Leveranciers met geverifieerde zakelijke licenties
Gecontroleerde Leverancier
1. Kenmerken van siliciumcarbide-verwarmingselementen:
1.1 Bouw
Siliciumcarbide is een keramisch materiaal met relatief hoge elektrische geleidbaarheid in vergelijking met andere keramiek. Elementen worden geproduceerd door te persen of uit te persen en vervolgens te sinteren.
Typische verwarmingselementen zijn staven of buizen, met diameters tussen 0.5 en 3 inch en lengtes van 1 tot 10 voet. Ze hebben gemetalliseerde uiteinden voor elektrische verbindingen, en ze hebben vaak beide aansluitingen aan het ene uiteinde, met twee spiraalvormige sleuven die het andere uiteinde niet raken, waardoor een gedraaide haarspeldvorm wordt benaderd.
Typische verwarmingselementen zijn staven of buizen, met diameters tussen 0.5 en 3 inch en lengtes van 1 tot 10 voet. Ze hebben gemetalliseerde uiteinden voor elektrische verbindingen, en ze hebben vaak beide aansluitingen aan het ene uiteinde, met twee spiraalvormige sleuven die het andere uiteinde niet raken, waardoor een gedraaide haarspeldvorm wordt benaderd.
1.2 Elektrische kenmerken
De weerstand van deze elementen varieert met de temperatuur en de tijd. De aard van deze variaties hangt af van de specifieke kwaliteit van het materiaal en de fabrikant. Voor de meeste typen is de weerstand hoog wanneer het materiaal koud is, en neemt af naarmate de temperatuur stijgt, waarbij een minimum wordt bereikt bij normaal tussen 1000°F en 2000°F, en vervolgens weer toeneemt naarmate de temperatuur verder stijgt. Wanneer het materiaal op een hoge temperatuur wordt gehouden, neemt de weerstand toe met de leeftijd.
De verandering in weerstand kan van 3 of 4 tot 1 zijn voor zowel tijdgebonden als temperatuurgerelateerde verschijnselen, wat een totale verhouding van de orde van 10:1 oplevert.
De mate van veroudering wordt beïnvloed door de omringende atmosfeer en is ook in grote mate afhankelijk van de bedrijfstemperatuur (en dus van het vermogen dat wordt afgevoerd). De meeste zullen het leven citeren dat gerelateerd is aan het maximale vermogen in verschillende temperaturen en atmosferen.
2. Controlevoorschriften
Een regelsysteem voor siliciumcarbide-heaters zou idealiter middelen moeten bieden voor:
Omgaan met de grote variatie van weerstand
Het vermogen dat wordt afgevoerd onder het gespecificeerde maximum houden tijden
Hieronder worden vier verschillende methoden beschreven:
2.1 schakelaar en transformator met meerdere tapgaten
Dit is de traditionele methode die wordt gebruikt voor het regelen van siliciumcarbide-verwarmers. Het is hier alleen opgenomen ter vergelijking met de SCR-methoden.
In dit systeem wordt de stroom geschakeld door een contactor en wordt de spanning die op de verwarmingen wordt uitgeoefend handmatig aangepast door middel van multi-tap transformatoren, ampèremeters en voltmeters. Het is noodzakelijk om de stroom en spanning regelmatig en regelmatig te meten en aan te passen (door de aansluitingen van de transformator handmatig te veranderen). Deze methode kan de verandering van weerstand als gevolg van veroudering compenseren, maar is geen praktische oplossing voor de weerstand die verandert met de temperatuur.
2.2 spanningsregeling met vaste stroomlimiet (afbeelding 2)
Deze methode kan een zekere mate van automatische vergelijking voor variatie van de belastingsweerstand bieden. De SCR's worden geactiveerd in de modus „phaseangle”, en er zijn twee interne regelkringen: Spanningsregeling en stroomlimiet. De spanningsregelkring is ontworpen om het gemiddelde kwadraat van de spanning die op de belasting wordt uitgeoefend proportioneel te houden met het regelsignaal. De stroomregelkring kan de spanningsregelkring negeren en is ontworpen om te voorkomen dat de RMS-waarde van de stroom een vast niveau overschrijdt (ongeacht het regelsignaal). Dit wordt ook wel „drempel huidige limiet” genoemd.
2.3 spanningsregeling met proportionele stroomlimiet (afbeelding 3)
De SCR's worden geactiveerd in de modus „faserangle” en er zijn twee interne regelkringen: Spanningsregeling en stroomregeling. De spanningsregelkring is ontworpen om het gemiddelde kwadraat van de spanning die op de belasting wordt toegepast op een niveau te houden dat overeenkomt met het regelsignaal. De stroomregelkring is ontworpen om de RMS-waarde van de stroom op een niveau te houden dat overeenkomt met het besturingssignaal. De overgang van spanningsregeling naar stroomregeling vindt plaats bij een bepaalde waarde van de belastingsweerstand, die wordt bepaald door de instelling van de potentiometer voor de „stroomlimiet”. Dit wordt ook wel de regeling „V/I Transfer” en „Lineaire stroomlimiet” genoemd.
2.4 regeling van het werkelijke vermogen met stroomlimiet (afbeelding 4)
De SCR's worden geactiveerd in de modus „fasecoelie” en er zijn twee interne regelkringen: Vermogensregeling en stroomregeling. De stroomregelkring is ontworpen om het gemiddelde vermogen (volt x ampère) dat aan de belasting wordt geleverd op een niveau te houden dat overeenkomt met het regelsignaal. De stroomlus kan de stroomregelkring overschrijven en is ontworpen om te voorkomen dat de RMS-waarde van de stroom een vast vooraf ingesteld niveau overschrijdt (ongeacht het regelsignaal).
3. Keuze van de controlemethode:
De keuze van de te gebruiken methode hangt af van verschillende factoren en uiteraard vereist deze methode waarschijnlijk een compromis tussen prestaties en prijs.
3.1 de methode van de „contactor and Transformer” heeft weinig aan te bevelen.
De initiële kosten van de multi-tap transformator en bedrading zijn hoog en het vergt veel tijd, moeite en vaardigheid om de juiste afstelling handmatig te handhaven. Het compenseert alleen de weerstandsverandering als gevolg van veroudering, dus het systeem moet zodanig worden ontworpen dat er voldoende warmte wordt afgegeven als de weerstand maximaal is, zonder de elementen te overvoeden als de weerstand minimaal is. Een onjuiste afstelling (als gevolg van menselijke fouten of vergetelheid) kan ertoe leiden dat de verwarmers meer dan het toegestane maximumvermogen of minder dan het vereiste vermogen afvoeren, wat leidt tot een kortere levensduur van het element of het niet kunnen bereiken van de vereiste temperatuur.
3.2 "Voltage Control with Current Limit" lijkt de eenvoudigste SCR-methode, maar vereist veel zorg en diverse moeilijke keuzes die gemaakt moeten worden in het systeemontwerp.
Afbeelding 5 illustreert de problemen. Het toont "belastingslijnen" die overeenkomen met de maximum- en minimumweerstanden van een typisch siliciumcarbide-element in een stroom- versus spanningsgrafiek, met een vermogenscurve die overeenkomt met het maximaal toelaatbare vermogen dat voor het element is gespecificeerd. Om overmatig vermogen te voorkomen moet het bedrijfsvermogen te allen tijde onder en links van de curve „Verwarmingslimiet” liggen. Daarom moet de stroomlimiet worden ingesteld op de waarden die overeenkomen met de vermogenslimiet bij de voedingsspanning (weergegeven als punt A in afbeelding 5). Als de stroomlimiet en voedingsspanning zodanig zijn ingesteld dat het volledige vermogen (vermogenslimiet van de verwarming) bij de maximale weerstand wordt geleverd (punt B in afbeelding 5), bij alle andere weerstandswaarden zal het beschikbare vermogen lager zijn dan de vermogenslimiet en zullen dus grotere verwarmingen nodig zijn om de vereiste temperatuur te bereiken.
Een soortgelijk probleem doet zich voor als de minimumweerstand wordt gekozen als de waarde voor „vol vermogen” (punt C in afbeelding 5). (In dit geval zou de huidige limiet natuurlijk niet nodig zijn.) De beste oplossing (het gebruik van spanningscontrole met stroomlimiet) zal worden gecompromitteren (zoals A in afbeelding 5), waardoor de benodigde grootte van de verwarming wordt geminimaliseerd terwijl er nog genoeg vermogen wordt geboden om de vereiste bedrijfstemperatuur te bereiken. Het bedrijfspunt zal zich altijd binnen het gebied bevinden dat in afbeelding 5 door 0EAD wordt aangegeven. Punt A moet zo dicht mogelijk bij de maximale bedrijfstemperatuur liggen (ervan uitgaande dat deze temperatuur maximaal vermogen vereist), maar dat de weerstand verandert tijdens de levensduur van het element! Het gekozen punt moet dus de gemiddelde weerstand bij de maximale bedrijfstemperatuur gedurende de verwachte levensduur van het element vertegenwoordigen. In de praktijk zal de beschikbare voedingsspanning of transformatorspanning waarschijnlijk niet samenvallen met dit gekozen punt (A in afbeelding 6) en zal dus een ander punt, dicht bij A, worden gebruikt. Dit wordt in afbeelding 6 weergegeven als Q.
3.3 keuze van het type stroomlimiet dat moet worden gebruikt
Beide typen stroomlimieten kunnen worden gebruikt in het systeem dat in 3.2 wordt beschreven, maar de proportionele stroomlimiet is veel beter dan de vaste stroomlimiet. Het volgende is een verklaring van waarom dit zo is.
Vaste stroomlimiet werkt goed met die typen verwarmingen waarvan de weerstand toeneemt met stijgende temperatuur, zoals wolfraam, omdat de stroomlimiet alleen werkt als de temperatuur laag is en de regelaar vraagt om maximaal vermogen. Een dergelijk systeem moet zodanig worden ontworpen dat de instelling van de voedingsspanning en de stroomlimiet op elkaar aansluiten op het punt op de maximale vermogenscurve die overeenkomt met de maximale weerstand (punt B in afbeelding 5).
Wanneer de weerstand van deze verwarmers laag is, is dat ook de temperatuur en dus het warmteverlies, zodat het beschikbare vermogen (verminderd door de stroombeperkende werking tot een fractie van de vermogenslimiet) nog steeds voldoende is om de temperatuur te verhogen. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt het beschikbare vermogen toe en compenseert het toenemende warmteverlies automatisch. Tegen de tijd dat de bedrijfstemperatuur is bereikt en de temperatuurregelaar de vraag naar vermogen verlaagt, wordt de stroomlimiet niet langer gebruikt.
Wanneer een vaste stroomlimiet wordt gebruikt met siliciumcarbide-elementen (tenminste wanneer deze nieuw zijn), is het waarschijnlijk dat de weerstand dicht bij het minimum zal liggen wanneer de belasting de bedrijfstemperatuur bereikt, zodat de huidige limiet zal werken wanneer de temperatuur het setpoint nadert. Dit betekent dat er sprake zal zijn van een discontinuïteit in de proportionele band op het moment van overgang van spanningsregeling naar stroomregeling, en het overgangspunt verandert met veranderend signaal. Binnen dit gebied heeft het stroomregelsignaal geen effect (totdat het overgangspunt het bedrijfspunt bereikt). Dit zal zeker tot overshoot leiden wanneer de instelwaarde wordt bereikt. Ook de vermindering van de weerstand veroorzaakt een toename van de lusversterking, zodat als de regelkring werd afgesteld toen de weerstand koud was, deze kan gaan oscilleren terwijl deze opwarmt. Helaas zal elke verhoging van de proportionele band om dit te compenseren de overschrijding doen toenemen.
De proportionele stroomlimiet is dus beter dan de vaste stroomlimiet omdat de juiste regelactie in de gehele proportionele band wordt gehandhaafd. De werking brengt eenvoudigweg over tussen de spannings- en stroomregeling als de belastingsweerstand de kritieke waarde passeert (weergegeven door de 0Q in afbeelding 6). Er is geen discontinuïteit in de proportionele band, en de variatie in de lusversterking is veel lager dan de vaste stroomlimiet.
Er moet op worden gewezen dat spanningsregeling, met een vaste of proportionele stroomlimiet, het nadeel heeft dat de maximaal toelaatbare vermogensdissipatie slechts bij één waarde van de belastingsweerstand kan worden bereikt (weergegeven door 0A in afbeelding 5 en 0Q in afbeelding 6). Bij elke andere waarde van de belastingsweerstand moet het beschikbare maximale vermogen lager zijn, zodat de vereiste verwarming groter is dan de waarde die wordt geïmpliceerd door de gespecificeerde vermogenslimieten.
3.4 „True-Power Control met stroomlimiet”
De True-Power-regeling heeft de mogelijkheid om het maximaal toelaatbare vermogensniveau te bereiken bij alle waarden van de belastingsweerstand. Hierdoor kunnen kleinere verwarmers in veel toepassingen worden gebruikt.
Zoals weergegeven in afbeelding 7, kunnen de instelling van de voedingsspanning en stroomlimiet worden ingesteld op of nabij de limieten van het weerstandsbereik, waardoor het volledige vermogen (d.w.z. het maximaal toegestane vermogen) kan worden afgevoerd bij alle mogelijke weerstandswaarden. Houd er ook rekening mee dat stroombegrenzing niet nodig is voor normaal bedrijf; deze dient alleen ter bescherming tegen storingen zoals onjuiste aansluitingen bij het vervangen van elementen.
4. Ontwerpprocedure
Om het ontwerp van een systeem met siliciumcarbide-elementen te optimaliseren is het waarschijnlijk nodig om de berekeningen te herhalen met verschillende elementen, verschillende voedingsspanningen, etc. Daarom kan door een proces van iteratie de beste combinatie voor de specifieke toepassing worden gevonden. Eurotherm heeft software-instrumenten ontwikkeld om ingenieurs te helpen bij de optimalisatie van de energiebeheersystemen, de berekening van de topspanning op de transformator en de thyristor-stroomwaarden. Bijlage 1 toont een tabel met voorbeelden van ontwerpen voor verschillende toepassingen.
Waarschuwing
Elementen die in serie en/of parallel geschakeld zijn, zullen geen gelijke hoeveelheden vermogen afvoeren tenzij hun weerstanden identiek zijn. Daarom moeten dergelijke elementen als set worden vervangen. Het is onwaarschijnlijk dat deze elementen in dezelfde mate zullen verouderen of opwarmen, en daarom kan de levensduur van het apparaat worden verkort als gevolg van het te veel vermogen van één element. Dit probleem kan worden voorkomen door een aparte stroomregelaar voor elk element te leveren.
Leveranciers met geverifieerde zakelijke licenties
Gecontroleerde Leverancier 
