DE1280445B

DE1280445B - Process for the automatic regulation of the temperature for electrically heated heating devices

Info

Publication number: DE1280445B
Application number: DE1962B0067827
Authority: DE
Inventors: Karl Brinkmann
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1962-06-27
Filing date: 1962-06-27
Publication date: 1968-10-17

Description

Verfahren zur selbsttätigen Regelung der Temperatur für elektrisch beheizte Erwärinungseinrichtungen Bei industriellen elektrisch beheizten Erwärmungseinrichtungen (z. B. elektrisch beheizten öfen) ist für die Regelung der Temperatur eine unstetige Regelung üblich. Diese wird bei einfachen Ansprüchen an die Genauigkeit als Zweipunkt (Ein-Aus)-Regelung ausgeführt, bei höheren Ansprüchen als Stufenregelung beispielsweise dadurch, daß bei mit Drehstrom gespeisten Erwärmungseinrichtungen die Heizwiderstände in Stemdreieck umschaltbar sind. Für höhere Ansprüche an die Genauigkeit des Temperaturverlaufes sind auch stetige Regelungen bekannt, z. B. mittels'eines Transduktors. Die hierzu erforderlichen Einrichtungen sind jedoch verhältnismäßig auf-# wendig.Process for the automatic control of the temperature for electrical heated heating devices For industrial electrically heated heating devices (e.g. electrically heated ovens) is a discontinuous one for regulating the temperature Regulation common. In the case of simple demands on accuracy, this is used as a two-point (On-Off) control carried out, for example, for higher demands than step control in that the heating resistors are supplied with three-phase heating devices are switchable in star triangle. For higher demands on the accuracy of the temperature curve constant regulations are also known, e.g. B. by means of a transductor. The for this The necessary facilities are, however, relatively expensive.

! Durch die französische Patentschrift 919 913 ist bereits ein Verfahren zur Temperaturregelung für elektrisch beheizte Erwärmungseinrichtungen bekanntgeworden. Nach diesem' Verfahren wird zwischen zwei bestimmten Schältstufen hin- und hergeschaltet, wenn eine festgelegte Betriebstemperatur unter- bzw. überschritten wird. Beim Umschalten zwischen nur zwei Anzapfungen eines die Erwärmungseinrichtung speisenden Transformators treten durch die Trägheit der Regel- und Schaltorgane in der Erwärmungseinrichtung noch sehr größe Temperaturschwankungen gegenüber der einzuhaltenden Betriebstemperatur auf, die sich nachteilig auf das zu behandelnde Gut auswirken. ! A method for temperature control for electrically heated heating devices has already become known from French patent specification 919 913. According to this' procedure, switching back and forth between two specific switching levels takes place when the temperature falls below or exceeds a specified operating temperature. When switching between only two taps of a transformer feeding the heating device, the inertia of the control and switching elements in the heating device causes very large temperature fluctuations compared to the operating temperature to be maintained, which have a detrimental effect on the material to be treated.

Des weiteren ist der Zeitschrift »Elektrowärme«, Jahrgang 1934, Heft 5, in der linken Spalte im letzten Absatz auf S. 205 in Verbindung mit der Fig. 5 eine schrittweise arbeitende Temperaturregeleinrichtung für elektrische öfen zu entnehmen. Hier wird das Schaltwerk eines Stufentransformators von einem Künkwerkstufenschütz betätigt, das von einem Fallbügelkontaktgerät elektromagnetisch gesteuert wird. Bei dieser Art der Regelung schwanken die Temperaturen im Ofen noch erheblich, was insbesondere auf das in periodischen Zeitabständen arbeitende Fallbügelkontaktgerät zurückzuführen ist.Furthermore, the magazine "Elektrowärme", year 1934, issue 5, in the left column in the last paragraph on p. 205 in connection with FIG. 5 shows a step-by-step temperature control device for electric ovens. Here the switching mechanism of a step transformer is actuated by a Künkwerk step contactor, which is electromagnetically controlled by a drop bracket contact device. With this type of control, the temperatures in the furnace still fluctuate considerably, which is due in particular to the drop stirrup contact device that operates at periodic intervals.

Bekannt ist auch nach dem deutschen Gebrauchsii:uister 1842 894 eine Anordnung zur Regelung der einem Verbraucher, beispielsweise einem elektrisch beheizten Ofen, zugeführten Energie mit einem Stufentransformator, über dessen Spulenwindungen verteilt Anzapfungen für die Grobeinstufung und weitere, an den Wicklungsenden zusätzlich angeordnete Abgriffe für die Feineinstellung vorgesehen sind. Eine derartige Anordnung ist in der Praxis nicht -vorteilhaft, da für die Einstellung der zu regelnden Spannung bedeutend mehr umständlich herzustellende Spulenanzapfungen bzw. Abgriffe als bisher üblich erforderlich sind. Durch diese werden zusätzliche Steuerglieder für weitere Schalter benötigt, wobei außerdem deren bewegliche von hohen Strömen durchflossene Teile auch noch die Betriebssicherheit einer solchen Anlage herabsetzen.Also known from German usage is 1 842 894, an arrangement for regulating the energy supplied to a consumer, for example an electrically heated furnace, with a step transformer, taps for coarse grading distributed over the coil windings and further taps for additional taps at the winding ends the fine adjustment are provided. Such an arrangement is not advantageous in practice, since for the setting of the voltage to be regulated significantly more laboriously to produce coil taps or taps are required than has been customary up to now. As a result of this, additional control elements are required for further switches, and their moving parts through which high currents flow also reduce the operational safety of such a system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung der Temperatur von elektrisch, insbesondere induktiv beheizten Erwärinungseinrichtungen, bei dem im Bereich der Solltemperatur mindestens zwei Umschalttemperaturen vorhanden sind und bei dem ein die Erwärmungseinrichtung speisender Stufentrangformator unabhängig von der jeweils eingestellten Stufe nach dem überschreiten der oberen Umschalttemperatur um mindestens eine Stufe heruntergeschaltet und nach dem Unterschreiten der unteren Umschalttemperatur um mindestens eine Stufe heraufgeschattet wird, zu schaffen, bei welchem - Fallbügelregler und andere zeitabhängige Stellorgane sowie teure Spezialanfertigungen von Stufentransformatoren nicht mehr erforderlich sind.The invention is based on the object of a method for the automatic control of the temperature of electrically, in particular inductively, heated heating devices, in which at least two switching temperatures are available in the range of the setpoint temperature and in which a step string transformer feeding the heating device is independent of the respective set level after exceeding the upper switchover temperature is switched down by at least one level and after falling below the lower switchover temperature by at least one level upwards, to create, in which - drop-arm controllers and other time-dependent actuators as well as expensive custom-made step transformers are no longer required.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die gesamte Leistung ausgeschaltet wird, sobald die. obere Umschalttemperatur überschritten wird, daß danach eine niedrigere Leistungsstafe wieder eingeschaltet wird, solange die obere Umschalttemperatur unterschritten wird, und daß auf eine höhere Leistungsstufe umgeschaltet wird, sobald die untere Umschalttemperatur unterschritten wird'.The object is achieved according to the invention in that the all power is switched off as soon as the. upper switching temperature exceeded that afterwards a lower power stage is switched on again as long as the upper switching temperature is fallen below, and that to a higher power level is switched over as soon as the lower switching temperature is undershot '.

Um bei den hohen Strömen durch überschlagende Funken das Abbrennen der Kontakte, z. B. derjenigen am Schaltwerk des Stafenschalters zu verhindern, wird in weiterer Ausbildung des Verfahrens durch das Abschalten der gesamten Leistung das stromlose Anwählen der niedrigeren Leistungsstufe wieder einzuschaltende Leistungsstufe eingeleitet.In order to avoid burning with the high currents caused by flashing sparks of contacts, e.g. B. to prevent those on the switching mechanism of the on-board switch, is in further training of the process by switching off the entire service the currentless selection of the lower power level to be switched on again initiated.

Zur Erhöhung der Sicherheit wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens zusätzlich zu der Temperaturregelung die der Erwärmungseinrichtung zugeführte Leistung überwacht und bei überschreiten des Höchstwertes selbsttätig abgeschaltet oder vermindert.In order to increase security, a further development of the procedure in addition to the Temperature control that of the heating device The power supplied is monitored and automatically if the maximum value is exceeded switched off or reduced.

Die Erfindung kommt insbesondere für industrielle elektrisch beheizte Erwärmungseinrichtungen beispielsweise öfen oder induktiv beheizte Rezipienten in Frage, bei denen eine große thermische Trägheit vorliegt und eine Stufenschaltung der Heizkörper (z. B. der Induktions-Heizstäbe) nicht möglich ist oder sehr aufwendig wäre.The invention is particularly applicable to industrial electrically heated Heating devices, for example ovens or inductively heated recipients in Questions where there is a large thermal inertia and a step switching the heating element (e.g. the induction heating rods) is not possible or is very expensive were.

Die Temperaturregelung kann zwischen einem oberen und unteren Grenzwert der im Ofenraum eines Industrieofens gemessenen Temperatur oder der an dem Erwärmungsgut abgenommenen Temperatur erfolgen.The temperature control can be set between an upper and lower limit value the temperature measured in the furnace chamber of an industrial furnace or that of the material to be heated taken temperature.

Die mit dem erläuterten Verfahren erzielten Vorteile bestehen darin, daß teure und im Betrieb besonders störanfällige Fallbügelregler bzw. andere zeitabhängige Stellorgane nicht mehr benötigt werden. Nach dem Wegfall dieser Geräte werden auch noch durch die nicht mehr in den Abtastperioden vorhandenen Totzeiten, wie sie z. B. bei Fallbügelregler auftreten, die Regelvorgänge wesentlich verbessert. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem billiger als dasienige, bei welchem ein spezieller, besonders angefertigter Stufentransformator mit zusätzlich anschaltbaren Wicklungen verwendet wird.The advantages achieved with the explained method are: that expensive drop bow regulators and other time-dependent ones that are particularly susceptible to failure in operation Control elements are no longer required. After the elimination of these devices will also be nor by the dead times that are no longer present in the sampling periods, as they are, for. B. occur with drop bow regulator, the control processes are significantly improved. The application the method according to the invention is also cheaper than the one in which a special, specially made step transformer with additional switchable Windings is used.

Das Verfahren nach den Ansprüchen ist im folgenden an Hand des Temperatur-Zeit-Diagrarnms nach der Zeichnung näher erläutert.The method according to the claims is shown below using the temperature-time diagram explained in more detail according to the drawing.

Die Temperaturordinate ist mit e und die Zeitabzisse mit t bezeichnet. Der Kurvenast A stellt den Temperaturverlauf während des Anheizens dar. Diese Kurve erreicht bei a die obere Grenze 0 des eingestellten Temperaturbereiches (Unempfindlichkeitsbereich). Durch einen entsprechenden Kontakt des Temperaturreglers wird in diesem Zeitpunkt die Leistungszufuhr abgeschaltet und davon abhängig gleichzeitig (bzw. unmittelbar danach) der Transformator um mindestens eine Stufe heruntergeschaltet. Die Anzahl der Stufen und der jeweils zu wählende Stufensprung kann entsprechend den thermischen Gegebenheiten gewählt werden. Infolge der natürlichen Wärmeträgheit der Erwärmungseinrichtung bzw. des Behandlungsgutes steigt die am Regler angezeigte Temperatur noch um ein weniges über die obere Grenze hinaus bis a' an, sinkt dann wieder ab und unterschreitet bei b die obere Grenze des Unempfindlichkeitsbereiches. In diesem Zeitpunkt wird durch das rücklaufende Meßwerk die Leistung wieder eingeschaltet. Wiederum aus Gründen der Wärmeträgheit sinkt die angezeigte Temperatur zu-.nächst noch weiter bis zu einem angenommenen Wert b' ab. Von da ab steigt die Temperatur -wieder an, vorausgesetzt, daß die wiedereingeschaltete Leistung gegenüber der Leistung, die vor dem Zeitpunkt a eingeschaltet war, nicht zu stark vermindert worden ist.The temperature ordinate is denoted by e and the time abscissa by t. Branch A shows the temperature profile during heating up. At a, this curve reaches the upper limit 0 of the set temperature range (insensitivity range). At this point in time, the power supply is switched off by a corresponding contact on the temperature controller and, depending on this, the transformer is switched down by at least one level at the same time (or immediately afterwards). The number of steps and the step change to be selected in each case can be selected according to the thermal conditions. Due to the natural thermal inertia of the heating device or the material to be treated, the temperature displayed on the controller rises a little above the upper limit to a ', then falls again and falls below the upper limit of the insensitivity range at b. At this point in time, the power is switched on again by the returning measuring mechanism. Again for reasons of thermal inertia, the displayed temperature will decrease further down to an assumed value b ' . From then on, the temperature rises again, provided that the power that is switched on again has not been reduced too much compared to the power that was switched on before time a.

Mithin wird zum dritten Mal bei c die obere Grenze 0 erreicht. Es läuft nunmehr der gleiche Vorgang wie bei a ab, d. h., es erfolgt eine Unischaltung des Transformators auf die nächstniedrigere Stufe bei gleichzeitiger Abschaltung der Leistungszufuhr. The upper limit 0 is therefore reached for the third time at c. The same process now takes place as with a, i.e. This means that the transformer is switched to the next lower level and the power supply is switched off at the same time.

Die Temperaturkurve verläuft nun über c', um bei d zum vierten Mal die obere Grenze zu erreichen. Ebenso wie bei b schaltet sich nunmehr die weiter herabgesetzte Leistung ein, entsprechend b' wird dann d erreicht. Nun sei angenommen, daß die so eingeschaltete verringerte Leistung nicht mehr ausreiche, um einen Wiederanstieg der Temperatur zu bewirken, vielmehr sei ein weiteres langsames Ab- sinken der Temperatur bei dem behandelten Beispiel angenommen. Bei Durchlaufen der unteren Grenze U des eingestellten Temperaturbereiches bzw. Unempfindlichkeitsbereiches zum Zeitpunkte erfolgt wieder eine Hinaufschaltung des Transformators um mindestens eine Stufe. Trotzdem sinkt die Temperaturkurve noch bis e' ab und steigt dann wieder an, um bei 1 die obere Grenze 0 des Unempfindlichkeitsbereiches zum fünften Mal zu erreichen. In der Folgezeit spielt sich die Regelung in der gleichen Art und Weise wie beschrieben ab.The temperature curve now runs over c 'in order to reach the upper limit at d for the fourth time. As with b , the further reduced power is now switched on, corresponding to b 'then d is reached. It is now assumed that the so-switched reduced power no longer sufficient to cause a re-increase of the temperature, but is a further waste slow lowering of the temperature in the treated sample adopted. When the lower limit U of the set temperature range or insensitivity range is passed through at the point in time, the transformer is switched up again by at least one step. In spite of this, the temperature curve still drops to e 'and then rises again in order to reach the upper limit 0 of the insensitivity range for the fifth time at 1. In the following period, the regulation takes place in the same way as described.

Beim Erwärmen von Gut in Industrieöfen liegt praktisch immer der Fall vor, daß zu Beginn des Erwärmungsvorganges eine verhältnismäßig große Leistung zugefUhrt werden muß und, daß nach Erreichen der gewünschten Solltemperatur bzw. bei einem Halten des Gutes auf dieser Temperatur nur noch die laufenden Wärineverluste zu decken sind, so daß der Leistungsbedarf dann im wesentlichen konstant bleibt. Die Zeiten, innerhalb welchen das Ansprechen der Regelung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, werden daher, nachdem die obere Grenze 0 des Temperaturbereiches zum ersten Mal erreicht ist (bei Punkt a), im Laufe der Erwärmung immer größer werden, und es wird gegebenenfalls schließlich eine Stufe des Transformators eingestellt, bei der sich die richtige Temperatur ergibt, auf welcher die Erwärmungseinrichtung bzw. das Gut gehalten werden soll, so daß die Regelung für den Rest der Behandlungszeit nicht mehr anzusprechen braucht.When heating goods in industrial furnaces there is practically always the case that at the beginning of the heating process a relatively large amount of power has to be supplied and that after reaching the desired target temperature or when the goods are kept at this temperature, only the ongoing heat losses are covered are, so that the power requirement then remains essentially constant. The times within which the control system responds in the method according to the invention will therefore, after the upper limit 0 of the temperature range has been reached for the first time (at point a), increase in the course of the heating process, and eventually it will be a Level of the transformer is set at which the correct temperature results, at which the heating device or the material is to be kept, so that the control no longer needs to respond for the remainder of the treatment time.

Bei dem Verfahren wird sich praktisch ergeben, daß an der oberen Temperaturgrenze 0 das Abschalten der Energiezufuhr mit gleichzeitiger Herunterschaltung des Stufentransformators und das Wiedereinschalten der durch die vorhergegangene Herunterschaltung des Transformators verminderten Energiezufuhr nicht exakt bei der gleichen von dem Meßorgan desTemperaturreglers gemessenenTemperatur, sondern bei zwei etwas verschiedenen Temperaturen erfolgt.. Die Bezeichnung »obere Temperaturgrenze« in den vorstehenden Darlegungen schließt daher die Möglichkeit ein, daß es sich dabei tatsächlich um zwei etwas verschiedene Temperaturwerte handelt.With the method it will be shown in practice that at the upper temperature limit 0 the switching off of the energy supply with simultaneous downshifting of the step transformer and the restarting of the energy supply reduced by the previous downshifting of the transformer not exactly at the same temperature measured by the measuring element of the temperature controller, but at two something different temperatures. The designation "upper temperature limit" in the above explanations therefore includes the possibility that these are actually two somewhat different temperature values.

Bei dem Verfahren kann zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Art der Temperaturregelung der der Erwärmungseinrichtung zugeführte Strom bzw. die zugeführte Leistung überwacht und bei überschreiten eines im Hinblick auf die Belastbarkeit der Heizvorrichtung bzw. des Stufentransformators festzulegenden Höchstwertes selbsttätig abgeschaltet oder vermindert werden. Eine derartige zusätzliche Überwachung kann insbesondere dann erforderlich werden, wenn die Erwärmungseinrichtung mit Heizvorrichtungen, beispielsweise Heizstäben, ausgerüstet ist, bei denen eine größere Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen Kalt- und Warmzustand auftritt, um zu vermeiden, daß derartige Heizvorrichtungen im Anfahrzustand mit unzulässig hoher Leistung beaufschlagt werden.In the method, in addition to that described above Type of temperature control of the current or the heating device supplied The power supplied is monitored and, if one is exceeded, with regard to the load capacity the maximum value to be set automatically for the heating device or the step transformer switched off or reduced. Such additional monitoring can become particularly necessary if the heating device with heating devices, for example heating rods, where a larger change in the electrical resistance occurs between cold and warm state in order to avoid that such heating devices acted upon with impermissibly high power in the start-up state will.

Patentschutz wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich seiner Rückbeziehung.Patent protection is only sought for the entirety of the features one every claim, including its back-reference.

Claims

Claims: 1. A method for the automatic control of the temperature of electrically heated heating devices, in which at least two switching temperatures are available in the range of the target temperature and in which a step transformer feeding the heating device is independent of the respective set level after the upper switching temperature is exceeded by at least one level is downshifted upshifted and after falling below the lower switching temperature by at least one step, d a d u rch g e k hen - is characterized in that all the power is switched off if the upper switching temperature is exceeded, in that then a lower power stage is turned on again as soon as the upper switching temperature is fallen below, and that a switch is made to a higher power level as soon as the lower switching temperature is undershot.

2. A method for automatic control according to claim 1, characterized in that the currentless selection of the lower power level to be switched on again is initiated by switching off the entire power. 3. A method for automatic control according to claim 1 and 2, characterized in that, in addition to the temperature control, the power supplied to the heating device is automatically switched off or reduced when a maximum value is exceeded.

Documents considered: German utility model No. 1 842 894; French Patent No. 919 913; »Elektrowärme«, 1934, p. 205 and Fig. 5.