三相晶閘管調整器在HTS加熱器自動恒溫控制中的應用

劉亞濤 薛文利 王文渤

(1.蘭州寰球工程公司,蘭州 730060；2.蘭州石化公司員工職業教育學院,蘭州 730060)

晶閘管調整器是目前工業中實現小電流控制大電流，小功率控制大功率的電子器件。主要用于各種電加熱裝置(如：電熱工業窯爐、電熱干燥機、電熱油爐以及各種反應罐釜的電加熱裝置)的加熱功率調整，既可以手動調整，又可以和電動調節儀表、智能調節儀表、PLC、DCS和計算機控制系統配合，實現對加熱溫度的恒值或程序控制。HTS加熱器是丙烯酸裝置廢氣焚燒爐中常用的一種加熱器，一般靠電能作為能源。HTS加熱器的自動控制要求是用DCS自動發出的微小的控制信號直接控制大電流負載。

1 HTS加熱器自動恒溫控制柜要求①

HTS加熱器的自動恒溫控制柜電壓為380V(三相，頻率50Hz)，采用三角形接法。控制方式要求用儀表控制室DCS自動調節控制；調壓范圍0～380V，輸出電流0～700A。

HTS加熱器技術要求電壓380V(三相，頻率50Hz)，三角形接法，功率500kW。

2 三相晶閘管調整器

2.1 晶閘管的工作原理

晶閘管就是硅晶體閘流管的簡稱，晶閘管的內部有一個由硅半導體材料做成的管芯。管芯是一個圓形薄片，它是四層(P、N、P、N)三端(A、K、G)的電子器件。晶閘管的特性有：

a. 當晶閘管承受反向陽極電壓時，無論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關斷狀態；

b. 當晶閘管承受正向陽極電壓時，并且僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通；

c. 晶閘管一旦導通，門極失去控制作用，即不論門極是正還是負，晶閘管保持導通，故導通的控制信號只需正向脈沖電壓(觸發脈沖)即可；

d. 要使晶閘管關斷，必需去掉陽極正向電壓，或者給陽極加反壓，或者降低正向陽極電壓，使通過晶閘管的電流降低到一定數值下；

e. 當門極未加觸發電壓時，晶閘管具有正向阻斷能力，它是一般二極管不具備的。

2.2 單相晶閘管調整器

單相晶閘管調整器的正弦波形如圖1所示，可以看出：α為單相移相脈沖的移相角，β為導通角。當電源電壓正半周、負半周以同樣的α移相角觸發時，負載電壓的有效值可以隨α角而改變，實現交流調壓。單相交流調壓器對電阻性負載，α的范圍為：0°≤α≤180°。

圖1 單相晶閘管調整器的正弦波圖形

2.3 三相晶閘管調整器

晶閘管調整器主要組成:晶閘管調整器(SCR)模塊、智能觸發控制回路、380V變壓器、專用互感器和散熱風扇。三相晶閘管調整器既能移相調壓，也能變周期過零調功。

變周期過零調功方式只適用于純阻性負載，但其優點是對電網無干擾，能提高電網功率因數，節能效果明顯。

移相調壓方式調節精細，應用廣泛，不僅可用于純阻性負載，還可用于感性負載。缺點是移相調壓型的波形被截斷，因此會出現諧波，對電網的波形影響較大，可能干擾某些精密電子儀器或電子裝置的正常工作，因此需增加分流濾波器。分流濾波器即諧波抑制器，它對移相調壓器產生的高次諧波具有有效抑制作用，從而改善電網的波形。

三相晶閘管調整器開路且負載端有電壓時,輸出端會有一定的漏電流，在使用或設計時應注意。

3 自動恒溫控制柜

由于本次負載是純阻性三相負載，并且負載為三角形接法，因此三相移相脈沖的移相角的α角的范圍為：0°≤α<150°。主要由晶閘管調整器組成的HTS加熱器的自動恒溫控制器的框圖如圖2所示。

圖2 HTS加熱器自動恒溫控制框圖

圖2的控溫對象為電加熱焚燒爐，DBW為溫度變送器，4～20mA對應溫度范圍0～1 000 ℃。AL1為智能數字式PID調節儀，偏差值經PID運算后作為調節值再傳給三相晶閘管調整器(SCR)，以控制負載電壓，使焚燒爐的爐溫控制在要求的范圍內。SA為轉換開關。FU代表快熔，對三相晶閘管調整器進行保護。分流濾波器對諧波進行治理，減少對電網的污染。散熱器對電子元器件產生的熱量及時排出，保證電子元器件不因為過熱而擊穿。

筆者在丙烯酸裝置現場回訪，夏天時柜內溫度達45℃，許多柜子打開門運行。只靠自然通風和柜內風扇，不能滿足使柜內的熱量及時排出的要求。因此還需在該柜安裝的房間內設空調來保證柜內元器件在炎熱天氣時的正常運行。

DBW相當于電腦的顯示器，可以看到爐溫的大小；AL1相當于電腦處理器，對接收到的數據進行分析、判斷和推理，最終決定應該如何調節；SCR相當于鍵盤，即執行機構，能控制負載電壓的高低，用來執行AL1輸出的命令。

通過自動恒溫控制柜，可以及時地監測爐溫，并通過將焚燒爐內的溫度和焚燒爐出口溫度反饋到恒溫控制柜，進行PID計算，達到自動控制調節爐溫的目的。

4 結束語

目前三相晶閘管調整器廣泛應用于工業領域的電壓、電流和功率的調節。尤其在自動控制恒溫加熱器方面的應用取得了一定的成果。將為整個工業領域提供更智能化、更精準的溫度控制，滿足現代工業自動化方面精準、及時的要求。