Titan qoplamali isitgich uchun quvvat modulyatsiyasi chastotasi (impuls{0}}1 Gts va . 100 Gts ga teng) qarshilik simi va trubaning termomexanik charchoq muddatini qanday o'zgartiradi?

Titan qoplamali elektr isitgichlarda quvvat odatda haroratni boshqarish uchun impuls{0}}kenglik modulyatsiyasi (PWM) yordamida boshqariladi. Isitgichni yoqish va o'chirish tezligi PWM signalining chastotasi bilan belgilanadi. 1 Gts past chastotada har bir tsikl qarshilik simi va titanium qobig'ida 10-30 daraja haroratning katta o'zgarishiga olib keladi. Yuqori chastotada (100 Gts) isitgichning termal massasi impulslarni tekislaydi, shuning uchun harorat o'zgarishi faqat 1-5 daraja . Haroratning o'zgarishi ichki qarshilik simida (odatda nikel-xrom qotishmasi) va titanium qobig'ida tsiklik termal shtammlarni keltirib chiqaradi. Termomekanik charchoqning ishlash muddati tsiklda kichikroq kuchlanish amplitudasi tufayli 1 Gts ga nisbatan 100 Gts da 5-10 marta oshiriladi.

Quvvatni modulyatsiya qilish orqali termomexanik charchoq mexanizmi

Har bir quvvat{0}}yoqilganda qarshilik simini isitadi va bu uning kengayishiga olib keladi. Kengayish atrofdagi magniy oksidi izolyatsiyasi va titanium qobig'iga stress qo'yadi. Har bir quvvat oʻchirilganda-sovib turing va qisqaring. Stress amplitudasi (DAs) issiqlik kengayish koeffitsientiga ko'paytirilgan haroratning o'zgarishiga (DT) proportsionaldir. NiCr sim uchun=14 × 10⁻⁶ / daraja, titanium uchun=8.6 × 10⁻⁶ / daraja. NiCr simi 1 Gts modulyatsiyada ~0,04% tsiklik kuchlanishga va 30 daraja harorat o'zgarishiga duchor bo'ladi, bu bir necha million sikl davomida past{14}}sikl charchoqqa olib kelishi uchun etarli. 100 Gts modulyatsiyada 5 daraja tebranish bilan kuchlanish atigi 0,007% ni tashkil qiladi, bu ikkala material uchun charchoq chegarasidan past va shuning uchun deyarli cheksiz hayot beradi.

Miqdoriy charchoq muddati va PWM chastotasi

Controlled tests of the Grade 2 titanium sheath heater with NiCr resistance wires at a power density of 15 W/cm2 have produced the following fatigue lifetimes at various PWM frequencies. The resistance wire has a life of more than 100,000 hours of continuous operation (no modulation, baseline) and the titanium sheath is not affected by thermal fatigue. 2,000-5,000 hours resistance wire life at 0.1Hz PWM (one cycle in 10 sec) with 40°C temperature variation and the titanium sheath splits after 10,000-20,000 cycles. The resistance wire life is 5,000–15,000 hours at 1 Hz PWM with a 30°C swing, while the titanium sheath fractures after 20,000–50,000 cycles. For the resistance wire, longevity is 20,000–50,000 hours at 10 Hz PWM with a 15°C swing, while the titanium sheath exhibits no cracks within 100,000 cycles. At 100Hz PWM with a 5°C swing, the resistance wire life is >100 000 soat va titanium qobig'ining termal stressi kuzatilmaydi. 1 kHz PWM da harorat o'zgarishi < 2 daraja va ishlash doimiy ishlash bilan bir xil.

PWM sezgirligi isitgichning geometriyasi va quvvat zichligiga ta'sir qiladi

PWM chastotasining ta'siri quvvat zichligi va isitgichning termal massasiga bog'liq. Kam quvvat zichligida (5 Vt/sm²) haroratning o'zgarishi har qanday chastota uchun kamroq bo'ladi, shuning uchun 1 Gts chastotali PWM signali faqat 10 graduslik tebranish beradi va simning ishlash muddati 20 000-50 000 soatni tashkil qiladi. Yuqori quvvat zichligi 25 Vt/sm² va 1 Gts PWM signalida 50 graduslik tebranish simning ishlash muddatini 1000 dan 3000 soatgacha qisqartiradi. Yupqa{17}}devor trubkasi (0,9 mm) uchun termal massa kichikroq va harorat o'zgarishi kattaroqdir. Qalinroq devor trubkasi (2,0 mm) katta termal massaga ega va harorat o'zgarishi 30-50% ga kamayadi. Uzoq isitgich (2 m) uchun termal massa ham uchlaridagi harorat o'zgarishini namlaydi.

Titan qoplamali isitgichlar PWM chastotasini tanlash bo'yicha qo'llanma.pdf

Quyidagi jadvalda quvvat zichligi, isitish moslamasining ishlash muddati va haroratni nazorat qilish ehtiyojlariga qarab PWM chastotasi bo'yicha takliflar berilgan.

Quvvat zichligi (Vt/sm²) Isitgichning istalgan muddati (soat) Kerakli nazorat qilish aniqligi (± daraja) Tavsiya etilgan PWM chastotasi (Hz) Kutilayotgan harorat tebranishi (daraja)<10 >50,000 2 1 10–15 <10 >50,000 0.5 100 2–5 10–20 >50,000 2 10 8–12 10–20 >50,000 0.5 1,000 1–3 20–30 >20,000 2 100 3–6 20–30 >50,000 1 1,000 1–2 >30 >10 000 Har qanday 1,000+<2 Engineering Beyond PWM Frequency Selection

Titanning darajasi qarshilik simining termal charchoq qarshiligiga ta'sir qilmaydi, shunga qaramay, 7-sinf titanium 2-darajali kabi termal kengayishiga ega. Qarshilik simi materiali charchoq muddatiga kuchli bog'liqdir. NiCr 80/20 simi FeCrAl simiga nisbatan yaxshiroq termal charchoq qarshiligiga ega. MgO izolyatsiyasining sifati ham muhimdir, chunki siqilgan MgO issiqlikni yaxshiroq uzatadi va sim va qobiq o'rtasidagi harorat farqini kamaytiradi. Yumshoq{7}}start quvvatini boshqarish (yoqish{8}}o‘chirilgan impulslar o‘rniga quvvatni bosqichma-bosqich oshirish) termal stressni yanada kamaytirishga yordam beradi. Agar siz haroratni aniq boshqarishni istasangiz, yuqori PWM chastotasi (100-1000 Gts) har doim yaxshiroqdir.

Asoslangan spetsifikatsiya qilish

Quvvat bilan modulyatsiyalangan titan qoplamali isitgichlar uchun termomexanik kuchlanishni minimallashtirish uchun 100 Gts yoki undan yuqori PWM chastotasi tavsiya etiladi. Yuqori quvvat zichligi (20 Vt/sm2 dan yuqori) talab qilinadigan ilovalar uchun yoqish{6}}oʻchirilgan modulyatsiya oʻrniga 1000 Gts impuls kengligi modulyatsiyasi (PWM) yoki faza burchagi boshqaruvchisidan (silliq quvvatni boshqarish) foydalaning. Mavjud past chastotali (1Hz) isitgichlar uchun tekislash induktorini qo'shing yoki boshqaruvchini yuqori chastotali PWM ga yangilang. Agar ± 2 daraja haroratni nazorat qilish aniqligi maqbul bo'lsa, u holda 10 Gts chastota ko'p ilovalar uchun etarli termal charchoq muddatini ta'minlash uchun etarli. Muhandis 1 Gts o'rniga 100 Gts PWM da ishlaydi, harorat o'zgarishini 30 darajadan 5 darajagacha kamaytiradi va qarshilik simi va titanium qobig'ining charchoq muddatini 5-10 marta oshiradi.