Управление муфельной печью

Доброго вечера всем!
Собираю печку для обжига керамики. Начал резво, корпус собрал, количество проволоки рассчитал, сегодня на котельной на смене — решил заняться управлением. А тут не всё так просто. Думаю, напишу, может кто подскажет.
Мощность 7 киловатт. Температуру снимать буду через термопару — рабочий диапазон от комнатной до 1000-1100 градусов. Инерционность небольшая, так как спирали открытые. Затеялся сделать что-то вроде ПИД регулятора, и тут понеслось. Реле или пускатель не проканает — сильно часто щёлкать будут. Пошарил в гугле — все делают на тиристорах Т142. И все используют импульсный запуск.
Вопрос в том, есть ли другие варианты — и если импульсный запуск всё-же предпочтителен — то что почитать посоветуете, дабы матчасть подтянуть?

Комментарии (55)

RSS свернуть / развернуть
Какие изделия собираетесь обжигать, если не секрет?
0
Некоторые детали для облицовки пивоварни, в частности крышку-чашу — вроде раковины. Есть мысли и всю электронику запихнуть в керамический отсек герметизированный, потому что шланги, вода, пар… Кроме того супруга игрушки вяжет, что-то там в инстаграмме выкладывает — говорю давай уже потратимся на печку, я пивоварню доделаю, а ты себе ассортимент расширишь — добавишь глиняных игрушек — всё-же какая-никакая фишка. Ещё хочу шликерное литьё попробовать. Да и вообще наличие места, в котором можно поддерживать температуру в 1200 градусов открывает множество возможностей. Если добавить герметичный корпус из нержавейки — то можно в среде аргона более тонкие работы выполнять. Можно кремировать после смерти домашних животных… В общем много применений можно придумать)
+1
После фразы
… можно в среде аргона более тонкие работы выполнять. Можно кремировать после смерти домашних животных…
немного подвис.
0
Ну не в землю же их закапывать, это бесчеловечно)
+1
Крафтовое пиво с прахом хомячка ))
0
OldHamster Hafe Weis например…
+1
Эт что, 35 ампер в одну фазу?
0
32 если быть точнее. Да, у нас две фазы как раз перегружены, в кооперативе владельцы за последние годы сменились и часть стала больше потреблять, а та, что и так мало потребляла стала ещё меньше. Поэтому такой вариант видится более целесообразным, чтоб все щиты не раскидывать, во всяком случае до весны.
0
Вообще Вы правы, раскидать на 3 фазы по 11 ампер на фазу, поставить старые добрые BT139 через moc c датчиком перехода через ноль и с хорошими радиаторами и уже бы готово было. А проблему перекоса фаз решать отдельно от «печного вопроса» во всяком случае хуже точно не будет. Но всё равно вопрос подключения Т142 остаётся.
0
Ну тогда просто импульсный трансформатор с выпрямителем. с низкой стороны его кормим импульсами, к примеру меандром с частотой 40кгц. Импульсы с высокой стороны выпрямляются и попадают на управляющий электрод тиристора. Первый же импульс, пришедшийся на начало периода откроет тиристор, а все остальные будут без пользы, но и вреда от них никакого.
А когда импульсы прекратятся — тиристор сам закроется в тот момент периода, когда через тиристор исчезнет ток.
Конструкция проста и незатейлива как два байта.
0
А что мешает взять те же три спирали, три BT139 и просто повесить их на одну фазу?
0
Лучше применять BTA16 или BTA216, а ещё лучше BTA225. У них падение в открытом состоянии стабильные 1.2-1.25В. Все BT139 с которыми мне приходилось иметь дело, а их было много и из разных источников и партий, имели неприятную особенность. При токах близких к максимальным, грубо говоря, больше 10А, падение резко вырастало больше 2В, они начинали калиться и нагорячую переставали закрываться при переходе через 0. Не знаю с чем это связано, в даташитах такого не пишут.
0
Я бы вообще взял элементы с запасом на ток например около 50А на канал. Мало ли какие переходные процессы там пойдут и мало ли какую переделку нагревателей потом сделает. чтобы не переделывать потом блок управления.
0
Можно взять твердотельное реле с алиэкспресса и не ломать себе голову.
Импульсное управление тиристорами используют при фазовом управлении мощностью, в случае с нагревателем — это излишество, можно просто прпускать периоды синусоиды.
0
По большому счету управлять нагревом спирали большой мощности через симистор смысла нет. Печь штука инертная, и чем она больше в объеме тем инертней. На мой взгляд лучше управлять включением паралельно соединенных ТЭН-ов при помощи подходящих твердотельных реле или пускателей нулевой или первой величины.
0
Твердотельное реле — тот же симистор. :)
0
Я имел в виду применить не один нагреватель а несколько штук меньшей мощности включаемых паралельно по необходимости. Дело в том что открытая спираль даже толстая долго не проживет, а коммутируя отдельные нагреватели легче получить необходимую мощность и температуру. Как и чем тебе это делать решай сам. Просто если сдохнет один нагреватель, а это когда то произойдет наверняка, кирдык всему процессу до остывания печи. Если же навернется один из ТЭНов то процесс можно будет дотянуть до конца. Нагреватели лучше использовать керамические, они служат дольше всех, может подойдут и кварцевые типа тех что стоят в микроволновках, корундовые достать шансов у тебя мало. Стремись к простоте конструкции, ведь ее периодически придется обслуживать.
0
При таких мощностях фазоимпульсное регулирование использовать, естесственно, не стоит. :) Механические контакты я бы тоже не применял, с учетом того, что стоит задача регулировать мощность (т.е., требуется относительно частая коммутация).

Есть два способа.

Простой способ — взять твердотельное реле с детектором перехода через ноль (обяательно!), и подавать на него медленный-медленный ШИМ, порядка 0.5 — 1 Гц. За счет отсутствия синхронизации ШИМ-сигнала с напряжением сети будет небольшой джиттер момента реальной подачи мощности, но для нагревателя это некритично.

Красивый способ — использовать твердотельное реле без детектора перехода через ноль и использовать регулирование по алгоритму Брезенхема с равномерным распределением полупериодов:

habr.com/post/254719/
trolsoft.ru/ru/articles/bresenham-algo
www.platan.ru/shem/pdf/brezenhem.pdf

Такой способ позволяет максимально равномерно распределить потребление тока во времени.
0
  • avatar
  • _YS_
  • 21 ноября 2018, 13:47
В красивом способе детектор перехода через ноль в твердотельнм реле ни чуть не мешает, можно использовать с ним, тем более что такие реле больше распространены. Когда печь для отжига стеклянных изделий делал то как раз полупериоды алгоритмом Брезенхема прореживал, синхронизируясь по пересечению ноля.
0
Тирикон в помощь.
0
А что это?
+1
Тиристор-контактор. Суть системы в том, что включается тиристорная коммутация при переходе через ноль, затем включается контактор, которые коммутирует почти нулевой ток, потом тиристор отключается. Отключение в обратном порядке: включается поддерживающий тиристор, потом отпускается контактор, потом по переходу через ноль отключается тиристор.
Гуглится без проблем, идея отличная. Вместо тиристора может быть симмистор, но то такое…
0
Без схемы мне не понять!
0
Извиняюсь, херню дал…
0
0
Но это для коммутации компенсатор реактивной мощности. Просто вместо конденсаторного треугольника будет твоя нагрузка. Позволяет увеличить количество срабатываний контактора многократно, при этом неспешно им можно ШИМить при частоте периоде в несколько секунд. Для такой задачи — самое то!
0
Извиняюсь, много опечаток. Я привык, что могу потом коммент отредактировать.
0
Я понял это так: оно помогает коммутировать контакты реле в моменты перехода через ноль.
0
Совершенно верно. При таком режиме можно контактором пользоваться вдоволь, потому что он таким образом имеет огромный ресурс.
0
Есть один момент — дело в том, что печь то хотя и инертная штука, но чем выше разница температур тем менее инертной она становится — то есть при температуре в 800 градусов — десяти секунд может хватать, а вот при 1100 градусах за десять секунд может убежать несколько десятков градусов. Вообще этот вопрос нужно проработать более детально, обратил внимание на этот момент в одном из видео — где до 1000 печку догоняют, потом отключают мощность — и температура прямо на глазах падает, достаточно быстро. Правда я не помню деталей, может та печь не была достаточно утеплена. Спасибо за наводку — изучу информацию. Про тирикон вчера ещё почитал, суть понятна. Гугл ещё долго мне пытался скормить инфу по запросу «терикон» — и Лисичанск показывал)
0
Да вроде все очевидно, релюха, запараллеленная тиристором. Под нагрузкой коммутируется тиристор, релюха коммутируется при открытом тиристоре — благодаря этому она не искрит.
0
Моменты перехода через ноль как учитываются?
0
Это работа тиристора, тут на схеме этой части нет.
0
В каком смысле учитываются?
0
Программно :) на приведённой схеме написано «Процессор».
0
we.easyelectronics.ru/Tools/pechka-za-1580-rubley-chast-2-upravlenie-i-primer-raboty.html
Вот тут есть претензионный алгоритм управления печкой и снятия температуры термопарой.
0
Вот тут я не совсем точно но в целом правильно описывал.
we.easyelectronics.ru/power-electronics/kommutaciya-nagruzok-peremennogo-toka.html

Могу прислать битую платку коммутации например на CLA50E1200. Я думаю модульные тиристоры это уже перебор. Там часть каналов будет живая.
Но для этой платы потребуется датчик тока для отключения тиристоров именно в нуле тока. И датчик напряжения для отключения в 0 напряжения при холостом ходе. Хотя если нагрузка чисто активная можно без датчика тока обойтись.
В общем мозгов на такой плате нет.
Могу ещё посмотреть симистор-тиристорную схему — там нет трансформаторов и развязка на оптронах, но это надо смотреть где оно есть…
0
Я думаю что надо делать так примерно:
Схема управления с термопарой и датчиком питающей сети (например 3 датчика по 1 на каждую фазу).
Потом идёт контактор входной — он нужен для создания явного отключения при нештатном режиме работы и исключении повторного пуска при аварийной остановке. Этим контактором можно управлять например через симистор с опторазвязкой и датчиком 0.
После контактора идёт 3 канала на тиристорах. тиристоры не общем радиаторе через изолятор.
После включения контактора ими управляется нагреватель. При отключении сначала отключаются они а потом контактор (дугогашение такое :)). при аварийном всё и сразу.

При настройке придётся в регуляторе делать калибровку в любом случае, тк нагреватели не инерционные, а вот печка ого как инерционная. И придётся подбирать константы времени нагрева на еденицу остывания и времени остывания чтобы определить минимальный переод включения нагревателя и прогнозировать насколько оно нагреется.

По первой ссылке у QuaziKing2 регулировка офигенно получилась. У меня жена этой печкой клише для тиснения греет так идеально просто. А по прямому назначению я и не пробовал :)
0
А забыл упомянуть что потом при эксплуатации можно все 3 входа отдельных фаз параллельно соединить и на один автомат. Только коммутацию нагревателей поменять придётся.
0
А вот этот топик, по хорошему, лучше убрать в личные блоги. Коллективные все же не для вопросов.
0
  • avatar
  • Vga
  • 22 ноября 2018, 23:05
Давно ничего не постил, интуиция перенастроилась. Да будет так.
0
Учитывая количество «топиков» — аж 1 в месяц — можно забить.
0
Вероятно меня сейчас забросают кучей домашних растоптанных тапок, и я готов их принять на свою голову. Но я вижу что у большинства людей дающих свои комментарии нет даже представления как выглядит в живую настоящая муфельная печь. На мой взгляд автору топика было бы неплохо посетить термичку и увидеть настоящую промышленную термо печь, ознакомиться с ее устройством. Взвесить все за и против, и уж потом браться за постройку печи. Я не против электронного управления печью, но напрашивается вопрос нахрена козе баян? При грамотном исполнении внешней термоизоляции с использованием современных материалов и хороших тепло-электро нагревателей можно сделать просто и бюджетно. Цена вопроса нагреватели. На мой взгляд, электроники достаточно лишь для контроля температуры, а управление ТЭНами можно осуществить уже чем угодно вплоть до галетника большой мощности. Для справки, печь даже не большого объема нагревается довольно медленно, в отличие к примеру от паяльной станции. На первый пуск и выведение на полную мощность вместе с просушкой печи объемом в100 литров отводят минимум 48-72 часов.
0
Ну бюджетно с ценами на швп 350 не получится. Я посчитал на 200 литровую печь при покупке у производителя только на швп порядка 30к нужно, без учёта стоимости нагревателей, внешнего утеплителя, корпуса ну и средств контроля и управления, потому и решил собрать что попроще из подручных материалов — посмотреть, попробовать, а если нужда будет — то уже делать то, что изначально планировалось. Швп нынче больше 80 тысяч за куб стоит, Так что если действительно из современных делать — то цена нагревателей практически незаметна)
Что касается управления — то не совсем понятно что имеется в виду под тем, что электроники достаточно лишь для контроля температуры… Контроль температуры это ведь есть измерение температуры и включение/отключение нагревателя. Вообще конечно можно не заморачиваться и просто на Али купить какой-нибудь rex c 100 за 800 рублей, на него отличные отзывы в сети, только термопару заменить, родная до 400 градусов только. Но так ведь не интересно)
0
Под контролем температуры я подразумеваю лишь наблюдение за ней. Тут тебе хватит и обычного мультиметра. Регулировать либо устанавливать необходимую температуру можно последовательным и параллельным подключением нагревателей. Полагаю у тебя нет необходимости выдерживать ее с точностью +/- 0,5 градуса. Даже если погрешность будет составлять 20-50градусов ничего существенного не произойдет. Другое дело термообработка металлов и сплавов, например термоусадка пружин. И то опытные термисты как правило ориентирурются по цвету каления металла.
0
Забыл спросить. Швп это что, это как то связано с шамотом?
0
ШВП это походу Шарико Винтовая Передача :)
0
Швп — шамотно-волокнистая плита плотностью 350 кг на м3. Очень хорошая штука для печек с температурой рабочей камеры ниже 1200 градусов. www.promkeramika.ru/produktsiya/plita-shvp-350
0
Я думал ты с работы ЗИП растащил :)
0
Я вот был в лабораториях где используются печи для закалки металлов в атмосферах защитных газов. Там используются графитные нагреватели с индукционной катушкой. И при этом эта катушка ещё и имеет жидкостное охлаждение, чтобы не расплавилась как и стенки камеры.

Но я думаю что автору температуры более 1500*С не нужны. Из этого можно сделать вывод что камеру печи вполне можно сделать из изолирующего жаростойкого кирпича (например от мартеновской печи, если вы живёте в тагиле :)). Поверх этого кирпича минеральная вата 100мм и поверх обмазка например из штукатурки.
Таким образом будет достигнута максимальная изоляция. В принципе можно обойтись и без ваты.
Во всяком случае на колпаковых печах для отжига трансформаторной стали в атмосфере водорода сделан стальной корпус с обкладкой из кирпича. Нагрев там также спиралями. очень длинными :) всё-таки колпак 60т… Но я не был термистом, по этому имею только общее представление.

Управление тенами вручную это не самая здравая идея. тогда и +-10*С не получишь. Ещё и коммутационные элементы будут искрить и быстро износятся.
И проблема не в выводе печи на рабочий рещим с сушкой и прокалкой — там надо всё делать постепенно чтобы не испортить камеру печи резким нагревом. А в том чтобы потом на несколько часов оставить камеру в режиме +-1*С при изменяющийся температуре в помещении.

Например во время пластических испытаний титановых сплавов при повышенных температурах хорошие импортные стенды около 16 дней работают без сбоев. А наши аналоги при колебании температуры в помещении на 1-2 градуса падают в аварию, тк их алгоритм не учитывает остывание печи снаружи.

Вот тут и проявляется инерционность печи — очень большое время от появления управляющего воздействия или его прекращения до регистрации измения. ТЕ ты тены выключил а печь ещё разогревается. Ты их включил а она не сразу нагреваться начала. И Несколько часов такого дрочева в присядку заставят контроллер хоть на ардуине сделать.

А бюджетно это как с хоббийными фрезерами — для завода может и бюджетно а для зарплаты в 25К уже не очень.
0
Тут я с тобой согласен. Но у него печь с объемом около 200 литров. Печь ему нужна в основном для обжига изделий из глины. Ну может еще при желании запекать мясо. То есть заниматься высокоточной термообработкой скорее всего не будет. А касаемо управления нагревом. Чего вы так все боитесь контактных переключателей? У нас в сервисе два подъемника движки по 3 Квт каждый, и компрессор с таким движком все это включается ежедневно по многу раз. За двадцать с лишним лет еще не менялся ни один пускатель.
0
Эта печь — 61 литр.
0
Пардон, в комментарии было сказано о расчетах печи объемом 200 литров.
0
Та нет механический переключатель это нормально. Тут он тоже нужен это требование безопасности.
Но тут ещё фишка в том что в отличии от компрессора тут частота включения при хотябы +-5*С будет в несколько раз выше. Износить да сложно, но постоянное клацание контактора кого угодно достанет.

Так тиристоры или симисторы тут как один из вариантов реализации силовой части. Хотя на промышленных я регулировки контактором не видел. Там им только питание подаётся а потом полупроводники коммутируют для задания мощности.

Собственно вопрос основной с какой точностью надо держать температуру и какой сложности термопрофиль, насколько всё это должно само работать после запуска…
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.