硅钼棒电阻炉温度控制系统的设计.pdf

硅钼棒电阻炉温度控制系统的设计邱秀金,等
硅钼棒电阻炉温度控制系统的设计
Design of the Temperature Control System of Mosi, Rod Resistance Furnace
邱秀全杨勇军姜宏伟李武王茂春
(中国工程物理研究院,四川绵P阳621900
摘要:对硅钳棒炉原有温度控制系统进行了研究,制了一套以智能温度控制器为核心、具有双闭环负反馈的温度控制系统。设
计了主回路过电压和过电流保护电路,并根据加热件材质特性给出了丁艺建议。调试结果表明,系统具有操作简单、故障率低和控制
品质好等优点。实践证明,该控制系统具有一定的推广应用价值。
关键词;控制系统智能温度控制器双闭环负反馈PID
中图分类号;1TP273
文献标志码:A
Ahstract: The existing temperature control system for silicon molybdenum rod fumace is studied, and the temperature control system with the
intelligent temperature controller as the core, and possesses dual closed-loop feedback is researched and developed. The over-voltage and over
current protection circuits for main loop are designed, and the suggestion of technological process in accordance with the material pmperty of
healed element is given. Commissioning indictes that the s stem features easy operation, low fault rate and ood control quality. The pactice
proves that this control system possesses certain promoting and applicable values
Keywords: Control system Intelligent temperature controller Dual closed-loop Negative feedback PID
0引宫
图如图1所示。
中国工程物理研究院有一条特种陶瓷生产线,主
温「干就源?
度
源「流
棒
要从事泡沫陶瓷、熔铸坩埚、氧化锆喷条、陶瓷球等的
定
控
热
研究与生产工作。该生产线关键设备之
16 kw
制(
器件
硅棒电阻炉(以下简称“硅钼棒炉”)是20世纪70
电沆互感器
双电偶
年代末从江苏宜兴凤凰电炉有限公司购买的。该炉温
度控制系统由分立元件组成,且使用年限长,导致控制
图1系统框图
元件严重老化。该系统存在控制精度低、响应速度慢
Fig 1 Block diagram of the system
稳定性差和故障率高等缺点,已经无法满足现代精密
硅钼棒炉温度控制系统壵回路的功能是将电能转
陶瓷烧结工艺要求。为此,中国工程物理研究院组织换为热能,热能将放置于炉内的毛坯烧制成产品。该
技术力量为该炉重新设计并制造了一套温度控制回路主要由快速熔断器、主接触器、可控硅及其保护回
系统。
路、专用变压器和硅钼棒加热件组成,其电路如图2
1系统主回路设计
所示
KAYI
380 VAC/8O VAC
经充分调研,决定保留原温度控制系统主回路中
的硅钼棒加热件和电阻炉专用变压器,弃用原主回路
G:」
中的其他元件和整个控制系统。新温度控制系统采用
C
先进且成熟的智能仪表控制技术,共有炉温和主回路
,
2
电流两个负反馈回路。硅钼棒电阻炉温度控綗系统框
图2主回路电路图
修改穑收到日期:2012-06-07
Fig 2 Main loop cir
第一作者秀会(1976-),男,1999年毕于哈尔宏工程大学エ业电
气自动化专业,荻学士学位,工程师;主要从事工业电气自動化和供电技
热功率计算与加热件的选取
术的研究。
硅钼棒炉相关参数的计算大多采用热功率公式
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol 34 No 5 May 2013
万方数括
硅钼棒电阻炉温度控制系统的设计邱秀金,等
人们通过长期实践总结出箱式电炉的功率与其炉膛的
表2不同温度下的电阻修正系数
容积存在着一定的关系,即炉膛容积越大,装炉量越
Ttab. 2 Correction coeficient of resistance furnace
多,消耗的热量也越多,需要的功率越大
at different temperature
根据上述分析,可以配置该炉的功率,具体关系如
温度/℃修正系数C:温度/パ℃
修正系数C
式()所示
11.84
P=R
式中:P为电炉功率,kW;K为经验系数,无量纲;V为
炉膛有效容积,m3。
在不同温度下,电阻炉的经验系数K的取值范围
1000
1700
16,00
100
9.76
如表1所示。
从式(2)和表2可以得知,在温度较高时的硅铝
表1不同温度下K的取值范?
棒加热件的阻值较低温时高。因此,要确保设备安全
Tab. 1 The value range of K at diiferent temperature
可靠运行,低温时必须将主回路的电压和电流控制在
炉温/℃经验系数K「炉温/℃经验系数K
允许范围内。
1.2可控硅
800
210~230
加热主回路的核心器件是一对反并联的平板型单
1200
100150
向可控硅,通过调节可控硅导通角,可以调节加热件两
端电压和电炉的热功率。可控硅的技术参数有数十项
对于箱式电炉,K取上限;对于井式电炉,K取下
限;对于要求快速升温或使用频次高的电妒,K取上之多6,本文仅讲述正向峰值电压Vow、反向峰值电压
限。遵循这一原则,经验系数〖取200。
Mg.和额定通态平均电流lrs三个关键参数的选择
根据测量尺寸计算得到的硅钼棒炉的有效容积约原则
为0.0198m3。将上述数据代入式(1),计算得到电炉
分析加热主回路可知,本系统中可控硅承受的最
电功率应为14.64kW。考虑到10%的裕度,电炉电功大峰值电压Uv约为537V,可控硅的正反峰值电压应
为的2~3倍,考虑裕量,电压选为400V。
率取为16kW。
由主回路可知,该硅钼棒炉加热主回路电源输入
硅钼棒炉的加热件由八根型硅钼棒串联组成
硅钼棒的冷端与热端焊接面是硅钼棒的薄弱点,因此电压为380v,根据下式可以算出可控砫回路叨的电流
要小心安装,防止损伤该焊接面。
有效值为42.11A。
P
硅钼棒