Sterowanie elementami grzejnymi

Podstawą do zrozumienia działania i korzyści wynikających z zastosowania transformatora elektronicznego są sposoby sterowania elementami grzejnymi za pomocą tyrystorowego regulatora mocy oraz specyficzne wady i zalety każdego z nich.

Sterowanie impulsowe (burst firing control)

Tyrystory sterowane impulsowo są odpalane przy zerowej zwrotnicy i przełączane są tylko pełne fale sinusoidalne. Dzięki temu nie powstają ani harmoniczne, ani moc bierna. Wadą tego skądinąd bezproblemowego trybu pracy są wahania napięcia, które mogą wystąpić przy zbyt słabym zasilaniu sieciowym. Efekt ten, znany jako migotanie napięcia, powoduje nieprzyjemne zmiany w natężeniu światła wszystkich instalacji oświetleniowych, które są podłączone do tego samego zasilania sieciowego.

Ta metoda sterowania jest preferowana dla elementów, które są stabilne i nie zmieniają w dużym stopniu swojej rezystancji. W przypadku branży HVAC są to metalowe elementy grzewcze.

Jeśli wykorzystujemy ten sposób sterowania, odpowiednim urządzeniem będzie tyrystorowy sterownik mocy JUMO TYA.

Wady

• migotanie

Sterowanie fazowe

W trybie fazowo-kątowym tyrystory są odpalane podczas każdej półfali. Ten szybko zmieniający się cykl umożliwia ciągłą kontrolę temperatury w dynamicznych systemach. Ponadto ten tryb pracy umożliwia ograniczenie prądu, co jest szczególnie potrzebne w przypadku elementów grzejnych o niskiej rezystancji np. ceramicznych.

Jedną z wad tego trybu pracy są zakłócenia powodowane przez harmoniczne, które powstają stromy wzrost krawędzi uciętych półfal napięcia sieciowego. Kolejną wadą jest generowanie mocy biernej nawet przy obciążeniu rezystancyjnym. Jest to spowodowane wyłącznie sterowaniem kątem fazowym i dlatego jest określane jako moc bierna sterowana fazowo.

Te wady mogą być zniwelowane za pomocą transformatora elektronicznego IPC 300.

Wady

• zniekształcenia harmoniczne
• moc bierna

Skutki wad sterowania fazowego – zniekształcenia harmoniczne i moc biernej

Zniekształcenia harmoniczne

Zniekształcenia harmoniczne, które są nieodłączną konsekwencją sterowania fazowego, powodują:

• Wahania prądu w zakresie od 50% do 200% prądu znamionowego

• Przeciążenie przewodu neutralnego prądem o wartości do 3 razy większej od prądu znamionowego

• Nieprawidłowe działanie i awaria urządzeń

• Mniejsza dostępność systemu

• Wpływ na systemy pomiarowe -> Produkcja wadliwych części

• Wyższe koszty zakupu energii

• Przewymiarowanie instalacji -> Zwiększone koszty inwestycyjne

Moc bierna

Moc bierną można porównać do piwa. Jeśli moc czynna jest piwem w postaci płynnej, moc bierna to tylko pianka, która nie stanowi realnej wartości i tylko opóźnia wykonanie realnej pracy i "zanieczyszcza" moc. Ponadto, gdy jest jej za dużo, generuje ona dodatkowe opłaty do dostawcy energii.

Rozwiązanie – transformator elektroniczny IPC 300

Rozwiązaniem dla pieców z elementami grzejnymi z dikrzemku molibdenu (MoSi2) lub węglika krzemu (SiC), które są sterowane fazowe, jest transformator elektroniczny JUMO IPC 300. Został on opracowany do sterowania obciążeniami grzewczymi, które wcześniej wymagały dodatkowego transformatora do regulacji mocy.

Dzięki zintegrowanej regulacji amplitudy prąd i napięcie sieciowe Jumo IPC 300 są proporcjonalne do wymaganej mocy elementu grzejnego, dzięki czemu nie trzeba kupować dodatkowych urządzeń kompensacyjnych. Poprzez to urządzenie następuje kompensacja mocy biernej oraz redukowane są szczyty prądowe – dzięki temu koszty energii są niższe. Ponadto, konwerter mocy IPC 300 zmniejsza zakłócenia, takie jak migotanie lub harmoniczne.

Zalety transformatorów elektronicznych IPC 300 w pigułce

• obniżenie rachunków za energię elektryczną

• mniejsze koszty związane z k0nserwacją

• kompensacja mocy biernej – zewnętrzne urządzenia do kompensacji nie są konieczne

• oszczędność kosztów

• zapobieganie szczytom prądowym

• wykrywanie uziemienia na elementach grzejnych

• możliwość przeprowadzenia testu z istniejącym piecem – JUMO dostarczy testową szafę sterowniczą z IPC 300

Transformator elektroniczny IPC 300 – aplikacje

Elektroniczny transformator IPC 300 będzie odpowiedni do szczególnie dla aplikacji z z elementami grzejnymi z dikrzemku molibdenu (MoSi2) lub węglika krzemu (SiC). Znajdują się one w takich piecach, jak:

Piec walcowy (piec do hartowania lub wyżarzania)

• Temperatury do 1850°C

• Elementy grzejne z MoSi2

Piece dentystyczne

• Elementy grzejne MoSi2 oferują korzyści przy spiekaniu implantów dentystycznych wykonanych z cyrkonu

• Temperatury do 1830°C

• MoSi2 umożliwia szybkie nagrzewanie i chłodzenie pieca

Piec spiekalniczy

• Temperatury do 1150°C

• Elementy grzejne z SiC