浅论变压器感性负载的控制实施

28 全国性建材科技期刊——《玻璃》 2010年 第2期 总第221期 浅论变压器感性负载的控制实施 姚关明 王 敉 王 建1 1 2 1.上海炜胜电器有限公司 上海市 201101；2.秦皇岛玻璃工业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院 秦皇岛市 066001 针对浮法玻璃生产线锡槽采用硅碳棒加热，变压器降压输出的控制模式，自行开发设计了HCGY三相调功/调压电 力调整器，该装置可在变压器负载下降低输出直流分量，确保变压器负载运行在设计的磁通密度下，有效避免直流分量 对变压器负载的偏磁，保证变压器负载的正常运行。 变压器 感性负载 过零触发 直流分量 磁饱和 反电势 02－0028－03 （ ） 摘 要 关键词 中图分类号：TQ171 文献标识码：A 文章编号：1003－1987（2010） 利用三相调功/调压装置控制电加热器的功率， 来实现对被控设备的温度控制， 在工业生产中已广 泛应用。但是，在某些条件下存在电加热器阻抗与工 频电源不匹配的问题，因此必需在二者之间设置一个 阻抗匹配变压器，用以解决问题。变压器负载一旦进 入磁饱和状态，就形同负载短路，将损坏主回路器 件。要求将调功/调压装置输出的电流直流分量尽可 能减小，可以有效避免这种情况的发生。目前国内调 功/调压装置在防止变压器负载进入磁饱和状态方 面，作了很多研究，但尚未发现妥善解决的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。针 对这一课题，我们做了进一步的深入研究，找有效的 解决途径，并在数个现场得到了验证。 变压器铁芯的磁化过程很复杂，这主要是由于 它具有磁滞的特性。一般都可通过测量磁场强度 和磁感应强度 之间的关系来研究其磁性规律。 当变压器铁芯初始状态为 = =0时，即图１中 － 曲线的坐标原点０时。随着磁场强度 的增 加， 也随之增加，但两者之间不是线性关系。当 增加到一定值时， 不再增加（或增加十分缓 慢），这说明该物质的磁化已达到饱和状态。 和 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于 图中 点）。如果再使 逐渐退到零，则与此同时 也逐渐减少，然而 和 对应的曲线轨迹并不沿原 曲线轨迹 -0返回，而是沿另一曲线 - 下降到 ， 1 理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 H B H B B H H B H B H B a H B H B a a b B m m r 这说明当 下降为零时，变压器铁芯中仍保留一定 的磁性，这种现象称为磁滞， 称为剩磁。将磁场 强度反向，再逐渐增加其强度，直到 ＝- ，磁感 应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁 场强度 。 称为矫顽力。它的大小反映铁磁材料 保持剩磁状态的能力。图１表明，当磁场按 → ０→－ →- →０→ → 次序变化时， 所经历 的相应变化为 → →０→- →- →０→ 。于 是得到一条闭合的 - 曲线，称为磁滞回线。 称 为初始磁化曲线，所谓初始磁化曲线就是变压器铁 芯还没有带磁，第一次使用时的磁化曲线，一旦变 压器铁芯带上磁后，初始磁化曲线就不再存在了。 因此在变压器负载中，变压器铁芯在交变磁场中的 磁化一般都不是按初始磁化曲线来工作的，而是随 着磁场强度 的增加和减小，磁感应强度 将沿着磁 化曲线 变化。当变压器铁芯处在周期性交变 磁场中，铁芯周期性地被磁化，相应的磁滞回线称 为交流磁滞回线，它最能反映在交变磁场作用下变 压器铁芯内部的磁状态变化过程，所以，当变压器 铁芯处于交变磁场中时，它将沿磁滞回线反复被磁 化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消 耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放， 这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗与磁滞回线所围 面积成正比。 H B H H H H H H H H H B B B B B B B H H B abcdefa r c c c m c m c m m r m r m aO 29 技术交流 Bm ０ Br -Hm -Hc B Hc Hm H -Bm -Br a b c d e f 50Hz电源 50Hz 异或门 36KCVCO 压控振荡 分频器 至微处理器 锁相时序脉冲 t3t2t1t0 图1 变压器铁芯起始磁化曲线和磁滞回线 2 解决方案 （1）变压器匝数/伏参数设计时 值取值较高， 造成变压器铁芯容易进入饱和，导致电流波形畸 变，损坏主回路器件。因此，在变压器匝数/伏参数 设计时 值取值应留有适当余量，抵消直流分量造 成的偏磁影响。 （2）运行过程瞬间断电后又上电时，造成上 电时的磁通极性与剩磁极性（固有剩磁和瞬间断电 正在衰减的磁场）产生的“撞磁”，可导致变压器 铁芯进入饱和产生危害性冲击电流。所以变压器负 载上电时必须消除剩磁。 （3）变压器负载中调功/调压装置控制方式通常 选用定周期过零功率控制方式。调功器停止输出， 变压器电流在 时由负→零（见图2），对应变压器 铁芯磁场强度由d→- ，剩磁为- 。下一步调功器 过零输出时应保证从 过零同步点开始输出，这样一 来保证磁场强度沿着- →a， = -（- ）。如从 过零同步点开始输出，这将导致磁场强度从 点反 向磁化，发生磁场的“撞车”。我们通过硬件同步 及软件智能算法确保了变压器铁芯沿着磁化曲线 周期性地被磁化，有效避免“撞磁”造成变 压器铁芯进入饱和产生危害性冲击电流。 B B t B B t B B B B t B abcdefa 1 r r 2 r r 3 r D 图2 周期性触发图 （4）变压器为感性负载，窄脉冲触发不可 靠。调功/调压装置具有脉宽可变直流触发技术，能 提供负载电流到达晶闸管正向偏置的足够时间，确 保消磁时的可靠触发。 我们自行开发设计了HCGY三相调功/调压电力 调整器，依据以上理论与时间的结合，提出一种新颖 有效的控制模式，经实践 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 该装置有效避免了直流 分量对变压器负载的偏磁。主要解决如下几个问题： ①多周波控制策略，进一步减少输出电流的不对称， 将直流分量降到最低。②去剩磁，防“撞磁”控制模 式，使变压器运行的 — 曲线对称，不偏磁。③脉 宽可变直流触发技术确保变压器感性负载可靠触发。 采取的主要措施： （1）移相调压 锁相环同步电路—微处理器—晶闸管模块，组 成一个晶闸管调功系统。锁相环同步电路见图3。 3 方案实施 B H 图3 锁相环同步电路原理图 锁相环同步电路的功能是内部异或门相位比较 器将50Hz同步源与经压控震荡器、抗干扰积分环节 后分频的50Hz反馈信号进行相位比较，产生误差电 压控制压控震荡器。锁相环锁定后，100Hz同步方 波脉冲送至单片机系统和微处理器时钟脉冲及三相 电源同步信号作时序处理，使整个时序与电源保持 准确同步。 快熔端的三相电源电压经J 、J 、J 接线端 子，送光隔电路产生电源同步信号,此信号送至单片 机系统作时序同步基准，并自动完成判别相位、缺 相检测。 4~20mA输入信号经电流变换电路前置放大由 J 端输出0~5V给定电压，或经短路片直接J 端， 或经J 端由用户组合成手动/自动，上限电压限制送 至J 端输入。J 输入信号送单片机系统经A/D变 换、线性化矫正后计算出移相角。 1-1 2-1 3-1 5-3 5-2 5-3 5-2 5-2 30 全国性建材科技期刊——《玻璃》 2010年 第2期 总第221期 当J 、J 接线端子开路时，单片机系统完成 移相调压模式。 单片机系统对输出脉冲智能分配经光隔电路驱 动由J、J、J，输出直流可变宽触发脉冲，驱动高品 质的晶闸管反并联模块，因而能可靠控制感性负载。 装置通过控制移相角来控制输出电压。功能强大的单 片机系统实现退磁过程对输出电压的变化要求。 J 、J 接线端子送入的二相电流反馈信号经电 流变换电路前置放大输出0~5V电流反馈信号送至单 片机系统完成电流闭环控制。 单片机系统还能通过485通讯接口与HCKG-1监 控仪进行通讯，实现多机集中监控。 （2）定周期功率控制 信号转换电路可将各种不同的输入信号转换为 直流电压信号，脉冲宽度调制器受直流电压的调制， 输出的脉冲宽度将有所变化，直流电压高时，输出脉 冲较宽，直流电压低时，输出脉冲较窄，当直流电压 为零时便没有脉冲输出、脉冲的周期也就是周波控制 器的运行周期，本机设计为一个周期4s。零触发器 的作用是在正弦波过零时输出触发脉冲使晶闸管导 通，通过控制晶闸管在一个周期内导通关断的比例达 到调功目的。对于工频50Hz的交流电，一个周期最 多输出200个正弦波，但是零触发器是否输出触发脉 冲还受脉冲宽度调制器输出的脉冲控制，如果控制脉 冲的宽度为50%，那么一个周期内零触发器只发出2 s触发脉冲，晶闸管输出100个正弦波。如果控制脉冲 宽度为10%时零触发器只输出0.4s触发脉冲，晶闸管 只导通20个周波。微处理器智能控制，装置最少输出 ４个正弦波，避免单波输出产生的电流的不对称。 当J 、J ，接线端子短路时，单片机系统完 成定周期过零调功模式。 （1） 重庆瑜琥玻璃有限公司40个区硅碳棒加 12-1 12-2 1 2 3 14 15 12-1 12-2 5 实施案例 热、干式变压器变压输出、HCGY三相调功/调压电 力调整器进行功率控制调节，控制柜现场环境温度 达到52℃，该系统控制运转一切正常，未发现任何 变压器进入磁饱和状态，未损坏任何一个元器件， 包括熔断器、晶闸管、阻容保护、触发板等，项目 运行一次通过验收。 （2）中玻集团东台一线项目，39个区硅碳棒加 热、干式变压器变压输出、HCGY三相调功/调压电力 调整器进行功率控制调节，控制柜现场电压极其不 稳定，调试阶段电压最高为431V，该系统控制运转 一切正常，未发现任何变压器进入磁饱和状态，未 损坏任何一个元器件，包括熔断器、晶闸管、阻容 保护、触发板等，项目运行顺利通过验收。 经过理论、试验、实践所产生的HCGY三相调 功/调压电力调整器的技术是先进的，可以避免在感 性负载中产生的各种不良现象，如熔断器烧损、触 发板烧损、阴容保护烧损、变压器烧损等。使用稳 定可靠，可在各种电加热控制设备上得到应用。 6 结 论 Discussion on the Control of Inductive Load of Transformer Yao Guanming Wang Mi Wang Jian 1. 201101 2. 066001 The technique involves alternating-current power- and voltage-regulation devices of power supply with three-phase industrial frequency . This technique can be used for reducing the direct-current output component, ensuring the running of transformer load below the designed intensity of magnetic flux B, preventing the DC component from magnetic bias of the transformer load and guaranteeing the regular service of the transformer load. Some embodiments of the technique were presented. transformer, inductive load, zero trigger direct- current output component, magnetic saturation counterpotential 1 1 2， ， （ ， ， ； ， ， ） Sahnghai Wei-sheng electronic appliance Co. Ltd. Shanghai Qinhuangdao glass industry research & design institute Qinhuangdao Abstract : Key words : ， ，