есть у печей сопротивления?

4. Назовите наиболее применяемые электрические схемы печей сопротивления.

5. Какие нагревательные элементы применяют в печах сопротивления?

6. Как происходит регулирование температуры печи?

7. Какие регуляторы температуры применяют и в каких печах сопротивления?

8. Режимы работы печей сопротивления.

9. По каким законам происходит регулирование температуры печей?

10. По какому закону регулируют температуру в печах камерного типа?

11. Как производят непрерывное регулирование температуры ЭПС?

12. Какие приборы нужны для непрерывного регулирования температуры?

13. Как идет процесс регулирования температуры в многозонных промышленных печах?

 

Основная литература

 

1. Кудрин, Б. И. Электрооборудование промышленности: учеб. для студентов вузов / Б. И. Кудрин, А. Р. Минеев. – М.: Академия, 2008. – 432 с.

Дополнительная литература

 

2. Минеев, А. Р. Моделирование электротехнологических процессов и установок / А. Р. Минеев, А. И. Коробов, М. Я. Погребинский. – М.: Спутник, 2004.

3. Фомичев, Е. П. Электротехнологические промышленные установки / Е. П. Фомичев. – Киев: Вища школа, 1979. – 263 с.

4. Электротехнологические промышленные установки / И.П. Евтюкова и др.; под ред. А. Д. Свенчанского. – М.: Энергоиздат, 1982. – 400 с.

5. Повышение эффективности электроснабжения электропечей / Р. В. Минеев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 532 с.

 

ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

 

 

Методические указания к лабораторным занятиям

и самостоятельной работе по дисциплине

«Основы электротехнологий» для студентов направления

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,

образовательная программа «Электроснабжение»

для всех форм обучения

 

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» в качестве
электронного издания для использования в учебном процессе

 

 

Кемерово 2016

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

С. А. Захаров – заведующий кафедрой «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

Малахова Татьяна Федоровна. Печи сопротивления: методические указания к лабораторным занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Основы электротехнологий» [Электронный ресурс]: для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», образовательная программа «Электроснабжение» для всех форм обучения / Т. Ф. Малахова. – Кемерово: КузГТУ, 2016. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв; цв.; 12 см. – Систем. требования: PentiumIV; ОЗУ 8 Мб; Windows ХР; (CD-ROM-дисковод); мышь. – Загл. с экрана.

 

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Основы электротехнологий» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», образовательная программа «Электроснабжение» для всех форм обучения.

 

© КузГТУ

© Малахова Т.Ф.

составление, 2016

 

Цель работы

Ознакомиться с конструкцией электрических печей сопротивления, их классификацией, основными характеристиками, выявить их достоинства, а также ознакомиться с методами регулирования температуры в электрических печах сопротивления.

Электрическая печь сопротивления (ЭПС) – электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением.

Электрические печи широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов.

Распространение электрических печей сопротивления определяется их достоинствами:

– возможностью получения в печной камере любых температур до 3000 °С;

– возможностью весьма равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы;

– лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи;

– удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии;

– хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование);

– компактностью и пр.

Большая часть электрических печей сопротивления – косвенного действия. В них электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через нагревательные элементы и передаётся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией либо теплопроводностью.

Устройство печи

 

Печь состоит из рабочей камеры, образованной футеровкой из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем (рис. 1). Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов. Для нагрева больших партий одинаковых деталей применяют печи непрерывного действия (методические), в которых изделия непрерывно перемещаются от одного торца к другому. Производительность таких печей больше, нагрев изделий более однороден, расход энергии меньше; как правило, они в высокой степени механизированы.

Рис. 1. Схема устройства камерной печи сопротивления периодического действия: 1 – нагревательные элементы; 2 – огнеупорная часть кладки; 3 – теплоизоляция; 4 – жароупорная подовая плита

 

В электрических печах сопротивления рабочими температурами до 700 °С (как периодического действия, так и в методических) широко используется принудительная циркуляция газов с помощью вентиляторов, встраиваемых в печь или вынесенных из печи вместе с нагревателями в электрокалориферы. ЭПС косвенного действия для расплавления легкоплавких металлов (свинец, баббит, алюминиевые и магниевые сплавы) конструируются либо в виде печей с металлическим тиглем и наружным обогревом, либо в виде отражательных печей с ванной и расположенными над ней в своде нагревателями. К лабораторным ЭПС относятся небольшие трубчатые, муфельные и камерные печи, а также термостаты и сушильные шкафы.

В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током (рис. 2), что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев (секунды, доли минуты).

Почти все промышленные и лабораторные печи снабжаются автоматическим регулированием температурного режима.

Р

Р

Рис. 2. Схема устройства печи сопротивления прямого действия: 1 – нагреваемое изделие; 2 – понизительный трансформатор; 3, 4 – контакты

 

Электропечи сопротивления классифицируют:

по своему режиму работы, в частности, имеются установки периодического и непрерывного действия;

по способам применения: лабораторные ЭПС и ЭПС промышленные, предназначенные для постоянной и объемной термообработки;

по имеющейся атмосфере в рабочей камере: с атмосферой контролируемой (вакуумной и т. д.) и атмосферой, имеющей воздушную среду (окислительной);

по видам обрабатываемых изделий: печи, воздействующие на керамику, стекло, фарфор и т. д., и печи, которые предназначены для термической металлообработки;

по типу конструкции, включая камерные и шахтные печи, колпаковые, конвейерные и плавильные печи;

по температуре рабочей: низко и среднетемпературные,высокотемпературные печи, печи особо высоких температур и сверхвысоких температур.

Электропечи сопротивления, как правило, характеризуются:

номинальной мощностью – общей мощностью, которую способны выделить все нагреватели электропечи, а также мощностью электродвигателей всех механизмов печи при расчетном напряжении сети;

мощностью холостого хода – мощностью, потребляемой печью в установившемся тепловом режиме при рабочей температуре, без учета мощности нагрева садки и мощности печных механизмов;

размерами рабочей камеры – расчетным максимальным размером садки, которая может быть загружена в печь, и нагрета по используемой технологии;

рабочей температурой – температурой, которая может быть получена в рабочем пространстве печи при обеспечении достаточного срока службы печного агрегата;

производительностью печи – количеством обрабатываемого материала в единицу времени;

разновидностью атмосферы в печи – потребляемая мощность всегда меньше установленной и зависит от коэффициента использования печи, что связано со старением нагревателей и износом футеровки.

Нагревательные элементы

Изготавливаются нагревательные элементы зигзагообразные: из проволоки (рис. 3, а, поз. 1); из ленты (рис. 3, а, поз. 2), (рис. 3, б, поз. 3) и спиралеобразные из проволоки (рис. 3, в, поз. 4). Зигзагообразные, спиралеобразные нагревательные элементы, имеющие большое сечение и механическую прочность, устанавливаются на стенках и своде печи при помощи специальных креплений, например, керамических каркасах различной формы (рис. 3, б, поз. 5), (рис. 3, в, поз. 6), изготовленных из жаропрочных материалов.

Подовые нагревательные элементы различной формы (рис. 3, г, поз. 7) укладываются непосредственно на подовый камень или кирпичи. На рис. 3, г, поз. 8 нагревательные элементы уложены в пазы футеровки.

 

в)

б)

г)

а)

Рис. 3. Виды нагревательных элементов:

а, б – зигзагообразные; в – спираль;

г – различной формы

Регулирование температуры

 

В электрических печах сопротивления в подавляющем большинстве случаев применяется простейший вид регулирования температуры – двухпозиционное регулирование, при котором исполнительный элемент системы регулирования – контактор имеет лишь два крайних положения: «включено» и «выключено».

Во включенном состоянии температура печи растет, так как ее мощность всегда выбирается с запасом, и соответствующая ей установившаяся температура значительно превосходит ее рабочую температуру. В выключенном состоянии температура печи снижается по экспоненциальной кривой.

Для идеализированного случая, когда в системе регулятор – печь отсутствует динамическое запаздывание, работа двухпозиционного регулятора показана на рис. 4, на котором в верхней части дана зависимость температуры печи от времени, а в нижней – соответствующее изменение ее мощности.

 

∆τ2

∆τ1

∆τ1

∆τ2

Рном

Р

Рср

τ

+∆t1

-∆t2

t

tзад

Рис. 4. Идеализированная схема работы двухпозиционного регулятора температуры

 

При разогреве печи вначале ее мощность будет постоянной и равной номинальной, поэтому ее температура будет расти до точки 1, когда она достигнет значения В этот момент регулятор сработает, контактор отключит печь и ее мощность упадет до нуля. Вследствие этого температура печи начнет уменьшаться по кривой 1-2 до тех пор, пока не будет достигнута нижняя граница зоны нечувствительности. В этот момент произойдет новое включение печи, и ее температура вновь начнет увеличиваться.

Таким образом, процесс регулирования температуры печи по двухпозиционному принципу заключается в ее изменении по пилообразной кривой около заданного значения в пределах интервалов + , - , определяемых зоной нечувствительности регулятора.

Средняя мощность печи зависит от соотношения интервалов времени ее включенного состояния и выключенного состояния. По мере прогрева печи и загрузки кривая нагрева печи будет идти круче, а кривая остывания печи – положе, поэтому отношение периодов цикла будет уменьшаться, а, следовательно, будет падать и средняя мощность _.

При двухпозиционном регулировании средняя мощность печи все время приводится в соответствие с мощностью, необходимой для поддержания постоянной температуры. Зона нечувствительности современных терморегуляторов может быть сделана весьма малой и доведена до 0,1-0,2 °С. Однако действительные коле