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1.실리콘 카바이드 가열 소자의 특징:
1.1 건설
실리콘 카바이트는 다른 세라믹에 비해 상대적으로 전기 전도성이 높은 세라믹 재질입니다. 요소는 누르거나 압출한 다음 소결하여 생성됩니다.
일반적인 가열 소자는 봉이나 튜브이며, 직경이 0.5인치에서 3인치 사이이고 길이가 1피트에서 10피트로 되어 있습니다. 전기 연결을 위해 금속화된 끝을 가지고 있으며, 한쪽 끝에 두 개의 나선형 슬롯이 있고 다른 쪽 끝에 짧을 때 두 개의 나선형 슬롯이 있어 꼬인 헤어핀 모양을 근사하게 만듭니다.
일반적인 가열 소자는 봉이나 튜브이며, 직경이 0.5인치에서 3인치 사이이고 길이가 1피트에서 10피트로 되어 있습니다. 전기 연결을 위해 금속화된 끝을 가지고 있으며, 한쪽 끝에 두 개의 나선형 슬롯이 있고 다른 쪽 끝에 짧을 때 두 개의 나선형 슬롯이 있어 꼬인 헤어핀 모양을 근사하게 만듭니다.
1.2 전기적 특성
이러한 요소의 저항은 온도와 시간에 따라 달라집니다. 이러한 변형의 특성은 특정 재질 및 제조업체 등급에 따라 다릅니다. 대부분의 경우, 재료가 차가울 때 저항이 높고 온도가 상승하면 저항이 감소하고 일반적으로 1000°F~2000°F에서 최소값에 도달한 후 온도가 더 올라가면 다시 증가합니다. 고온에서 보관하면 재질의 저항이 연령이 증가함에 따라 증가합니다.
저항의 변화는 시간 및 온도 관련 현상에 대해 3 또는 4:1의 순서로 나타날 수 있으며 10:1의 오더에 비해 전체 비율이 높습니다.
노화 속도는 주변 대기에 의해 영향을 받으며, 작동 온도에 따라 크게 달라지므로 전력 소비도 영향을 받습니다. 대부분의 사람들은 다양한 온도와 대기 환경에서 최대 전력과 관련된 수명을 인용할 것입니다.
2.통제 요건
실리콘 카바이드 히터용 제어 시스템은 다음과 같은 이점을 제공합니다.
다양한 저항에 대처합니다
전력을 지정된 최대 전력 이하로 소산합니다 시간
아래에 네 가지 방법이 설명되어 있습니다.
2.1 접촉기 및 다중 탭 변압기
이 방법은 실리콘 카바이드 히터를 제어하는 데 사용되는 전통적인 방법입니다. 이 내용은 SCR 방법과 비교하기 위한 용도로만 포함되어 있습니다.
이 시스템에서는 컨택터에 의해 전원이 전환되고 히터에 인가되는 전압은 멀티 전압계 변압기, 전류계 및 미터를 통해 수동으로 조정됩니다. 변압기 연결을 수동으로 변경하여 전류와 전압을 정기적으로 자주 측정하고 조정해야 합니다. 이 방법은 노화로 인한 저항의 변화를 보상할 수 있지만 온도에 따른 저항의 변화에 대한 실질적인 해결책은 아닙니다.
2.2 고정된 전류 한계로 전압 제어(그림 2)
이 방법은 부하 저항의 변동을 어느 정도 자동으로 비교할 수 있습니다. SCR은 "위상 각도" 모드에서 트리거되며, 두 가지 내부 제어 루프인 전압 제어와 전류 제한이 있습니다. 전압 제어 루프는 제어 신호에 비례하여 부하에 인가되는 전압의 평균 정사각형을 유지하도록 설계되었습니다. 전류 제어 루프는 전압 제어 루프를 오버라이드할 수 있으며, 제어 신호와 관계없이 전류의 RMS 값이 고정된 레벨을 초과하지 않도록 설계되었습니다. 이를 "임계값 전류 제한"이라고도 합니다.
2.3 비례 전류 한계의 전압 제어(그림 3)
SCR은 "위상 각도" 모드에서 트리거되며, 두 가지 내부 제어 루프인 전압 제어와 전류 제어가 있습니다. 전압 제어 루프는 부하에 인가되는 전압의 평균 정사각형을 제어 신호에 해당하는 수준으로 유지하도록 설계되었습니다. 전류 제어 루프는 제어 신호에 해당하는 수준으로 전류의 RMS 값을 유지하도록 설계되었습니다. 전압 제어에서 전류 제어로의 전환은 "전류 제한" 전위차계의 설정에 따라 결정되는 부하 저항의 특정 값에서 발생합니다. 이 컨트롤을 "V/I 전송" 컨트롤과 "선형 전류 제한"이라고도 합니다.
2.4 전류 제한이 있는 전원 제어(그림 4)
SCR은 "위상 각도" 모드에서 트리거되며, 두 가지 내부 제어 루프인 전원 제어 및 전류 제어가 있습니다. 전원 제어 루프는 부하에 공급되는 평균 전력(볼트 x 암페어)을 제어 신호에 해당하는 수준으로 유지하도록 설계되었습니다. 현재 루프는 전원 제어 루프를 오버라이드할 수 있으며, 제어 신호와 관계없이 전류의 RMS 값이 고정된 사전 설정 레벨을 초과하지 않도록 설계되었습니다.
제어 방법 선택:
사용할 방법은 여러 요인에 따라 달라지며, 물론 성능과 가격 간에 절충이 필요할 수 있습니다.
3.1 "접촉기 및 변압기" 방법은 추천할 만한 것이 거의 없습니다.
멀티탭 변압기와 배선의 초기 비용은 높았으며 수동으로 올바른 조정을 유지하려면 상당한 시간, 노력 및 기술이 필요합니다. 노화로 인한 저항 변화만 보상하므로 저항이 최소일 때 요소에 과도한 전력을 공급하지 않고 저항이 최대일 때 충분한 열을 제공하도록 시스템을 설계해야 합니다. 사람의 실수 또는 망각으로 인해 잘못 조절하면 히터의 최대 출력 허용 한도 초과 또는 필요한 전력보다 적은 소산하여 엘리먼트 수명이 단축되거나 필요한 온도를 달성할 수 없게 됩니다.
3.2 "전류 제한이 있는 전압 제어"는 가장 간단한 SCR 방법인 것으로 보이지만, 시스템 설계에 있어 매우 세심한 주의를 기울여야 하며 여러 가지 어려운 선택을 해야 합니다.
그림 5는 문제를 보여줍니다. 이 그림은 전류 대 전압 그래프에서 일반적인 실리콘 카바이드 요소의 최대 및 최소 저항에 해당하는 "부하 라인"을 보여주며, 요소에 지정된 최대 허용 전원에 해당하는 출력 곡선이 있습니다. 과도한 출력을 방지하려면 작동 전원이 항상 "히터 출력 제한" 곡선 왼쪽 및 아래여야 합니다. 따라서 전류 제한은 공급 전압의 전원 한계값에 해당하는 값으로 설정되어야 합니다(그림 5의 A 지점 참조). 최대 저항(그림 5의 지점 B)에서 최대 전력(히터 출력 제한)을 제공하도록 전류 제한 및 공급 전압이 설정된 경우 다른 모든 저항 값에서 사용 가능한 전력은 전력 제한값보다 적으므로 필요한 온도에 도달하기 위해 더 큰 히터가 필요합니다.
최소 저항이 "최대 출력" 값으로 선택된 경우에도 이와 유사한 문제가 발생합니다(그림 5의 C 지점). (이 경우, 물론 현재 제한이 필요하지 않습니다.) 전압 제어를 전류 한계와 함께 사용하는 최상의 해결책은 히터 크기를 최소화하는 성능 저하(그림 5의 A 등)이며 필요한 작동 온도에 도달할 수 있는 충분한 전력을 제공합니다. 작동 지점은 항상 그림 5의 0EAD 로 표시된 영역 내에 있습니다. 지점 A는 최대 작동 온도(이 온도에 최대 전원이 필요한 것으로 가정)에 최대한 가깝게 유지해야 하지만 요소 수명 동안 저항이 변해야 합니다! 따라서 선택한 지점은 요소의 예상 수명 동안 최대 작동 온도에서 평균 저항을 나타내야 합니다. 실제로 사용 가능한 공급 전압 또는 변압기 전압은 이 선택된 지점(그림 6의 A)과 일치하지 않을 수 있으므로 A와 가까운 다른 지점이 사용됩니다. 이 그림은 그림 6의 Q로 표시됩니다.
3.3 현재 사용 제한 유형 선택
3.2에서 설명한 시스템에서는 두 가지 전류 제한 유형을 사용할 수 있지만 비례 전류 제한은 고정 전류 제한보다 훨씬 더 좋습니다. 다음은 이 이유가 무엇인지 설명하는 설명입니다.
고정 전류 제한은 온도가 낮고 컨트롤러가 최대 전력을 요구하는 경우에만 전류 제한이 작동하기 때문에 텅스텐 같이 온도가 상승할 때 저항이 증가하는 히터의 유형에 적합합니다. 이러한 시스템은 최대 저항에 해당하는 최대 전원 곡선의 지점에서 공급 전압 및 전류 제한 설정이 상호 작용하도록 설계되어야 합니다(그림 5의 지점 B).
히터의 저항이 낮으면 온도 및 열 손실도 낮아 사용 가능한 전력(전류 제한 동작에 의해 전력 한계의 일부만 감소됨)이 여전히 온도를 올리기에 충분합니다. 온도가 증가하면 가용 전력이 증가하므로 증가하는 열 손실을 자동으로 보상합니다. 작동 온도에 도달하고 온도 컨트롤러가 전력 수요를 줄일 때까지 전류 제한이 더 이상 사용되지 않습니다.
고정 전류 한계를 실리콘 카바이드 요소(최소 신전일 경우)와 함께 사용할 경우 부하가 작동 온도에 도달할 때 저항이 최소값에 근접할 가능성이 높으므로 온도 한계값이 설정치에 가까워지면 전류 제한이 작동합니다. 즉, 전압 제어에서 전류 제어로 전환되는 시점에 비례 대역에서 불연속이 존재하며, 신호 변화에 따라 전환 지점이 변합니다. 이 영역 내에서 전류 제어 신호는 영향을 미치지 않습니다(전환 지점이 작동 지점에 도달할 때까지). 설정치에 도달하면 "오버슈트"가 발생할 수 있습니다. 또한 저항이 감소하면 루프 이득이 증가하므로 저항이 차가울 때 제어 루프를 조정했으면 가열되면서 진동하기 시작할 수 있습니다. 불행히도, 이것을 보상하기 위하여 비례 대역의 증가는 오버슈트 증가할 것이다.
따라서 비례 범위 내에서 적절한 제어 동작이 유지되므로 비례 전류 제한이 고정 전류 제한보다 더 좋습니다. 부하 저항이 임계 값을 통과할 때 이 작업은 전압과 전류 제어 간에 간단히 전달됩니다(그림 6의 0Q 표시). 비례 대역에는 불연속이 없으며 루프 게인의 변동폭이 고정 전류 한계보다 훨씬 적습니다.
전압 제어는 고정 또는 비례 전류 한계로 인해 최대 허용 전력 소산을 한 가지 부하 저항 값(그림 5와 그림 6의 0A로 표시)에서만 달성할 수 있다는 단점이 있습니다. 다른 부하 저항 값에서 사용 가능한 최대 전력은 낮아야 하므로 필요한 히터가 지정된 전력 한계에서 나타내는 것보다 커야 합니다.
3.4 "전류 제한이 있는 전원 제어"
True-Power Control은 모든 부하 저항 값에서 최대 허용 출력 수준에 도달할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 따라서 많은 응용 분야에서 소형 히터를 사용할 수 있습니다.
그림 7에 표시된 것처럼, 공급 전압 및 전류 제한 설정은 저항 범위의 한계 또는 그 근처에서 설정할 수 있으므로 모든 가능한 저항 값에서 최대 전력(예: 최대 허용 전력)을 소산할 수 있습니다. 또한 전류 제한은 정상적인 작동을 위해 필요하지 않으며, 요소를 변경할 때 잘못된 연결과 같은 고장으로부터 보호하는 역할만 합니다.
4.설계 절차
실리콘 카바이드 요소를 사용하여 시스템 설계를 최적화하려면 여러 요소, 다른 공급 전압 등을 사용하여 계산을 반복해야 할 수 있습니다. 따라서 반복 프로세스를 통해 특정 응용 분야에 가장 적합한 조합을 찾을 수 있습니다. Eurotherm은 엔지니어가 전력 제어 시스템의 최적화, 변압기의 최고 전압 계산 및 흉선전류 정격을 수행할 수 있도록 지원하는 소프트웨어 도구를 개발했습니다. 부록 1은 여러 가지 응용 분야에 대한 설계의 예가 있는 표를 보여줍니다.
경고
직렬 및/또는 병렬로 연결된 요소는 저항이 동일하지 않으면 동일한 양의 전력을 방출하지 않습니다. 따라서 이러한 요소는 세트로 교체해야 합니다. 이러한 요소가 같은 속도로 노후화되거나 가열될 가능성은 거의 없으므로 한 요소의 과전력 때문에 세트 수명이 줄어들 수 있습니다. 각 요소에 별도의 전원 컨트롤러를 제공하여 이 문제를 방지할 수 있습니다.
비즈니스 라이센스가 검증 된 공급 업체
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