CN100409133C - 一种渗碳电炉加热控制方法 - Google Patents

Abstract

一种渗碳电炉加热控制方法属于渗碳电炉加热控制技术领域。采用过零式触发晶闸管技术对渗碳电炉加热控制方式，应用能够连续调节功率的晶闸管调功器输出的脉冲信号替代继电器开关信号。晶闸管调功器的作用是接受PID调节的温控仪送来的0～10V或4～20mA信号，然后从过零脉冲输出与输入信号相应的一系列过零脉冲去触发晶闸管，改变晶闸管导通与截止时间，即通断时间之比，从而连续调节电炉的输入功率大小，来实现炉温的自动控制。本发明所达到的有益效果是具有更好的经济性，并且结构简单，极易维修。适用于渗碳电炉加热控制领域。

Description

一种渗碳电炉加热控制方法

技术领域

本发明属于渗碳电炉加热控制技术领域。

背景技术

用于对铁路轴承表面进行渗碳的大型热处理设备---渗碳电炉，其加热执行器是采用晶闸管变流技术，由晶闸管交流开关构成，联接交流电源与负载。工作时温度调节仪接收输入的电炉温差信号经放大后，向晶闸管门极发出一个继电器开关电压信号直接触发晶闸管导通，给电炉供电加热。这种电炉加热控制方法实际上是利用晶闸管阴极的漏电流来触发晶闸管导通，属于强触发控制方式。

这种控温方法虽然结构简单，使用方便，价格低廉，但控温精度不高，无法改变热源的功率，实现不了对电炉输入功率的连续调节。渗碳电炉加热功率560KW，当电炉已经达到工作温度930℃并处在保温状态，冷态零件进入电炉引起炉温略有下降仅需小功率加热时，由于触发晶闸管导通信号是一个继电器开关电压信号，所以晶闸管是100％的合闸导通，电炉仍然以全功率输出。这不仪浪费了大量的电能，而且长时间的高电压大电流频繁输入对电炉加热器——电辐射管形成热冲击，加重了热负荷，因而降低了其使用寿命。每年因热冲击而烧毁20多支电辐射管，由于其价格昂贵，更换一次将要耗资40多万元，而且维修时间较长，影响所加工产品的质量和产量。

分析产生上述现象的主要原因是渗碳电炉加热控制技术落后，采用漏电流强触发晶闸管导通只能对炉温进行简单的通、断控制，不能连续调节炉温。只能在控温精度、工艺要求不高时采用。而生产铁路提速轴承、准高速轴承对控温精度、生产工艺，又要求的十分苛刻。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具有更好的经济性，并且结构简单，极易维修的渗碳电炉加热控制方法。

本发明的技术解决方案是，采用过零式触发晶闸管技术对渗碳电炉加热控制方式，应用能够连续调节功率的晶闸管调功器输出的脉冲信号替代继电器开关信号。晶闸管调功器的作用是接受PID调节的温控仪送来的0～10V或4～20mA信号，然后从过零脉冲输出与输入信号相应的一系列过零脉冲去触发晶闸管，改变晶闸管导通与截止时间，即通断时间之比，从而连续调节电炉的输入功率大小，来实现炉温的自动控制。

触发控制根据接收仪表的连续电压或电流信号来控制晶闸管的通断时间比，输出电流可根据炉温的实际需要从零至额定电流连续变化，达到连续调功率输出，控温精度不大于1000℃±5℃。进一步对渗碳电炉加热控制方法采取了可变时基过零触发的控制方式，可变时基是以交流电的周波为基本单位将负载与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比值，来实现交流调压或调功率。在设定周期内晶闸管导通的周波数越多，输出电压或电流的有效值就越大，反之则越小。

安装经组合集成与一体的晶闸管可变时基调功器。主电路采用三相控制两相的方式，每一个控制相由两只普通单向晶闸管反并联组成交流无触点开关，接在交流电源与电炉负载之间。

控制回路由电源、同步变压器、信号处理电路、触发电路等组成，并用光电耦合元件取代脉冲变压器，匹配性好，隔离作用强。仪表输入信号与执行器的联结无正负要求，控制器和主电路晶闸管开关之间采用插接方式无接线要求。具有元件超温保护功能和快熔烧断，晶闸管击穿以及缺相的报警功能。结构紧凑，安装方便。

工作过程是：

1.电炉从室温开始升温：按下加热启动按钮；中间继电器吸合，传递温控表输送的4～20mA电流信号；仪表信号接入调功器，根据炉温自动调节电炉的输入功率，此时应是全功率输出；晶闸管触发导通接入交流电源；电炉负载得电加热升温，此时电流表指示值应为被加热区域的额定电流，当加热渗碳电炉一区，其电流值是300A；

2.升至工作温度930℃，在保温状态下，调功器仅向晶闸管交流开关输出10％以下调节脉冲，使电流表显示值保持在30A；当冷态零件向电炉内输入时，炉温下降8℃～10℃，调功器开始连续调功率输出，输出50～60％，观察，使电流表指示值保持为180A，符合理论计算，说明调功器能够连续调节电炉输入功率，短时间内自动将炉温调制上升到设定的工作温度，说明改变渗碳电炉加热控制方法获得成功。

本发明所达到的有益效果是：在渗碳电炉五个加热区域全部安装可变时基晶闸管调功器，加热***简化了电加热执行器的整体结构，由于是连续调功，所以加热均匀，确保了铁路轴承的产品质量。因调功器各项参数运行稳定，故障率几乎为零，即使出现故障也能很快地排除。从而保证铁路轴承渗碳周期按工艺节拍运行，同时也节约了大量的电能。

因该加热控制方法是采用可变时基过零脉冲触发方式，它同固定时基相比，控制更细腻精度更高，能够减少加热元件的热负荷，避免热冲击，能够延长电辐射管的使用寿命，降低烧毁次数60％，仅此一项每年就可以节约采购电辐射管资金40多万元。因此具有更好的经济性，并且结构简单，极易维修。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的渗碳电炉加热主电路原理图。

图2是本发明的渗碳电炉加热控制电路方框图。

图3是本发明的渗碳电炉加热控制工作过程方框图。

图中，U、V、W为三相交流电源；QS为空气断路器，电源开关，能实现高分断短路过载保护；FU为快速熔断器，保护晶闸管开关；VT1、VT2、VT3、VT4为普通单向晶闸管，连接交流电源与负载；R、C分别为电阻和电容，是阻容吸收保护电路；R为渗碳电炉加热器，电辐射管；中间继电器，吸合后接收温度调节仪输出的4～20mA电流信号并向调功器传递；可变时基晶闸管调功器，通过控制周波实现电炉的连续调温；晶闸管交流开关，加热执行器，连接交流电源与负载；电炉负载，电辐射管；电流表，调功电流输出指示。

具体实施方式

安装经组合集成与一体的晶闸管可变时基调功器。主电路采用三相控制两相的方式，每一个控制相由两只普通单向晶闸管反并联组成交流无触点开关，接在交流电源与电炉负载之间。

控制回路由电源、同步变压器、信号处理电路、触发电路等组成，并用光电耦合元件取代脉冲变压器，匹配性好，隔离作用强。仪表输入信号与执行器的联结无正负要求，控制器和主电路晶闸管开关之间采用插接方式无接线要求。具有元件超温保护功能和快熔烧断，晶闸管击穿以及缺相的报警功能。结构紧凑，安装方便。

工作过程是：

1.电炉从室温开始升温：按下加热启动按钮；中间继电器吸合，传递温控表输送的4～20mA电流信号；仪表信号接入调功器，根据炉温自动调节电炉的输入功率，此时应是全功率输出；晶闸管触发导通接入交流电源；电炉负载得电加热升温，此时电流表指示值应为被加热区域的额定电流，当加热渗碳电炉一区，其电流值是300A；

2.升至工作温度930℃，在保温状态下，调功器仅向晶闸管交流开关输出10％以下调节脉冲，使电流表显示值保持在30A；当冷态零件向电炉内输入时，炉温下降8℃，调功器开始连续调功率输出，输出50～60％，观察，使电流表指示值保持为180A，调功器能够连续调节电炉输入功率，短时间内自动将炉温调制上升到设定的工作温度，说明改变渗碳电炉加热控制方法获得成功。

Claims (2)

1. 一种渗碳电炉加热控制方法，其特征在于，工作过程是：

a.电炉从室温开始升温：按下加热启动按钮；中间继电器吸合，传递温控表输送的4～20mA电流信号；仪表信号接入调功器，根据炉温自动调节电炉的输入功率，此时应是全功率输出；晶闸管触发导通接入交流电源；电炉负载得电加热升温，此时电流表指示值应为被加热区域的额定电流，当加热渗碳电炉一区，其电流值是300A；

b.升至工作温度930℃，在保温状态下，调功器仅向晶闸管交流开关输出10％以下调节脉冲，使电流表显示值保持在30A；当冷态零件向电炉内输入时，炉温下降8℃～10℃，调功器开始连续调功率输出，输出50～60％，观察，使电流表指示值保持为180A。

2. 根据权利要求1所述的一种渗碳电炉加热控制方法，其特征在于，主电路采用三相控制两相的方式，每一个控制相由两只普通单向晶闸管反并联组成交流无触点开关，接在交流电源与电炉负载之间。

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