Sut Mae Amlder Modyliad Pŵer (Pwls-Modiwleiddio Lled ar 1 Hz yn erbyn. 100 Hz) ar gyfer Gwresogydd Gwain Titaniwm yn Newid Bywyd Blinder Thermomecanyddol y Weiren Wrthsefyll a'r Tiwb?

Mewn gwresogyddion gwain titaniwm trydan, mae'r pŵer yn cael ei reoli'n gyffredin trwy fodyliad lled pwls (PWM) i reoli'r tymheredd. Mae'r cyflymder y mae'r gwresogydd yn troi ymlaen ac i ffwrdd yn cael ei bennu gan amlder y signal PWM. Ar yr amledd isel o 1 Hz, mae pob cylchred yn achosi swing tymheredd mawr o 10 - 30 gradd yn y wifren gwrthiant a'r gwain titaniwm. Ar amledd uchel (100 Hz) mae màs thermol y gwresogydd yn llyfnhau'r corbys felly dim ond 1-5 gradd yw'r siglenni tymheredd. Mae'r amrywiadau tymheredd yn achosi straen thermol cylchol yn y wifren gwrthiant mewnol (aloi nicel-cromiwm fel arfer) a gwain titaniwm. Cynyddir bywyd blinder thermomecanyddol 5-10 gwaith ar 100 Hz mewn perthynas ag 1 Hz oherwydd yr osgled straen llai fesul cylch.

Mecanwaith Blinder Thermomecanyddol trwy Fodiwleiddio Pŵer

Mae pob pŵer-ar gylchred yn cynhesu'r wifren gwrthiant, gan achosi iddi ehangu. Mae'r ehangiad yn rhoi straen ar yr inswleiddiad magnesiwm ocsid amgylchynol a'r gwain titaniwm. Oeri a chontractio ar bob pŵer-oddi ar y cylch. Mae'r osgled straen (Δσ) yn gymesur â'r swing tymheredd (ΔT) wedi'i luosi â'r cyfernod ehangu thermol. Ar gyfer gwifren NiCr { { 6 }} × 10⁻⁶ /℃, ar gyfer titaniwm { { }} × 10⁻⁶ /℃. Mae'r wifren NiCr yn destun straen cylchol o ~0.04% ar fodiwleiddio 1 Hz a swing tymheredd o 30 gradd, sy'n ddigon i achosi blinder beicio isel dros sawl miliwn o gylchoedd. Dim ond 0.007% yw'r straen gyda swing 5 gradd ar fodiwleiddio 100 Hz, sy'n is na'r terfyn blinder ar gyfer y ddau ddeunydd ac felly'n rhoi bywyd diderfyn bron.

Bywyd blinder meintiol vs amlder PWM

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 o oriau a dim straen thermol y wain titaniwm yn brofiadol. Ar 1 kHz PWM mae'r amrywiad tymheredd yn < 2 radd ac mae'r perfformiad yr un fath â gweithrediad parhaus.

Effeithiau sensitifrwydd PWM ar geometreg gwresogydd a dwysedd pŵer

Mae dylanwad amledd PWM yn dibynnu ar ddwysedd pŵer a màs thermol y gwresogydd. Ar ddwysedd pŵer isel (5 W / cm²), mae'r amrywiadau tymheredd yn llai ar gyfer unrhyw amledd penodol, felly dim ond swing 10 gradd y mae signal PWM 1 Hz yn ei roi, ac mae oes y wifren yn 20,000-50,000 awr. Ar ddwysedd pŵer uchel o 25 W / cm² a signal PWM 1 Hz, mae swing 50 gradd yn lleihau bywyd gwifren i 1,000 i 3,000 o oriau. Ar gyfer tiwb wal tenau (0.9 mm) mae'r màs thermol yn llai ac mae'r newidiadau tymheredd yn fwy. Mae gan y tiwb wal mwy trwchus (2.0 mm) fàs thermol mwy, ac mae'r siglenni tymheredd yn gostwng 30-50%. Ar gyfer gwresogydd hir (2 m) mae'r màs thermol hefyd yn lleihau'r siglen tymheredd ar y pennau.

Gwain Titaniwm Gwresogyddion Canllaw Dewis Amlder PWM.pdf

Mae'r tabl canlynol yn rhoi awgrymiadau ar gyfer amlder PWM yn ôl y dwysedd pŵer, bywyd gwresogydd arfaethedig ac anghenion rheoli tymheredd.

Dwysedd Pŵer (W/cm²) Oes Ddymunol y Gwresogydd (oriau) Rheolaeth Angenrheidiol Cywirdeb (± gradd ) Amlder PWM a Argymhellir (Hz) Siglen Tymheredd Disgwyliedig (gradd )<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 Unrhyw 1,000+<2 Engineering Beyond PWM Frequency Selection

Nid yw gradd titaniwm yn effeithio ar wrthwynebiad blinder thermol gwifren gwrthiant, serch hynny, mae gan ditaniwm Gradd 7 ehangiad thermol tebyg fel Gradd 2. Mae'r deunydd gwifren gwrthiant yn swyddogaeth gref o'r bywyd blinder. Mae gan wifren NiCr 80/20 well ymwrthedd blinder thermol o'i gymharu â'r wifren FeCrAl. Mae ansawdd inswleiddio MgO hefyd yn bwysig gan fod MgO cywasgedig yn trosglwyddo gwres yn well ac yn lleihau'r gwahaniaeth tymheredd rhwng y wifren a'r wain. Mae-rheoli pŵer dechreuol meddal (cynnydd graddol mewn pŵer, yn hytrach na chodi corbys) yn helpu i leihau straen thermol ymhellach. Os ydych chi eisiau rheoli tymheredd yn gywir yna mae amledd PWM uwch (100-1,000 Hz) bob amser yn well.

Gwneud Manyleb Resymegol

Ar gyfer gwresogyddion gwain titaniwm wedi'u modiwleiddio â phŵer, argymhellir amlder PWM o 100 Hz neu uwch i leihau straen thermomecanyddol. Ar gyfer cymwysiadau sydd angen dwysedd pŵer uchel (uwch na 20 W/cm2) defnyddiwch fodyliad lled pwls 1,000 Hz (PWM) neu reolwr ongl cam (rheolaeth pŵer llyfn) yn lle modiwleiddio sydd wedi'i ddiffodd. Ar gyfer gwresogyddion amledd isel (1Hz) presennol, ychwanegwch anwythydd llyfnu neu ddiweddarwch y rheolydd i PWM amledd uchel. Os yw cywirdeb rheoli tymheredd ± 2 gradd yn dderbyniol, yna mae amledd 10 Hz yn ddigon da i roi bywyd blinder thermol digonol ar gyfer y rhan fwyaf o geisiadau. Mae'r peiriannydd yn gweithredu ar 100 Hz PWM yn lle 1 Hz, gan leihau'r amrywiad tymheredd o 30 gradd i 5 gradd a chynyddu bywyd blinder y wifren ymwrthedd a gwain titaniwm gan ffactor o 5-10.