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温度控制器在空气加热器中的应用设计
作者: 来源: 发布时间:2018-09-12

     在空气加热器中,空气吹过电阻线圈,电阻线圈由施加在其上的电压加热。空气加热器出口处的空气温度控制取决于加热器的复杂程度以及与其集成的任何控制系统。在讨论空气加热器控制之前,首先我们将对系统控制进行非常高级的研究。

 
    系统控制:
    通常,有两种类型的过程控制:开环和闭环。在开环系统中,没有反馈回路告诉加热器增加或减少输出; 温度可以根据过程环境的变化而变化,例如环境温度或减少的气流。在闭环控制系统中,过程测量用于校正您试图控制的参数。例如,当试图控制温度时,闭环控制系统将使用热电偶读取的输出温度读数来判断输出温度是高还是低(这称为反馈回路)。然后系统将调整加热器的功率输出,以使输出温度更接近设定点温度。官方定义如下: 
 
温度控制器在空气加热器中的应用设计
 
    开环:  一种控制系统,输入改变输出,但输出没有反馈环路,因此对输入没有影响。当不需要保持严格的温度公差且操作环境稳定时,使用开环。
 
    闭环:  一种输入改变输出的控制系统,但有一个反馈回路调节输入以保持所需的输出值。当温度必须保持在严格的公差范围内时,需要闭环,并且必须补偿环境变化。 
 
    有许多类型的闭环控制。对于温度控制,主要类型有:开关控制,比例控制和PID控制。
    开关控制:  开关是最简单的闭环控制。当温度低于设定值时,加热器100%打开,当温度高于设定点时,加热器100%关闭。
    比例控制:  这是一种更高级的控制形式。加热器使用的功率百分比取决于实际温度与设定点的接近程度。这可以通过在0%功率下改变100%功率的时间与时间的比率来完成。有了这种控制,有三种状态:
 
    1、如果温度明显高于或低于设定值,则加热器将完全关闭或完全打开
    2、如果温度处于设定点,则加热器将在额定值下打开和关闭,以保持恒定温度
    3、在接近设定点的频带中,时间与时间的比率随着到设定点的距离而变化。这可以防止在纯开关控制中发生的过冲。
    如果加热器具有板载电力电子器件并且可以通过连续信号(例如4-20mA或0-10V)进行控制,则也可以通过调节加热器的百分比输出功率水平而不是全开的时间比来实现比例控制。全灭。 见上面的图2。 
 
    PID控制:  比例,积分,微分控制器更先进一步; 通过PID控制,上面的比例控制器增加了两个进一步的调整。使用纯比例控制器,设定点和实际温度之间可能存在偏差。PID控制器的“I”部分校正任何偏移。“D”适应干扰或突然变化但实际上通常不使用,因为它可能对稳定性产生负面影响。
 
    加热器类型和对控制的影响可根据可能的温度控制水平区分空气加热器; 通过其设计和加热器中包含的电子设备,可以实现不同级别的控制。下面概述的复杂程度越来越高,您在开始研究空气加热器时将会发现:  
 
    没有板载电子设备的加热器:这种加热器的电源直接连接到加热线圈。加热器完全开启或完全关闭。加热器出口完全打开时的温度取决于通过加热器的空气流量。空气流量越大,最高温度越低。
 
    这些加热器使用开关温度控制或开关比例控制。温度控制器连接到固态继电器(SSR)或可控硅整流器(SCR)。这两个部件都通过小得多的控制电压控制提供给加热器的大电压。来自温度控制器的控制电压就像一个非常快速的开关,当输出温度过低时允许加热器供电,当输出温度过高时停止向加热器供电。
 
    带有电力电子设备的加热器:加热器可以带有电力电子装置,可以调节加热线圈上的电压,而无需外部控制器。通常这是通过电位计实现的。这不控制温度本身,因为没有反馈回路,但它允许用户选择最大功率输出的百分比。温度波动的大小很大程度上取决于操作条件。
 
    作为电位计的替代方案,外部控制器可用于开环或闭环(带热电偶反馈)设置。在开环设置中,控制器将按照电位计的方式设置功率输出的百分比。在闭环设置中,控制器使用来自热电偶的温度读数来改变功率输出的百分比,从而改变输出温度。由于电力电子器件,温度控制器也可用于PID控制模式。
 
    带有完整板载温度控制器的加热器:最复杂的加热器具有热电偶和加热器内置的温度控制器。这使得用户可以直接实现加热器。在某些加热器中,这使用户可以选择在开环或闭环模式下使用加热器,板载控制器/热电偶,或外部控制器/热电偶。通过增加的功能,为用户增加了设计灵活性。
 
    热电偶放置在使用热电偶进行反馈的情况下,应考虑以下一些经验法则:  
    热电偶应位于温度最重要的位置;
    热电偶从加热器放置得越远,与温度控制相关的精度越低,时间延迟越大;
    切勿将热电偶从输出气流中移除。
 

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