模块一电加热温度控制方案

项目三

电加热控制系统 集成与调试

模 块 一

电加热温度控制方案

湖州职业技术学院机电工程分院1

一、作业点评(一)题目要求加热炉温度控制系统如图1 所示，根据工艺要求，出现故 障时炉子应当熄火。试说明调 节阀的气开、气关型式，调节 器的正反作用方式，并简述控 制系统的动作过程。冷介质 加热炉 热介质 燃料T C

图1

加热炉控制系统图

从实际工艺要求可知：为了在控制阀气源断气时，炉温不继续升高， 以防烧坏炉子，应采用气开阀(断气时关闭),是“正”作用。炉温是随 燃料的增多而升高的，所以炉子也是“正”作用的。所以根据反馈控制原 理，调节器必须为“反”作用，才能当炉温升高时，使阀门关小，炉温下 降。 其工作过程如下：温度↑→温度变送器输出↑→调节器输出↓→调节 阀开度↓→燃料输出↓→温度↓。2

二、加热控制的意义从本次课开始我们将讨论温度 控制问题。温度控制在工业生产中 具有极广泛的应用，根据加热介质 的不同，大致可分为二类：一是燃 烧加热方式，另一种是电加热方式。 后者由于使用安全、效率较高、环 保节能、控制方便等优越性，越来 越受到重视与应用。因此我们将以 电加热模拟锅炉恒温控制系统的集 成与调试技术，以使大家对温度控 制技术有一基本认识，并学会应用。3

三、理论分析——温度 位式控制方案(一)双位控制当e>0或e<0时

e<0或e>0时

u u maxu开位 J

u u min

e

关位

理想的双位控制特性图4

双位控制示例

三、理论分析——温度 位式控制方案(二)具有中间区的双位控制 Pu开 t

0

eT th

关

TO tL T t

带中间区的双位控制规律5

带中间区的双位控制过程

三、理论分析——温度 位式控制方案双位控制的特点及应用双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因 此应用很普遍。常见的双位控制器有带电触点的压力 表、带电触点的水银温度计、双金属片温度计、动圈 式双位批示调节仪等。在工业生产中，如对控制质量 要求不高，且允许进行位式控制时，可采用双位控制 器构成双位控制系统。如空气压缩机贮罐的压力控制 ，恒温箱、电烘箱、管式加热炉的温度控制等就常采 用双位控制系统。6

三、理论分析——温度位式控制方案

(三)多位控制三位控制规律特点当被控变量在某一个范围内时，执行器可以处 于某一中间位置，以使系 统中物料量或能量的不平三位控制器特性示意图

衡状态得到缓和，这就构 成了三位式控制规律。

(三)三位控制器高 中 低 总 表1 电炉加热系统三位控制工作情况表 继电器工作情况- +

指针

位置 J1 J2

220V~ 闭合 闭合

J1

乙

甲

J2

断开

闭合

断开 220V~

断开

在加热炉中，采用XCT型动圈式三位指示调节仪 进行温度的三位控制。8

四、温度控制方案的改进基于可控硅电力控制器的温度控制系统可用下图表示，其基 本原理是：温度传感器检测水温，并以电信号方式传送给温度控 制器，温度控制器则与给定值比较后得到偏差e,经运算后得到控 制值输出给可控硅电力控制器，并由它去控制串在主回路中的可 控硅(晶闸管)模组，改变主回路中电压的导通与关断，由此达 到调节电功率的目的。调节器PID调节 给定值

温度 传感器 可控硅电 力控制器

可控硅的不同触发方式1、“调压型”触发方式U

“调压型”触发方式，也称 为“移相型”触发方式，即在 交流电的半个周期(正半周期

电源波形

0 U触发脉冲

t

或负半周期)内通过控制(移 动)触发脉冲的相位，来调整 “导通时间”(又称导通角) 和关断时间(又称控制角)的 比例来达到改变输出电压平均 值的目的，输出的连续性比较 好，被控参数比较稳定

0 U负载波形

t

0控制角 导通角

t

“调压型”触发方式的工作波形

可控硅的不同触发方式2、“定周期过零调功型”触发方式在一个较长的固定周期内通过触发电路控制导通周波的 个数和关断周波个数的比值(又称为占空比或时间比例) 来控制负载功率的平均值。电源波形

U 0

T

100T 2S t

U触发脉冲

T

2T t

0 U负载波形

0

T过零时导通

2T

100T 2S t

“定周期过零调功型”触发方式的工作波形11

可控硅的不同触发方式3、“变周期过零调功型”触发方式“变周期过零调功型”触发方式是从“定周期过零调功 型”触发方式演变而来的。即在满足“过零触发”和“输 入信号和占空比的关系”两个前提条件下，尽可能缩短控 制周期，从而减小测量仪表的抖动，并提高控温的精度

“变周期过零调功型”触发方式的工作波形

4、三种控制模式的性能对比三种控制模式各有优缺点，变周期过零调功方式，对 电网无干扰，能提高电网功率因数，节能效果明显，所以 越来越被广泛采用。

可控硅三种控制模式的工作波形13

4、三种控制模式的性能对比

五、小结，学生课后自学布置1、小结通过本次课学习，在能力应达到： 1)熟悉位式控制规律与性能特点，能根据工艺特点与 要求，用双位式和三位式控制器组成合理的温度控制系统。 2)明确可控硅电力控制器的工作原理与性能特点，能 根据工艺特点与要求，用可控硅电力控制器等自动化仪表 组成合理地温度定值控制系统。

2、作业布置(1)请简单

说明电接点水银温度计、双金属温度计的结 构原理及测量方法？ (2)请查询二个不同生产厂家的可控硅电力控制器产品， 并简单说明其使用方法。15

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