Сейчас на рынке имеется достаточно много предложений печей с карбид-кремниевыми нагревателями. Цены на модели обычно отличаются, и разница бывает существенна.
В статье мы рассмотрим, в чем разница предложений, почему цена на эти печи может различаться при одинаковых технических характеристиках. Приведем пример систем управления, применяемых для карбид-кремниевых нагревателей. Небольшая статья будет полезна при подборе оборудования.
Для начала, немного остановимся на характеристиках и особенностях применяемых нагревателей.
Карбид-кремниевые электронагреватели производят путем спекания заготовок из порошка карбида кремния при температуре не менее 2400 0С. Нагреватели состоят из рабочей части, которая разогревается до высоких температур, и выводов к ней, пропитанной кремнием.
Электрическое сопротивление нагревателей при комнатной температуре для наиболее часто используемых моделей составляет от 1 до 4 Ом. При температуре до 800 0С сопротивление нагревателя падает до минимальных значений, затем сопротивление увеличивается примерно на 5% каждые 100 0С.
Самое существенное значение для рассматриваемой нами темы имеют различия в примесях материала нагревателей и незначительные изменения технологии изготовления. Это приводит к разбросу начального сопротивлений нагревателей и разбросу хода старения.
Теперь о различиях подходах к проектированию системы управления таких нагревателей. Самый плохой вариант, тем не менее часто встречающийся это просто включить последовательно 2-3 нагревателя в сеть 220/380. Такое включение часто встречается на небольших печах. Например, печах для фьюзинга. Нагреватели управляются через мощный симистор с минимальной шириной импульса. Если управление выполнено подобным способом, то при коммутации нагрузки возникают ударные токи порядка 150-200 А. Причем такое регулирование мощности производителем нагревателей категорически не допускается.
Аппараты защиты такие ударные токи выдерживают, однако это приводит к перекосам фаз и вызывает существенную просадку напряжения в сети. Что отрицательно сказывается на остальном оборудовании и нервах главного энергетика организации. Еще огромный минус — очень небольшой срок службы нагревателей.
Второй вариант - это также последовательное включение блока нагревателей, но регулированием мощности по углу открытия тиристора (симистора).
Этот вариант включения производитель допускает, но с ограничением максимальной температуры печи 800-1100°С, в зависимости от количества включенных последовательно нагревателей. Здесь казалось бы плюсов больше. Но, как было уже сказано выше, нагреватели имеют отличия в составе, разное сопротивление и разный ход старения. Даже если покупаются единовременно, одной партией.
Если при установке нагревателей, сопротивления были более-менее подобраны (что делается далеко не всегда), и печь какое-то время прекрасно работает без поломок, то в процессе работы выгорание нагревателей не равномерно, что рано или поздно приводит сначала к перегреву и перегоранию одного нагревателя. При его замене подобрать сопротивление под уже изношенные нагреватели практически невозможно, это приводит к повышению нагрузки на работавшие нагреватели (их сопротивление гораздо выше), и в конечном итоге срок их службы сокращается еще сильнее, а дальше - замкнутый круг.
Замена при такой схеме требуется всему блоку нагревателей, чтобы они отработали свой срок службы. Кроме того, такие нагреватели очень хрупкие и при попытке подбора разнородных нагревателей их легко повредить. Как показывает практика, при графике работы печей 16 часов, 5 дней в неделю, замена блока требуется не реже одного раза в два месяца.
По состоянию на декабрь 2018 года, модель КЭНАПС 14-250 в среднем стоит 2 500 рублей. То есть, цена ремонта составит около 30 000 рублей. Не считая стоимости простоя оборудования и сопутствующих расходов. И так примерно каждые 2 месяца. При различии техпроцессов и времени работы цена обслуживания может существенно меняться. Если у вас есть печь с таким нагревателями, посчитайте стоимость годового обслуживания.
Такие печи, как правило, небольшие по объему и штучного изготовления. Это оборудование имеет малую себестоимость. По цене такая схема управления не сильно отличается от управления печью с нагревателем из фехраля. Конечная стоимость при этом существенно завышена, чем пользуются производители этих печей, выдавая изделия с такими системами управления за новые разработки.
При проектировании системы управления мы четко следуем рекомендациям производителей нагревателей.
В нашем оборудовании все нагреватели включены либо параллельно, либо последовательно-параллельно не более 2 нагревателей в последовательной цепи, что позволяет использовать их до предельных заявленных температур.
При этом нагревательный блок разделены на секции по 2-6 нагревателей и подключены к своей обмотки трансформатора с регулируемым напряжением через силовой тиристорный модуль. То есть на каждую секцию нагревателей напряжение подбирается отдельно, что исключает перегрузку сети при любом разбросе сопротивлений устанавливаемых нагревателей. Еще при параллельном включении, сопротивление замененного нагревателя никак не влияет на работу секции в целом, то есть ресурс работавших нагревателей сохраняется. Все это дополняется плавным регулированием мощности за счет тиристорного модуля с регулировкой по углу открытия.
При такой системе управления нагреватели имеют полный ресурс заявленный производителем, а за счет возможности установки необходимого напряжения, мощность печи не снижается при старении нагревателей. Ну и в качестве бонуса — гальваническая развязка от сети и пониженное рабочее напряжение открытых элементов, то есть безопасность эксплуатации.
Конечно, такая система управления несколько сложней, дороже. На себестоимость влияют мощные трансформаторы и тиристорный модули. Но зато, окупаются затраты на эксплуатацию. Сроки окупаемости при применении рекомендуемой производителем схемы регулирования зависят от режима работы печи, стоимости ее простоя и ремонта.
Отдел автоматизации.
ООО "ТУЛА-ТЕРМ"
Валенцев А.А.
Читайте другие полезные статьи от компании на нашем сайте.
