可控硅调功在电加热器中的应用

摘要:可控硅作为电力电子功率器件在工程中得到广泛应用。在交流设备中通过选择适当的导通角来触发可控硅导通，从而实现负载上电压电流调节，达到调功的目的。本文主要从可控硅调功技术的实际应用出发，说明可控硅调功技术的原理，论述其在还原炉物料管电加热器中自动调节功率的逻辑控制及其特点，并对可控硅的工作环境和安装使用要求加以阐述，最后对采用可控硅调功电加热器的效益加以论述。

关键词:还原炉物料加热系统;电加热器;可控硅

中图分类号：TM924.2文献标识码： A 文章编号：

蒸汽是热电厂的产品之一，其使用成本低于电能，但蒸汽的供给和传输受环境和距离等多方面条件的制约，常会出现蒸汽温度不够或压力较低等状况，从而影响还原炉进料的温度，降低了生产效率。另外，蒸汽加热器还可能发生泄露，引起人员烫伤，维修不便，从而影响生产等问题。而电加热器使用电能，加热温度易于调节控制，且有完善的安全保护措施，一般不会对工作人员照成伤害，并且易于维修，其设备造价也比蒸汽加热器低。所以在还原物料加热系统中，电加热器被广泛应用。电加热调功器的核心元件便是双向可控硅和周波控制器。

1可控硅调功的主要原理

可控硅导通需要同时满足以下两个条件:一是可控硅的阳极和阴极间必须加正向电压,二是控制极必须加适当的正向触发电压。可控硅一旦导通，外部信号就无法将其关断，只能通过使阳极电位低于阴极电位，或者阳极电流小于维持电流来将其关断。根据可控硅的这一特点，控制系统主要以电压过零点为基准点，通过选择适当的导通角触发可控硅导通，从而实现调功。由此便产生出两种可控硅触发调节方式:移相触发控制和过零触发控制。由于移相触发控制方式会产生比较严重的奇次谐波,可控硅导通瞬间容易产生电压畸变,功率因数也因此而下降,会影响电网上其他用电设备的正常运行。而过零触发控制方式产生的谐波很小,因此,电加热器可控硅调功多采用过零触发控制方式。可控硅过零触发控制就是在电源电压零点附近触发可控硅导通之后,通过改变设定周期内可控硅导通的周波数,实现交流调压和调功,其调节波形如图1所示。

图1可控硅过零触发控制调节波形图

三相电加热器调功电路一次电路由快速熔断器FU、双向可控硅VT和电流互感器TA组成;控制调节则主要由南京某厂家生产的TZ-IV型周波控制器完成。该周波控制器具有可控硅缺相保护、过流保护和软启动等功能,由零脉冲电路1、导通比电路2、过流截止电路3、“与”门电路4和脉冲变压器5等组成。加热器负载R、测温度传感器PT和PLC控制系统通过外部开关K与整个调功器构成闭环控制回路,周波控制器根据PLC控制系统的自动输出信号,改变导通比,以达到自动调节该系统功率和温度的目的。图1中Tc为控制信号的周期,t1和t2分别为可控硅的导通、断开时间,而且Tc=t1+t2。该电路是通过改变可控硅的导通、断开时间比,即改变导通、断开的周波数来实现输出功率的调节。实际运行中,也可以通过改变导通比来进行电压和功率的调节。

可控硅调功在电加热器中的实际应用

我公司对还原炉物料管道加热曾使用过蒸汽加热器,加热效果和调功效率均不理想。后经改造,对还原炉物料管的加热改成由功率为160 kW、带可控硅调功的三相电加热器实现。它由5组加热器组成,其中3组为固定功率,每组功率为36 kW;另外2组为可控硅调功,每组调功范围0-21 kW,其调功方式采用过零触发控制调节。电加热器的可控硅调功电路如图2所示。

图2三相电加热器的可控硅调功电路

U—电压表FU—快速熔断器VT—双向可控硅TA—电流互感器R—加热器负载PT—测温度传感器K—外部开关1—零脉冲电路2—导通比电路3—过流截止电路4—“与”门电路5—脉冲变压器

周波控制器首先产生3个信号:信号“1”是经过零脉冲电路产生与主电路电压波形过零点同步的触发脉冲,即“零脉冲信号”;信号“2”是导通比电路周期性输出的高电平连续可调的占空比信号;信号“3”是过流截止信号。只要电路中没有过电流,加热器没有超过额定的工作温度,过流截止电路就输出高电平;然后经过“与”门电路的运算和脉冲变压器的处理,最后输出与电源电压过零点同步的、数目连续可调的触发脉冲,使双向可控硅相应导通。因此,双向可控硅的最后输出功率可在零与全功率(导通比为1时)之间平滑可调。

3可控硅调功的工作环境和安装使用时的注意事项。

3·1工作环境要求

可控硅调功的最佳工作环境温度在-30℃-55℃之间,空气最大相对湿度不超过90%,运行地点无导电及爆炸性尘埃,无腐蚀金属及破坏绝缘的气体或蒸汽,无剧烈振动和冲击。

3·2安装使用时的注意事项

接线时要严格保持主电路电源与周波控制器电源、控制信号相位一致,否则会烧坏周波控制器;主电路与控制电路配线时务必不能集束在一起,安装时相互间需留出20 mm左右的距离;要避免环境温度超过75℃,当超过75℃时,一定要考虑柜内可控硅的散热问题。

4效益分析

(1)改成电加热器对还原物料进行加热后,避免了由于蒸汽压力或蒸汽温度波动引起的还原物料温度的波动,稳定了还原物料管的加热效果,另外电加热比蒸汽加热更方便维护，保证了生产的正常进行;

(2)由于蒸汽是由距还原物料管道2 km外小钢铁厂锅炉生产,主要用于发电,因此,改用电加热器后,减少了锅炉生产的热能损耗,蒸汽可以全部用来发电,以产生更多的经济效益。