Разработка бесконтактной системы управления регулятором температуры вакуумной печи сопротивления

Дарья [Daria] Александровна [A.] Гапонова [Gaponova]; Виктор [Viktor] Петрович [P.] Рубцов [Rubtsov]; Алексей [Aleksey] Владимирович [V.] Щербаков [Shcherbakov]; Андрей [Andrey] Сергеевич [S.] Булгаков [Bulgakov]

doi:10.24160/1993-6982-2019-2-87-93

Дарья [Daria] Александровна [A.] Гапонова [Gaponova]
Виктор [Viktor] Петрович [P.] Рубцов [Rubtsov]
Алексей [Aleksey] Владимирович [V.] Щербаков [Shcherbakov]
Андрей [Andrey] Сергеевич [S.] Булгаков [Bulgakov]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-2-87-93

Keywords: vacuum resistance furnace, temperature regulator, contactless control system, current limitation

Abstract

Temperature regulators of vacuum resistance furnaces are considered. Existing temperature regulators are analyzed, and their advantages and drawbacks are pointed out. A functional diagram of a temperature regulator with contactless switching of the transformer winding taps and with current and temperature feedbacks is proposed. The device operating principle is outlined, the load voltage timing diagrams are presented, and a technique for simulating the operation of the regulator actuators implemented by means of thyristors connected to different transformer winding sections and their pulse-phase control system is described.

The temperature regulator mathematical model is developed in the Matlab Simulink software package, which makes it possible to take into account the nonlinear dependence of the heaters resistance on temperature. The model is applied for investigating operation of the system with a proportional- integral temperature controller, which allows the heaviest transients in the furnace startup modes to be studied. According to the proposed technical solution, the control system overall feedback is produced as the sum of the feedback signal and the sum of signals from the current and temperature sensors, an approach that allows the control system configuration to be simplified.

Time dependences of currents and voltages in different circuit parts have been obtained, and the furnace heating control processes have been studied. The specific features and advantages of the developed system are shown.

Information about authors

Дарья [Daria] Александровна [A.] Гапонова [Gaponova]

Engineer of Electric Supply of Industrial Enterprises and Electrical Engineering Dept., NRU MPEI, e-mail: dgaponva@mail.ru

Виктор [Viktor] Петрович [P.] Рубцов [Rubtsov]

Dr.Sci. (Techn.), Professor of Electric Supply of Industrial Enterprises and Electrical Engineering Dept., NRU MPEI, e-mail: RubtsovVP@mpei.ru

Алексей [Aleksey] Владимирович [V.] Щербаков [Shcherbakov]

Dr.Sci. (Techn.), Professor of Electric Supply of Industrial Enterprises and Electrical Engineering Dept., NRU MPEI, e-mail: ShcherbakovAV@mpei.ru

Андрей [Andrey] Сергеевич [S.] Булгаков [Bulgakov]

Student of NRU MPEI, e-mail: andbull@mail.ru

References

1. Митяков Ф.Е., Горячих Е.В. Исследование влияния переключения ступеней напряжение трансформатора на работу регуляторов температуры в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления // Электротехника. 2013. № 7. С. 33—37.
2. Мармер Э.Н. Материалы для высокотемпературных вакуумных установок. М.: Физмалит, 2007.
3. Электрооборудование и автоматика электротермических установок / под ред. А.П. Альтгаузена и др. М.: Энергия, 1978.
4. Митяков Ф.Е., Горячих Е.В. Влияние ограничения тока нагревателей на работу регуляторов температуры в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления // Вестник МЭИ. 2012. № 2. С. 80—84.
5. Лейканд М.С. Вакуумные электрические печи (сопротивления и индукционные). М.: Энергия, 1975.
6. Электрические и электронные аппараты / под ред. Ю. К. Розанова. М.: Информэлектро, 2001.
7. Пат. № 153309 РФ. Регулятор температуры электропечи сопротивления / В.П. Рубцов, А.В. Щербаков // Бюл. изобрет. 2015. № 19.
8. Герман-Галкин С.Г. Виртуальные лаборатории полупроводниковых систем в среде Matlab-Simulink. СПб.: Лань, 2013.
9. Дьяконов В.П. Matlab и Simulink для радиоинженеров. М: ДМК Пресс, 2016.
10. Desal P.D., Chu T.K., James H.M., Ho C.Y. Electrical Resistivity of Selected Elements // J. Phys .Chem. Ref. Data. 1984. V. 13. No. 4. Pp. 1069—1096.
11. National Institute of Standards and Technology [Офиц. сайт] http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/ NSRDS/nbsnsrds8.pdf (дата обращения 10.10.2018).
---
Для цитирования: Гапонова Д.А., Рубцов В.П., Щербаков А.В., Булгаков А.С. Разработка бесконтактной системы управления регулятором температуры вакуумной печи сопротивления // Вестник МЭИ. 2019. № 2. С. 87—93. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-2-87-93.
#
1. Mityakov F.E., Goryachikh E.V. Issledovanie Vliyaniya Pereklyucheniya Stupeney Napryazhenie Transformatora na Rabotu Regulyatorov Temperatury v Vysokotemperaturnykh Vakuumnykh Pechakh Soprotivleniya. Elektrotekhnika. 2013;7:33—37. (in Russian).
2. Marmer E.N. Materialy dlya Vysokotemperaturnykh Vakuumnykh Ustanovok. M.: Fizmalit, 2007. (in Russian).
3. Elektrooborudovanie i Avtomatika Elektrotermicheskikh Ustanovok. Pod red. A.P. Al'tgauzena i dr. M.: Energiya, 1978. (in Russian).
4. Mityakov F.E., Goryachikh E.V. Vliyanie Ogranicheniya Toka Nagrevateley na Rabotu Regulyatorov Temperatury v Vysokotemperaturnykh Vakuumnykh Pechakh Soprotivleniya. Vestnik MEI. 2012;2:80—84. (in Russian).
5. Leykand M.S. Vakuumnye Elektricheskie Pechi (Soprotivleniya i Induktsionnye). M.: Energiya, 1975. (in Russian).
6. Elektricheskie i elektronnye Apparaty. Pod red. Yu. K. Rozanova. M.: Informelektro, 2001. (in Russian).
7. Pat. № 153309 RF. Regulyator Temperatury Elektropechi Soprotivleniya. V.P. Rubtsov, A.V. Shcherbakov. Byul. izobret. 2015;19. (in Russian).
8. German-Galkin S.G. Virtual'nye Laboratorii Poluprovodnikovykh Sistem v Srede Matlab-Simulink. SPb.: Lan', 2013. (in Russian).
9. D'yakonov V.P. Matlab i Simulink dlya Radioinzhenerov. M: DMK Press, 2016. (in Russian).
10. Desal P.D., Chu T.K., James H.M., Ho C.Y. Electrical Resistivity of Selected Elements. J. Phys .Chem. Ref. Data. 1984;13;4:1069—1096.
11. National Institute of Standards and Technology [Ofits. Sayt] http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/ NSRDS/nbsnsrds8.pdf (Data Obrashcheniya 10.10.2018).
---
For citation: Gaponova D.A., Rubtsov V.P., Shcherbakov A.V., Bulgakov A.S. Development of a Contactless Control System for the Vacuum Resistance Furnace Temperature Regulator. Bulletin of MPEI. 2019;2:87—93. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-20192-87-93.