某材料厂测试烘箱温控系统改造设计方案

发布时间：2015-01-13 16:59　　　类型：应用案例　　　人浏览

电热烘箱在工业、农业、医院和科研等领域都有着广泛的用途，现在有很大比例的电热烘箱温度控制系统仍采用分立元件，如图1所示。其控制温度的原理是：操作者先将开关SA1和SA2拨至接通位置，过一段时间后读插在烘箱底部的水银温度计显示的温度，待其显示的烘箱内部的温度接近工艺温度时断开开关SA2，烘箱通过控制KM1的通断进行保温操作。操作者还需要不断的观察水银温度计，如果温度计显示温度与工艺温度不一致，操作者须不断调节调节器旋钮，直至温度计的稳态读数刚好等于工艺温度。通常情况下，要调节歘工艺温度需要的时间比较长，而且误差较大。最为重要的是由于器件的老化，烘箱温度控制系统经常出现故障，温控系统一旦发生故障很难修复。因此，改造或者重新设计分立元件电热烘箱温度控制器系统就很有必要了。

图1 电热烘箱分立元件电气原理图

1 主回路

1.1 主回路电路分析

本次制作的电热烘箱主要用于烘烤软膜，其烘烤工艺有如下两点要求：第一是升温速率要大，以便于烘箱温度在额定装载量时能较快地从室温升到工艺温度（即温度器上的设定温度）；第二是在工艺温度保温时，温度误差较小，以免出现制品欠烧或者过烧的现象。为满足工艺要求，本方案设计了两组加热器，升温时两组加热器同时投入工作；保温时，仅第一组加热器EH1\EH2和EH3工作。主回路电路图如图2所示。在计算加热器的功率时，同组的功率应相同，可以延长接触器触点的使用寿命和减小中性点漂移，同时各组加热器的功率应根据烘箱的额定装载量、最高使用温度、加热腔体积、升温速率等因素计算得出，具体数值可根据经验公式计算出

图2 主回路图

1.2 加热件的连接

尽管本设计中只有两组中性点与配电柜中线母排连接的星形连接的加热件，加热件的连接端子总数还是比较多。在加热系统中如果主回路连接不好则会导致连接端子处接触电阻增大，进而致使连接端子处的热功率增大，最终会导致镍铬丝在连接端子处因过热而熔断，连接端子处的热功率按照经验公式计算。

通常用于连接烘箱加热丝的铁螺钉和镀锌螺钉在烘箱加热过程中极易氧化和龟裂，当螺钉氧化层和龟裂处剥落后，加热丝连接处因间隙增大导致接触电阻增大，致使整个烘箱热功率降低，甚至引起电弧熔断加热主回路。为了减小上述事故的发生概率，利用不锈钢螺钉压接加热炉丝。实际运行结果表明，使用不锈钢螺钉后加热丝压接处熔断的故障率明显降低。

1.3 防止加热件短路的措施

尽管烘箱的主回路比较简单，但不当的加热件安装、使用和维护都可能导致加热镍铬丝之间的相间短路或者镍铬丝与烘箱外壳的相地短路。为了尽量降低主回路发生短路的可能性，针对烘箱的实际情况应注意解决以下两个问题。

第一是从接触器KM1和KM2主触点输出端子的6根相线和1根中线均须穿过同一穿线孔引至烘箱底部的接线端子上，因此处理好这7根铜线之间以及它们于烘箱外壳之间的绝缘就显得尤为重要。在铜导线压接前应为每根导线穿好足够的陶瓷绝缘子；导线穿孔时应避免交叉，此外，将多余的铜导线剪断。这样，穿孔线处发生短路的概率就大大降低了。

第二是镍铬丝置于凹槽内。如果镍铬丝置于凹槽外，其通电加热极有可能通过铁盖板与烘箱外壳相连导致相地短路或者与其他镍铬丝相连而发生相见短路。解决的办法是在连接好主回路和控制回路导线并确定链接正确后，先不盖盖板进行通电加热，镍铬丝在加热状态下变软，用绝缘良好的尖嘴钳和螺丝刀等工具将置于炉盘外的镍铬丝拨至凹槽内，断电冷却后，确认所有的镍铬丝均处于凹槽内，在炉盘盖上盖上几块陶瓷板后再盖上盖板，可防止镍铬丝发生短路。

1.4 及时清理炉盘

考虑到炉盘制作和烘箱内的热传递以对流方式为主，因此烘箱的加热元件基本都安装在底部。在烘箱升温过程中，置于加热元件上方用于遮挡的铁板便面因受热比常温下更容易氧化，这些氧化物在烘箱加热、自然冷却这样的骤热骤冷过程中会大量龟裂掉在炉盘上。尽管氧化铁不导电，但是长期的积累在炉盘凹槽内的氧化铁屑堆积过多后会使镍铬丝因热量无法散发而过热熔断。针对这种情况，最好的解决办法就是烘箱使用不锈钢内胆和器皿，否则必须定期清扫炉盘以防止氧化铁屑大量堆积。

2 控制回路

2.1 控制回路的电路分析

此次设计的烘箱温度控制系统属于接触器控制，整个系统以武汉辉达工控技术有限公司生产的XMT温度控制器为核心，辅助以三个开关，两个交流接触器，时间继电器和一个铂热电阻。