1tom325

13. ELEKTROTERM1A

teryzuje się ciągłą oscylacją temperatury w otoczeniu wartości zadanej. Amplituda oscylacji jest określona zależnością

(13.18)

gdzie: H — histereza regulatora, P_max— maksymalna moc grzejna.

Regulacja trójstawna jest stosowana głównie w trójfazowo zasilanych obiektach dużej i średniej mocy, w których istnieje możliwość przełączania układu grzejnego z trójkąta w gwiazdę. Zasada pracy polega na dwustopniowym przełączeniu mocy grzejnej. Regulator trójstawny ma dwie nastawy:    i >9₂. Przekroczenie dolnej nastawy 3,

powoduje przełączenie trójkąta w gwiazdę (i odwrotnie), przekroczenie górnej nastawy 9₂ powoduje przełączenie gwiazda — zero (i odwrotnie). Zaletą tego układu są mniejsze oscylacje temperatury oraz skrócenie czasu rozgrzewu.

W układach regulacji niby ciągłej sygnał sterujący przyjmuje tylko dwie wartości: (P = P_max, P = 0), jednakże zasady przełączania jednego stanu w drugi są określane przez dodatkowe układy korekcyjne. Regulatory tego typu mogą z przybliżeniem symulować działania regulatorów ciągłych.

Przy doborze standardowych UART o charakterze przemysłowym jest pomocnym wskaźnik I_ST = L_ST/N, przy czym L_sr jest zastępczym czasem opóźnienia obiektu wraz z czujnikiem temperatury [13.20]. Dopuszcza się regulację dwustawną dla I_ST sg 0,02. W przypadku wymaganej dużej dokładności, I_ST sg 0,002. Regulację trójstawną można stosować dla I_ST sg 0,05, przy wymaganiach ostrzejszych dla 1_ST sg 0,005. Stosowanie regulacji ciągłej jest zalecane dla 0,1 =g I_sr ^ 0,25. Dla I_ST > 0,25 należy stosować układy regulacji cyfrowej, realizowane obecnie z zastosowaniem mikroprocesorów.

13.4. Nagrzewanie rezystancyjne

13.4.1.    Istota metody

Nagrzewanie rezystancyjne (oporowe) jest to nagrzewanie elektryczne oparte na efekcie Joule’a w ośrodku przewodzącym stałym, połączonym galwanicznie ze źródłem energii. Zgodnie z prawem Joule’a-Lenza moc cieplna P w torze elektrycznym o rezystancji R

P = RI¹    (13.19)

lub w postaci ogólnej

P =y E²V    (13.20)

przy czym E — natężenie pola elektrycznego w elemencie przewodzącym o konduktywno-ści y i objętości V.

13.4.2.    Urządzenia rezystancyjne bezpośrednie

W urządzeniach bezkomorowych nieprzelotowych (rys. 13.8a) wsad (np. kęsy, pręty, wałki) jest mocowany w szczękach będących stykami elektrycznymi nagrzewnicy połączonej z układem zasilania. Urządzenia te służą głównie do szybkiego, skrośnego nagrzewania elementów metalowych w procesach obróbki plastycznej. W procesach szybkiego nagrzewania — kiedy można pominąć w bilansie energetycznym straty cieplne — wymagana średnia moc grzejna

(13.21)

P_m = A,9 mc/t_g = mi/t_g

gdzie: A 9 = 9_p—9_k — różnica średniej początkowej i końcowej temperatury wsadu; m — masa wsadu; c — średnie ciepło właściwe wsadu w przedziale temperatur &_p^-9_k; t_g — czas nagrzewania; i — entalpia właściwa wsadu.

Rys. 13.8. Rezystancyjne układy grzejne bezpośrednie: a) bezkomorowy nieprzelotowy zc stykami stałymi; b) bezkomorowy przelotowy ze stykami ślizgowymi; c) bezkomorowy przelotowy ze stykami rolkowymi; d) bezkomorowy przelotowy zc stykami cieczowymi; e) komorowy

Moce urządzeń sięgają 12 MV A, napięcia pracy 5-h 150 V, wartości prądu dochodzą do 130 kA. Stosunkowo duże indukcyjności toru wielkoprądowego mogą wymagać stosowania baterii kondensatorów.

W urządzeniach bezkomorowych przelotowych wsad przesuwa się między stykami ślizgowymi, rolkowymi lub cieczowymi (rys. 13.8b, c, d). Najpowszechniejsze zastosowania to nagrzewanie w procesach obróbki cieplnej i plastycznej drutów (o średnicy do 25 mm) i taśm. Moce tych urządzeń sięgają 800 kV-A. Proces nagrzewania przelotowego można realizować w atmosferze ochronnej, prowadząc nagrzewany odcinek w rurze wypełnionej właściwą atmosferą.

Głównymi zaletami nagrzewania metali metodą bezpośrednią są: bardzo małe straty metalu wskutek utleniania (krótki czas nagrzewania), wysoka sprawność energetyczna procesu, stosunkowo niewielki koszt inwestycyjny, łatwość pełnej automatyzacji procesu, szybki rozruch i zatrzymanie urządzeń.

Do urządzeń rezystancyjnych bezpośrednich komorowych zalicza się urządzenia do produkcji wyrobów grafitowych oraz do produkcji karborundu. Najbardziej rozpowszechnione są urządzenia z piecami Achesona (rys. 13.8e). Moce tego typu urządzeń sięgają 20 MV A, maksymalne wartości prądu 100 kA, temperatury w rdzeniu pieca dochodzą do 2500^CC.

13.4.3. Urządzenia rezystancyjne pośrednie

W urządzeniach tego typu ciepło Joule’a wydziela się w elementach grzejnych (źródła ciepła), skąd jest przenoszone termokinetycznie do obszaru nagrzewanego (odbiornika). Elementy grzejne są częścią składową każdego rodzaju urządzenia rczystancyjnego pośredniego. Procesy grzejne są realizowane zarówno w układach bezkomorowych (układ grzejny bez termoizolacyjnej komory), jak i komorowych.

Elementy grzejne

Wykonuje się je ze stopów rezystancyjnych, metali wysokotopliwych oraz materiałów niemetalowych.

Spośród stopów rezystancyjnych (tabl. 13.4 i 13.5) najbardziej są rozpowszechnione stopy ferchromalowe z uwagi na wysokie dopuszczalne temperatury pracy (do 1400°C), dużą trwałość, niski współczynnik temperaturowy rezystywności (wzrost rezystywności w przedziale 20 — 1200°C nie przekracza 4%) oraz stosunkowo niską cenę.

Niekiedy całą grupę stopów typu Fe-Cr-Al określa się niepoprawnie mianem kanthali.