Effektstyring af specielle varmeelementer

Når standardstyring ikke er nok

Ikke alle varmelegemer opfører sig som et simpelt resistivt element med stabil modstand. Nogle materialer ændrer modstand markant med temperaturen eller reagerer ekstremt hurtigt på tilført effekt. Det gælder blandt andet MoSi₂ (molybdændisilicid), SiC (siliciumcarbid) og SWIR (short-wave infrared).
Hvis disse elementer ikke styres korrekt, kan det føre til kort levetid, ustabil drift eller i værste fald ødelæggelse af udstyret. Derfor kræver de avanceret effektstyring med funktioner som rampetider, softstart og præcis regulering.

MoSi₂ – molybdændisilicid

MoSi₂-elementer kan levere meget høje temperaturer – op til omkring 1800 °C – og bruges ofte i laboratorie- og procesovne, hvor der stilles store krav til varmebestandighed.
En særlig udfordring er den kraftigt temperaturafhængige modstand. Når elementet er koldt, er modstanden lav, og strømmen ved opstart kan derfor blive voldsomt høj – næsten som en kortslutning. Uden korrekt styring kan elementet brænde af eller sikringen smelte på få sekunder.
Softstart og rampetider er derfor afgørende. Ved gradvist at øge effekten, indtil elementet når driftstemperatur, undgår man chokbelastning. Moderne powercontrollere kan programmeres til at levere en kontrolleret stigning i strømmen, så MoSi₂-elementet varmes op sikkert og stabilt.

SiC – siliciumcarbid

SiC-elementer anvendes ligeledes i højtemperatur- og procesovne. De ændrer modstand både med temperatur og med alder.
Når et SiC-element er nyt, er modstanden lav ved koldstart, hvilket kræver softstart for at undgå høje inrush-strømme. Over tid stiger modstanden gradvist, så den samme strøm giver mindre effekt. Controlleren skal derfor kunne kompensere for denne ændring.
Med load-diagnostik kan man overvåge elementets impedans og opdage ændringer i modstanden. Det muliggør planlagt udskiftning, før elementet fejler – et eksempel på, hvordan intelligent styring kan bidrage til predictive maintenance og minimere uplanlagte stop.

SWIR – short-wave infrared

SWIR-elementer adskiller sig markant fra MoSi₂ og SiC. De har lav masse og kan derfor opvarmes ekstremt hurtigt. Det gør dem ideelle til applikationer, hvor man ønsker hurtig respons – eksempelvis i tørre- og hærdningsprocesser inden for fødevareindustrien, elektronikproduktion eller materialebehandling.
Udfordringen er, at SWIR-elementer reagerer så hurtigt, at selv små udsving i effekten kan give store temperaturændringer. Uden præcis styring kan det føre til oversving, ujævn varmefordeling eller for tidlig ældning af elementet.
Her er fasevinkelstyring ofte den mest egnede metode. Ved at regulere effekten i realtid med høj opløsning kan man sikre stabil temperatur, selv når proceskravene ændrer sig hurtigt.

Controllerfunktioner, der gør forskellen

Selvom MoSi₂, SiC og SWIR er vidt forskellige materialer, er der nogle fællesnævnere i forhold til effektstyring.

• Rampetider og softstart: Nødvendigt for MoSi₂ og SiC, men også nyttigt for andre elementer, da det reducerer belastningen på varmelegemet og installationen.
• Forskellige firing modes: Burst, halvcyklus eller fasevinkel afhængig af elementets egenskaber og proceskrav.
• Load-diagnostik: Overvågning af modstand og impedans, så ændringer opdages tidligt.
• Kommunikation: Integration med PLC og SCADA, så data og alarmer vises direkte i kontrolsystemet.
• Alarmer og sikkerhed: Differentiering af fejl, så man hurtigt kan se, om problemet skyldes last, net eller installation.

Disse funktioner er en del af det, der adskiller en moderne SCR powercontroller fra en simpel effektregulator.

Eksempler fra praksis

I en forskningsovn med MoSi₂-elementer kan softstart være forskellen mellem et element, der holder i årevis, og et, der brænder af på få minutter.
I en procesovn med SiC-elementer kan load-diagnostik afsløre stigende modstand, så udskiftning kan planlægges i forbindelse med næste service.
I fødevareindustrien anvendes SWIR-elementer til hurtig tørring af produkter. Her er præcis fasevinkelstyring afgørende for ensartet varmefordeling og høj produktkvalitet.

Fremtidens styring af specialelementer

Efterhånden som energikravene skærpes, og processerne bliver mere komplekse, forventes elementer som MoSi₂, SiC og SWIR at få endnu større udbredelse. Det stiller tilsvarende større krav til styringen.
I fremtiden vil dataopsamling og integration med energistyringssystemer muliggøre kombinationen af præcis effektstyring og fleksibelt energiforbrug. Selv de mest krævende varmeelementer kan dermed blive en aktiv del af den grønne omstilling.

Specialiseret styring giver længere levetid

Specielle varmeelementer kræver specialiseret styring. MoSi₂ og SiC skal startes blødt op for at undgå skader ved koldstart, mens SWIR kræver ekstrem præcision for at udnytte sin hurtige respons.
Med de rette powercontrollere kan man beskytte elementerne, forlænge levetiden og sikre en mere stabil proces, der er klar til fremtidens krav.

Kontakt os

Arbejder I med specielle varmeelementer som MoSi₂, SiC eller SWIR?
Kontakt os – vi hjælper jer med at vælge den rette styring og optimere jeres proces.

Ring til os på +45 7669 7090 eller skriv til info@newtronic.dk.
Vores specialister står klar til at rådgive jer om den optimale løsning til netop jeres applikation.