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碳硅加熱器電源

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碳硅加熱器電源

13/09/2019

碳硅加熱元件可視為常規電阻負載，其電定律簡單，其中V為電壓（以伏為內;I為安培電流強度，W功率為瓦特，R為奧馬電阻）。

碳硅加熱器配方

元素連接

元素可以并行連接，也可以串聯，但在大多數情況下，并行連接被認為是首選，因為在這種連接中，電阻變化將平衡元素的使用壽命。串行連接元素時，不會發生這種情況，并且會縮短元素的使用壽命。

由于元素的電阻增加相對緩慢，因此不平衡的影響仍然很小，并且只要它們具有一致的電阻量，就可以連續連接多達四個元素。當電燒機溫度超過 1400°C 時，建議串聯的元件數量限制為兩個。

并行和串行元素連接的組合通常被認為是一種有效的解決方案，在這種情況下，建議串行連接元素組并行連接，如果并行連接組串聯，則其中一個元素的故障將導致該組中其余元素的大量擁塞。

在三相網絡中，元素可以通過星形或增量連接。當使用星形連接時，建議使用 4 線電源來平衡相位電壓，而不管相位電阻值如何。當使用相同的 3 線連接到星形相位電阻值時，必須非常清楚地匹配。

電阻協商

建議將元素串聯到組中，選擇在原始電阻±5%內不同的元素。當并行連接時，更改原始元件電阻的限制更寬：±10%。

如果在一小段時間后，該元件發生故障或斷裂，則將其替換為新的，最好是具有更高的電阻。

如果元素已經運行足夠長的時間，則必須替換整個元素組，否則，舊元素（串行連接時）或新元素（并行連接時）將承受過重的負載，從而導致元素過早失效。

最好將爐子中的元素總數劃分為相對較小的對照組，以便以后更輕松地協調電阻。例如，如果烤箱中的 48 個元素拆分為 8 組 6 個元素，而不是 16 個元素的 3 組，則選擇電阻元素會容易得多。

更換一組元件時，請務必確保在打開電源輸出電壓之前，電壓設置為所需的值，因為即使在較短的時間內，元件過載也可能導致無法修復的故障。舊元素可以留待進一步使用，但已經與它的"同齡人"的阻力。如果可能，在拆卸元件之前，必須清除電壓和電流讀數，并在引腳上指定增加的電阻，以便在以后使用電阻時促進電阻協商。還必須記住，在室溫下，元件的電阻與工作溫度下的電阻不匹配，并且必須在 1000°C 以上的恒定溫度下拍攝讀數。

電壓儲備

通常使用可變電源電壓來補償在操作元件過程中不可避免的電阻增加。所需電壓儲備的大小將取決于"老化"速度和元件的估計使用壽命，但通常約為在初始狀態下使用新電加熱元件獲得滿負荷所需的電壓的 50-100%。

例如，如果需要 125 V 才能為新元件提供全功率，則需要 125-250 V 電壓才能產生 100% 的電壓儲備。

如果元件必須在 1400°C 或更高溫度下長時間運行，并且在高"老化"率下，則需要 100% 的電壓儲備。相反，如果元件溫度非常低，并且電爐的使用頻率不高，則 50% 或更少的電壓儲備就足夠了。

電源設備

為了運行在元件的整個使用壽命內必須保持的估計功率，將使用電壓變化的電源。所使用的設備類型會影響元件的特性，選擇合適的設備以達到最長的元件使用壽命非常重要。

有不同類型的電源：

1.可調功率變壓
器 2.破折號單元（壓敏電阻電壓調節器
）a.相位開啟（相位點火調節）b.
脈沖調節
3.組合系統：轉換器
晶閘管 4.直接插入電網

從本質上講，帶階梯輸出的變壓器僅控制開/關，除非它們與晶閘管一起使用。盡管耗時且對輕微過載不敏感，但在大多數情況下，變壓器被認為是一種沉重、笨重和相對昂貴的電源。晶閘管控制是最緊湊的解決方案，具有無回合制功率調節和按比例差分精確溫度控制的能力。然而，滴定控制需要更大的功率，并可能導致電力供應線路受到干擾。通常，為了確保超過 50% 的電壓儲備，不只使用晶閘管控制，如果要提供大量電壓儲備以及比例相位-底部控制，最好的解決方案是結合滴定器控制和變壓器大電壓的控制優勢。

一個虹膜控制通常用于低溫爐、實驗室爐和其他設備，在這些設備中，元素電阻變化率必須較低。對于需要大量電壓儲備和精確溫度控制的高溫連續工業爐，使用組合變壓器系統所需的額外費用通常證明其性能合理。

1. 可調電力變壓器

從零開始連續調節的電力變壓器用于為小型實驗室電燒鍋供電或加熱實驗支架，但對于具有階梯輸出的電力變壓器更經濟的大型電燒鍋來說，這些變壓器被認為非常昂貴。這種變壓器在臺階之間的最大電壓差不應超過分配全功率（+）所需的初始電壓的 7%，其中 W = 電鍋的裝機容量和 R - 電路的電阻。根據元件的額定電阻計算，并在計算變壓器（= 二次電流的最大值時計算）。必須考慮元件的電阻公差。例如：如果爐子設計為 5 kW，并配有具有 2 Om 電路電阻（±15%）的元件，則變壓器的特性可以計算如下：

額定電壓密集功率 =
，級之間的差值不應超過 100 V = 7 V
最小電路電阻 = 2 000- 15% = 1.7O
最小二
次電流 = 最小要求電壓 =

假設所需的電壓儲備為 100%。然后，變壓器的特性如下所示：

輸入：與電源
對應的單相輸出：在 15 個 7V 級（= 4 個大型 *4 個小分流）
下從 92V 到 197V 的功率變異，電源變壓器的額定數據：92V 及以上的 5 kVA（最大二
次電流為 54 A） 1）使用帶臺階的電力變壓器時，必須考慮降低電爐的功率，例如，如果 7% 的電平之間的電壓變化，則在將電壓切換到變壓器的下一級之前，工作過程中的功率將下降約 12.5%。
2）如果需要，對于較低的功率，可以提供多個小于92 V.3
的分流）如果需要安裝電流計，則必須安裝在主電路中，電壓是恒定的：在這種情況下，無論二次電壓的大小如何，其讀數都能準確地反映電加熱元件的分配功率。

破折號單元（晶閘電壓調節器）

晶閘管是一種半導體器件，用于調節電加熱元件的平均傳導功率，并立即將其從打開狀態切換到關閉狀態。每個晶閘管只向一個方向導電，為了調節交流電荷，反并行連接的晶閘管成對提供。晶閘管由一系列脈沖啟用，這些脈沖來自相應的功率放大器級聯或溫度控制器。晶閘管是相當簡單的儀器，但通常配備閉合回路來補償電壓、負載等的波動。典型的回路操作模式包括電流控制（I*I 反饋）、電壓控制（V*V 反饋）和有源功率控制（VI 反饋）。通常，只有電壓控制（V*V 反饋）適合碳氧化硅加熱器，盡管。有一些例外。

電流控制可能會隨著電阻的增加而增加元件上的功率，并且當電阻增加時，功率和電流控制都可能導致元件受到嚴重損壞。如果存在如此高的負載電阻，則電流和功率控制都可能導致向元件提供最大電壓，如果可用電壓高于允許電壓，則元件可能會嚴重損壞。在電壓控制下，功率供應將根據元素的電阻和溫度特性進行控制，從相對較低的功率開始，隨著元件的加熱逐漸增加。

晶閘管電壓調節器的輸出特性取決于囊泡的啟用（調節）方式。有兩種方法：

2.1 相位開啟（相位點火調節）

每個滴定儀每半輪可變電流在一段時間內打開一次。滴度器的電導率在半周期結束時結束，即電流降至零。在這種情況下，電源正弦波被分解，從而降低晶閘管輸出的平均四邊形電壓，這意味著只有一部分電壓到達負載。為了調節碳硅電加熱元件的電源電壓，必須改變囊泡器的點火角度，從而可以通過增加它來增加。通過增加加熱器的電源電壓來補償元件的"老化"。

帶相位點火裝置的破折號單元可配備電流限制器，無論電壓設置大小如何，都可保護晶閘管免受意外過載的影響，從而保持電流輸出低于設定值。請注意，保護破折號器所需的電流限制系統不能用于調節對元件的功率輸入，因為功率輸入（= I*I*R）將隨著元件電阻的增加而逐漸增加，從而導致加熱元件過載。

由于帶相點火（開機）的晶閘管調節器的特點是供電電壓加熱器的平穩、無反射變化，因此它們非常適合為碳硅電加熱元件供電。同時，它們可能導致無線電干擾和波形失真;在選擇爐子的電源系統時，必須特別注意這些因素。在許多國家，使用相位點火（包括）是不受歡迎的，或者嚴格限于當地法規。

由于囊泡點火角度的相位調節，特別是在小點火角度下，會出現大量的高諧波，導致電路中釋放出較大的噴射功率，因此即使在純電阻負載下，也可能導致大功率裝置的調節問題。簡而言之，為了降低這種效果，具有新元件的起動電壓必須至少為電源電壓的 60%。

電源電纜必須在通過元件的中離合電流下計算（= 功率取決于輸入電壓，而不是功率取決于電源電壓）。這意味著電源功率必須高于爐子的設計功率，并且電壓儲備越大，所需的重新計算就越高。

在三相設置中，第三個高諧波的出現將導致電源波的累積失真，并可能導致零線中過高的中性電流，是恒星連接的 3 相 4 線負載中線性電流的 2 倍。因此，必須正確計算中性電纜（零線），以承受這種過大的電流。但是，必須使用 3 線星形連接，為了排除此類問題，這可能會導致相位之間的不平衡，尤其是在元素在電阻方面不是非常清晰的情況下。

為了減少大型裝置中的電源失真，建議使用 6 個帶開三角形（增量）的有線電源。

在這種情況下，總電氣安裝成本可能會顯著降低，因為晶閘管只能為相電流計算，而不能像傳統三角形（封閉增量）負載設置中要求的線性電流計算，并且相位可以獨立控制，從而實現更靈活的控制。

與變壓器一樣，在計算最大電流時，必須考慮元件電阻容差，以計算相位點火調節器中的電壓和電流。

功率控制是相位角。

大多數類型的伏特米和安培計不提供關于相位可調載荷的準確均方位數據，因此必須密切監測電加熱元件不會嚴重過載。可用的數字儀器將準確地指出非正弦波，但為了確定所選儀器的正確性，您需要咨詢其制造商。為了獲得正確的均方位數數據，建議使用振幅系數為 7 或更高的霍爾傳感器。

2.2 脈沖調節 - 快速循環

在脈沖功率調節下，晶閘管在主循環開始時啟動，并在一個或多個完整循環中保持打開狀態，然后鎖定一個或多個周期。"此操作不斷重復，限制對元件的平均功率輸入。手動功率限制限制限制用于更改開/關比率。以補償元素的"老化"。

雖然向元件提供的平均功率可能處于允許運行的極限、溫度和大氣中，但主電路的瞬時全電壓浪涌可能會導致瞬時負載超過此值數倍，從而加快"老化"速度并導致元素過早（如果不是立即）故障。為此，元素必須這樣連接。使主電路電壓浪涌時元件的瞬時負載不超過 15 瓦/cm2。

為了減少"啟用"浪涌的影響，必須最大限度地縮短其主持續時間，最好在 50 Hz 的電源頻率下小于 30 個周期（即 50% 的功率 = 15 個"開"周期）。+ 15 個周期"關閉"）。

慢速循環的囊泡打開時間通常為幾秒鐘，此類晶閘管不適合直接調節碳硅電加熱元件的功率。它們可用于階梯式電力變壓器的二級回路，而不是傳統的機電觸點。

碳化硅電池脈沖調節器的最佳類型是單脈沖調節周期的晶閘管，其中平均功率輸入始終達到，超過可能的全周期數（即 50% 的功率 = 1 環"開"+1 個"關閉"循環）。

挑剔器單元的所需電壓值將與電源電壓相同或更高，但該單元的電流限制必須由將中頻電源電壓除以最小電路電阻（即晶閘管電流 = 電源電壓/最小電阻）來決定。

因此，這種滴度器的估計值將比這種相點火囊泡單元高得多。

為了獲得所需的晶閘管輸出值，必須計算電源電壓下的功率，從而計算開/關系數。在任何情況下，具有一定百分比限制的晶閘管都會產生所需的估計功率。

也就是說，如果電源電壓為 200 V，電路電阻為 4 Ram，則 200 V 電源為 10，000 瓦。如果所需的功率為 5 kV，則必須安裝輸出為 5000/10000 = 50% 的晶閘管

由脈沖快速環形晶閘儀調節的電阻負載具有單一功率因數，因為負載僅受主電路的完整循環的影響，在這種情況下，主電路的累積電源失真不會觀察到。但是，在高負載下，當調節器打開時，電壓降可能會導致"閃爍效應"，并影響敏感設備。在選擇電源的類型和類型時，還必須牢記這一點。

功率控制 - 快速循環

在應用脈沖調節器時，很難找到能夠清楚地響應快速循環負載調節的伏特米和安培儀，而且與大多數其他儀器一樣，它們顯示的量比晶閘器的實際輸出要低得多。必須密切注視這一點。這樣電加熱元件就不會過載。您可以根據已知的元素電阻計算上述所需輸出參數。如果對設置有任何疑問，那么首先必須將調整設置為最低值，并且必須非常緩慢地增加，以調整到此為止。直到最低足夠的功率達到設定的爐子溫度。在此位置必須停止調整，直到那時。直到，由于元素的"老化"，功率不會變得不足，以保持爐子的溫度在給定的范圍內或達到溫度在循環電爐操作模式。在這種情況下，調整設置應稍微增加，直到那時。直到電加熱器釋放的功率再次變得足夠。

3. 變壓器 + 晶閘管

由于對滴定控制的使用施加了限制（見第2.1和2.2段），有時無法建立足夠的電壓儲備，因此可能需要使用組合電源：分級/變壓器。這是為了確保項目有足夠的使用壽命。晶閘管可以配置為變壓器的主回路和次要電路，但必須采取預防措施，特別是對于主連接。在大多數情況下，變壓器僅提供 2 或 3 級，因為中間級可能來自晶閘管。如果打算使用這種系統，則應在電氣螺旋槳設計階段通知晶閘器和轉換器的制造商，以確保設備的兼容性。

4. 直接接通電網

只要電網的電阻足夠高，以保護電池在電壓波動時免受過載的影響，電加熱元件組也可以直接連接到主電網的電壓。必須設計元件連接電路，使初始功率輸出高于電鍋限制，以創建補償元件"老化"所需的功率儲備。雖然這種方法保留了電壓變化的總電源成本，但只能創建最小功率儲備，此外，可能還需要更多元件來分配初始剩余功率。

如果在元素"老化"后更改元素的電氣連接（例如：從 3 個連續連接元素的 2 個并行分支到來自 2 個串行連接元素的 3 個并行分支;或從三角形（增量）中的 2 個連續連接元素到星形中連接的 2 個并行元素，則可以創建額外的功率儲備。溫度（約 1100°C）或很少使用的循環爐，溫度高達 1300°C。

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