Использование контроллеров мощности SCR для галогенных инфракрасных нагревателей при сушке бумаги

В бумажной промышленности на некоторых установках часто требуется сушить бумагу после нанесения покрытия и контролировать профиль влажности в конце производственной линии. Одним из эффективных, удобных и безопасных методов является сушка в коротковолновом инфракрасном диапазоне.

В зависимости от количества зон или мощности различных контролируемых зон сушки могут использоваться разные тиристорные блоки. Однако коротковолновые инфракрасные лампы изготавливаются из вольфрамовых нитей, материала с высоким температурным коэффициентом. При первом включении галогенных ик нагревателей пусковой ток может в 8-10 раз превышать нормальный ток работы в нагретом состоянии. Это характеристика обычно наблюдается при использовании импульсного зажигания. В этом случае быстродействующие предохранители тиристорной защиты не используются, потому что они перегорят в первой половине периода включения. Кроме того, тиристор должен быть такого размера, чтобы выдерживать этот первый полупериод холодного пускового тока.

Чтобы избежать пускового тока может использоваться фазово-угловое зажигание. Но это приведет к возникновению гармоник (электрического шума, возникающего из-за изменения знаковых волн) и ухудшению коэффициента мощности. Использование быстродействующего контроллера с нулевым срабатыванием устраняет проблему гармоник и низкого коэффициента мощности и по-прежнему обеспечивает хорошее управление коротковолновой инфракрасной нагрузкой. Принимая во внимание высокую скорость подачи бумаги в конвейерной инфракрасной печи и скорость сушки, временная база (время включения и выключения тиристора) должна быть как можно более быстрой, чтобы скорость сушки оставалась постоянной независимо от скорости бумаги. Высокая частота цикла или интеллектуальный полупериод подходят для этого типа задачи по нагреву из-за способности быстро реагировать.
 

Рассмотрим подробнее два случая, описывающие типичные ситуации на линии по производству бумаги. Они иллюстрируют, как обмен данными с регулятором мощности SCR может эффективно управлять технологическим процессом нагрева.
 

Контроль профиля сушки и влажности. 

В первом случае требовались элементы управления для коротковолновых инфракрасных галогенных нагревателей, используемых для сушки бумаги после нанесения покрытия. Всего было использовано шесть трехфазных зон, каждая из которых управлялась трехфазным тиристорным блоком.

Для этой же линии также требовался контроль профиля влажности. В качестве решения использовалось всего 20 контроллеров мощности SCR, каждый из которых может обеспечивать четыре независимых однофазных выхода (всего 80 контролируемых зон). 

Сканирующий датчик измеряет поперечную влажность полотна, передавая информацию в на компьютер, который управляет 80 контроллерами мощности SCR с цифровой связью.

Одноцикловый режим тиристоров полностью адаптирован для этого коротковолнового инфракрасного излучения, что позволяет ему обеспечивать надлежащую сушку независимо от скорости бумаги. Кроме того, использование зажигания при нулевом напряжении означает, что управление мощностью не генерирует деструктивных гармоник или пониженного коэффициента мощности.

Обратная связь по напряжению, встроенная в тиристорный блок, обеспечивает регулировку напряжения на 1 процент независимо от колебаний напряжения питания (в данном случае 500 В, +/- 10 процентов), обеспечивая оптимальное регулирование мощности и лучший контроль влажности. Максимальное среднеквадратичное напряжение, подаваемое на галогенные коротковолновые инфракрасные элементы, может быть уменьшено с 500 В до 470 В с помощью ограничения напряжения на тиристорном блоке, чтобы продлить срок службы нагревательного элемента.
 

Используемые коммуникационные SCR обеспечивают мониторинг установки и встроенную стратегию аварийной сигнализации, а также критически важные рабочие данные, такие как мониторинг питания на предмет повышенного или пониженного напряжения; коротковолновый инфракрасный мониторинг для индикации потери нагревателей или перегрузки по току; и контроль тиристорного блока для обнаружения короткого замыкания или обрыва тиристоров.
 

Профилирование влажности. 

В этом случае, чтобы снизить стоимость установки и контролировать каждый галогенный инфракрасный нагреватель, использовался другой метод.

Каждая уставка нагревательного элемента или мощность, рассеиваемая нагревателем, отправлялась из ПЛК по каналу связи на удаленный интерфейс ввода / вывода. Используемый удаленный интерфейс может иметь до 32 выходов, каждый из которых получает через связь от ПЛК свою собственную уставку. Несколько удаленных интерфейсов могут использоваться на одном и том же канале связи, когда этого требует количество зон.

После получения сигнала от ПЛК удаленный интерфейс преобразует уставку в пропорциональный по времени выходной сигнал, предназначенный для управления коротковолновыми инфракрасными элементами. Этот выход управляет однофазным твердотельным контактором. Для этого случая выбранный контроллер имел интеллектуальную функцию полупериода, чтобы обеспечить максимально быстрое время цикла. Управление включением тиристора за полупериод. Это сводит к минимуму мерцание и обеспечивает надлежащий контроль нагрева без недостатков фазового зажигания, таких как гармоники и низкий коэффициент мощности. Регулятор мощности способен выдерживать пусковой холодный ток, поскольку используемый тиристор имеет высокий номинальный импульсный ток.

ПЛК / система управления может включать зоны сушилки в запрограммированной последовательности для оптимального использования энергии. Плавкие предохранители быстродействующих тиристоров не используются. Установка может быть оснащена сигнализацией, такой как короткое замыкание тиристора и диагностическая неисправность нагрузки, для обнаружения перегорания одной из шести параллельно включенных галогенных ламп.