三相晶闸管调整器在HTS加热器自动恒温控制中的应用

2014-08-03刘亚涛薛文利王文渤

化工自动化及仪表 2014年7期

刘亚涛薛文利王文渤

(1.兰州寰球工程公司,兰州 730060；2.兰州石化公司员工职业教育学院,兰州 730060)

晶闸管调整器是目前工业中实现小电流控制大电流，小功率控制大功率的电子器件。主要用于各种电加热装置(如：电热工业窑炉、电热干燥机、电热油炉以及各种反应罐釜的电加热装置)的加热功率调整，既可以手动调整，又可以和电动调节仪表、智能调节仪表、PLC、DCS和计算机控制系统配合，实现对加热温度的恒值或程序控制。HTS加热器是丙烯酸装置废气焚烧炉中常用的一种加热器，一般靠电能作为能源。HTS加热器的自动控制要求是用DCS自动发出的微小的控制信号直接控制大电流负载。

1 HTS加热器自动恒温控制柜要求①

HTS加热器的自动恒温控制柜电压为380V(三相，频率50Hz)，采用三角形接法。控制方式要求用仪表控制室DCS自动调节控制；调压范围0～380V，输出电流0～700A。

HTS加热器技术要求电压380V(三相，频率50Hz)，三角形接法，功率500kW。

2 三相晶闸管调整器

2.1 晶闸管的工作原理

晶闸管就是硅晶体闸流管的简称，晶闸管的内部有一个由硅半导体材料做成的管芯。管芯是一个圆形薄片，它是四层(P、N、P、N)三端(A、K、G)的电子器件。晶闸管的特性有：

a. 当晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；

b. 当晶闸管承受正向阳极电压时，并且仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通；

c. 晶闸管一旦导通，门极失去控制作用，即不论门极是正还是负，晶闸管保持导通，故导通的控制信号只需正向脉冲电压(触发脉冲)即可；

d. 要使晶闸管关断，必需去掉阳极正向电压，或者给阳极加反压，或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流降低到一定数值下；

e. 当门极未加触发电压时，晶闸管具有正向阻断能力，它是一般二极管不具备的。

2.2 单相晶闸管调整器

单相晶闸管调整器的正弦波形如图1所示，可以看出：α为单相移相脉冲的移相角，β为导通角。当电源电压正半周、负半周以同样的α移相角触发时，负载电压的有效值可以随α角而改变，实现交流调压。单相交流调压器对电阻性负载，α的范围为：0°≤α≤180°。

图1 单相晶闸管调整器的正弦波图形

2.3 三相晶闸管调整器

晶闸管调整器主要组成:晶闸管调整器(SCR)模块、智能触发控制回路、380V变压器、专用互感器和散热风扇。三相晶闸管调整器既能移相调压，也能变周期过零调功。

变周期过零调功方式只适用于纯阻性负载，但其优点是对电网无干扰，能提高电网功率因数，节能效果明显。

移相调压方式调节精细，应用广泛，不仅可用于纯阻性负载，还可用于感性负载。缺点是移相调压型的波形被截断，因此会出现谐波，对电网的波形影响较大，可能干扰某些精密电子仪器或电子装置的正常工作，因此需增加分流滤波器。分流滤波器即谐波抑制器，它对移相调压器产生的高次谐波具有有效抑制作用，从而改善电网的波形。

三相晶闸管调整器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流，在使用或设计时应注意。

3 自动恒温控制柜

由于本次负载是纯阻性三相负载，并且负载为三角形接法，因此三相移相脉冲的移相角的α角的范围为：0°≤α<150°。主要由晶闸管调整器组成的HTS加热器的自动恒温控制器的框图如图2所示。

图2 HTS加热器自动恒温控制框图

图2的控温对象为电加热焚烧炉，DBW为温度变送器，4～20mA对应温度范围0～1 000 ℃。AL1为智能数字式PID调节仪，偏差值经PID运算后作为调节值再传给三相晶闸管调整器(SCR)，以控制负载电压，使焚烧炉的炉温控制在要求的范围内。SA为转换开关。FU代表快熔，对三相晶闸管调整器进行保护。分流滤波器对谐波进行治理，减少对电网的污染。散热器对电子元器件产生的热量及时排出，保证电子元器件不因为过热而击穿。

笔者在丙烯酸装置现场回访，夏天时柜内温度达45℃，许多柜子打开门运行。只靠自然通风和柜内风扇，不能满足使柜内的热量及时排出的要求。因此还需在该柜安装的房间内设空调来保证柜内元器件在炎热天气时的正常运行。

DBW相当于电脑的显示器，可以看到炉温的大小；AL1相当于电脑处理器，对接收到的数据进行分析、判断和推理，最终决定应该如何调节；SCR相当于键盘，即执行机构，能控制负载电压的高低，用来执行AL1输出的命令。

通过自动恒温控制柜，可以及时地监测炉温，并通过将焚烧炉内的温度和焚烧炉出口温度反馈到恒温控制柜，进行PID计算，达到自动控制调节炉温的目的。