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      固態(tài)繼電器在爐溫控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

      2016-11-7  瀏覽:次
      [固態(tài)繼電器在爐溫控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用]:摘要:針對工廠常用烘干設(shè)備及熱處理設(shè)備的原控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。著重闡述了固態(tài)繼電器的原理、性能,并和交流接觸器作了比較,提出了利用固態(tài)繼電器代替交流接觸器控制爐溫的方法,設(shè)計(jì)出原理圖,應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)際。...

        摘要:針對工廠常用烘干設(shè)備及熱處理設(shè)備的原控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。著重闡述了固態(tài)繼電器的原理、性能,并和交流接觸器作了比較,提出了利用固態(tài)繼電器代替交流接觸器控制爐溫的方法,設(shè)計(jì)出原理圖,應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)際。有效提高了控溫精度,而且改善了工作環(huán)境。 

        在工廠生產(chǎn)中用于工件烘干及熱處理的設(shè)備很多。如箱式電爐、紅外線加熱爐、熔化爐、干燥箱、井式回火爐、淬火爐、高溫鹽爐、中溫鹽爐和油爐等,其工作溫度在 0 ~ 1 200 ℃之間。此類設(shè)備有的外購,有的系公司自行設(shè)計(jì)生產(chǎn),大多設(shè)備控制柜老化嚴(yán)重,使用時(shí)間近 20 年。此類設(shè)備均采用記錄儀直接控制接觸器通斷進(jìn)行加熱,控制精度較低,一般在±5%之間,而且噪音大、耗能高。隨著公司制造能力及技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在對工件表面處理要求越來越高,控溫要求也越來越高。在“十一五”期間公司投入部分資金進(jìn)行系統(tǒng)改造。在改造過程中借鑒國外技術(shù),新系統(tǒng)采用三表分離,測溫點(diǎn)采樣多,分布均勻,控溫精度高,一般在±2%以內(nèi)。特別是采用固態(tài)繼電器以后,既降低了噪音又降低了空載損耗。

        1 原爐溫控制系統(tǒng)基本情況及工作過程

        原爐溫控制系統(tǒng)原理如圖 1 所示,系統(tǒng)采用記錄儀直接控制交流接觸器進(jìn)行通斷加熱,交流接觸器動作頻繁、噪音大、觸點(diǎn)燒蝕嚴(yán)重,每隔一段時(shí)間就要更換。溫度采樣點(diǎn)少,爐內(nèi)真實(shí)溫度反映不準(zhǔn)確;控溫精度不高,溫度上下波動范圍大,記錄效果不好。

        2 固態(tài)繼電器控制的爐溫系統(tǒng)

        2.1 固態(tài)繼電器的分類

        固態(tài)繼電器(亦稱固體繼電器,SolidStateRelay,簡稱 SSR)是用分離的電子元器件、集成電路(或芯片)及混合微電路技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的一種具有繼電特性的無觸點(diǎn)式電子開關(guān)。具有壽命長、可靠性高、開關(guān)速度快、電磁干擾小、無噪聲、無火花等特點(diǎn)。

        按輸出負(fù)載電源,分為交流固態(tài)繼電器、直流固態(tài)繼電器和交直流固態(tài)繼電器。

        交流固態(tài)繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型(簡稱過零型)和隨機(jī)導(dǎo)通型(簡稱隨機(jī)型);按輸出開關(guān)元件分有雙向晶閘管輸出型(普通型)和單向晶閘管反并聯(lián)型(增強(qiáng)型);按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式(自然冷卻,不必帶散熱器)和固定在金屬底板上的裝置式(靠散熱器冷卻);另外輸入端又有寬范圍輸入(DC 3~32 V)的恒流源型和串電阻限流型等。

        直流固態(tài)繼電器按輸入端分為光隔離型、高頻磁隔離型和變壓器耦合型;按輸出端分為大功率三極管型和功率場效應(yīng)管型。

        交直流固態(tài)繼電器分為光伏耦合器型和磁隔離型。

        2.2固態(tài)繼電器的原理分析

        如圖 2 所示,固態(tài)繼電器是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件,為四端有源器件,其中兩個(gè)輸入控制端,兩個(gè)輸出端,輸入輸出間為光隔離,輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后,輸出端 1,2 就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài),1從而接通交流或直流電路[1] 。

        固態(tài)繼電器就相當(dāng)于一個(gè)無觸點(diǎn)的開關(guān),如圖 3 所示,通過對輸入控制端信號的給定,對電源(交流或直流)的通斷進(jìn)行控制。

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        在感性負(fù)載的場合,當(dāng) SSR由通態(tài)關(guān)斷時(shí),由于電流、電壓的相位不一致,將產(chǎn)生一個(gè)很大的電壓上升率dμ/dt(換向dμ/dt)加在雙向晶閘管兩端,如此值超過雙向晶閘管的換向 dμ/dt 指標(biāo)(典型值為10 V/μs)則將導(dǎo)致延時(shí)關(guān)斷,甚至失敗。而單向晶閘管為單極性工作狀態(tài),只受靜態(tài)電壓上升率dμ/dt(典型值為100 V/ μs)影響,由兩只單向晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的增強(qiáng)型SSR 比由一只雙向晶閘管構(gòu)成的普通型SSR的換向dμ /dt有了很大提高,因此在感性或容性負(fù)載場合宜選取增強(qiáng)型SSR。

      [$page]  2.3 固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點(diǎn)

        與常規(guī)使用的交流接觸器比較,固態(tài)繼電器有優(yōu)勢,但也存在導(dǎo)通壓降較大,有斷態(tài)漏電流等缺點(diǎn),具體情況見表1。

        2.4 固態(tài)繼電器構(gòu)成的溫控系統(tǒng)

        根據(jù)過零型交流固態(tài)繼電器的特性,選用日本橫河系列或大華-千野系列溫控表,選擇UT350-KP1000系列溫控表,SSR驅(qū)動輸出型。此類溫控表可存貯19種程序段,每種程序段有19種步進(jìn)通過LCD顯示,正在執(zhí)行的步進(jìn)及其前后各一步用自整定功能片可自由設(shè)定PID常數(shù)對應(yīng)多種對象,程序運(yùn)行可有主從方式。

        報(bào)警表采用XMT系列,記錄儀采用川儀ER186系列儀表。主回路加電壓及電流監(jiān)控,控制回路加報(bào)警輸出。由于固態(tài)繼電器是發(fā)熱元件,長時(shí)間工作,若沒有好的散熱容易燒毀,本系統(tǒng)在安裝固態(tài)繼電器時(shí),將其裝在帶有散熱風(fēng)扇的鋁散熱器上,在散熱器表面裝上溫度繼電器,將其觸點(diǎn)串入主回路控制線圈,一旦溫度過高,可自動停止固態(tài)繼電器工作,有效保護(hù)元件。設(shè)計(jì)原理如圖4 所示。

        整個(gè)系統(tǒng)借鑒國外技術(shù),采用三表(溫控表、記錄儀、報(bào)警表)分立,三熱電偶分立,測溫點(diǎn)在爐內(nèi)分布均勻,相互制約,有效檢測爐內(nèi)溫度。整體控溫精度高,系統(tǒng)運(yùn)行基本無噪音。系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

        3 結(jié) 語

        改造后的系統(tǒng)由于統(tǒng)一了儀表及控制元件,相互之間可互換,通用性強(qiáng),維護(hù)方便。而且控溫精度高,噪音低,節(jié)省能源。目前已在公司數(shù)臺設(shè)備改造中得到應(yīng)用,取得了良好的效果。

        參考文獻(xiàn):
        [1] 王兆安,黃 俊. 電力電子技術(shù) [M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000. 

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