浅析磁调变压器.doc

浅析磁调变的控制原理浅析磁调变压器的控制原理氟聚厂 郑虹 【摘 要】简述了磁调变压器的型号、特点、结构、控制原理，以及设计、使用上需要注意的一些问题。磁性调压器又名可控变压器（以下简称磁调），是一种没有机械传动，无触点的调压器，可以在带负载的情况下通过改变直流电流进行平滑无级调压，具有优良的无级调压特性。目前已广泛应用于盐浴炉、真空炉、单晶炉、电渣重熔炉、钨钼垂熔炉、化学裂解以及电镀等冶金、机械、化工、医药、轻工、玻璃、硅酸铝等各种电加热系统。我厂8套单体裂解反应装置中，均采用了这一控制设备。为更好地发挥设备的功能和加强对设备的管理，结合磁调变压器的型号、结构、控制原理等基本知识对磁调变压器作些简单的介绍。1 磁调控制箱氟聚厂使用的是KWC型磁调控制箱，这是一种以磁性调压器为执行器的自动调节的控制器。该控制箱具有以下特点：1.1.1该控制箱操作简单，维护方便，无噪声，在使用过程中，可采用手动、自动的控制方式，具有恒温、稳压、稳流、PID控制、模糊控制、可编程控制等各种功能。1.1.2控制箱可远离炉体及磁调安装，便于集中控制，有利于改善车间环境和操作条件，控制箱结构设计合理，美观大方。1.1.3电路设计新颖、可靠性高，并具有高灵敏的过流保护，现场安装后可按照说明书规定直接开机使用。1.2控制箱型号含义由于磁性调器使用范围较广，各行业的工艺要求不同，控制箱的型号、功能也有差异，现将型号说明如下，用户订货可以参考如下型号，特殊规格可另加说明。1.2.1型号含义如下： 1.2.2例：1.2.2.1 KWC-011无主回路三位式有XWBJ-101记录仪一单元控制箱（该控制箱一般为盐浴炉用）。1.2.2.2. KWC-0303无主回路程序式三单元控制箱（该控制箱一般为化工裂解炉用）。1.2.2.3如用户需特殊要求，而本型号未列入的，订货时可提出非标设计。1.3技术参数及使用环境：1.3.1电源电压：AC：220V，50Hz1.3.2输出电压：DC：0-120V1.3.3输出电流：DC5，10，15，20，40，60A等档（根据磁调容量而定）。1.3.4触发单元的控制信号为4-20mA，连续PID的调节方法。1.3.5由于仪表PID参数有差异，仅列部分仪表PID参数供参考。仪表型号比例带（P）积分时间（I）微分时间（D）XMTA-69010-40%1-1200s0-300sFP-210.1-999.9%1-6000s0-3600sFCD-130.1-999.9%0-3600s0-3600sXWCJ-4002-200%0.1-21m0-10m1.3.6配套磁性调压器规格：型号额定容量KVA两级电压V输出电压V输出电流A最大直流控制电流A最大直流控制功率WTDJH63/0.563380535770180090010850TDJH80/0.58038053577022801140151100TDJH100/0.510038053577028601430201880TDJH200/0.52003805355720202250TSJH80/0.5803相3803相530517.51541264281150TSJH100/0.51003相3803相530517.519263303101250说明：表中所列仅为常用磁调。输出电压可根据用户需要变更。1.3.7测量控温范围：（特殊规格可另订）序号测量元件名称分度号测量范围1镍铬镍铜E0-3000-4000-6000-800（0-1000）2镍铬镍硅K0-3000-6000-8000-1000（-200-1300）3铂铑铂S0-1600（0-1760）4铂铑铂铑B50-1800700-1800（0-1820）5WFT202幅射感温器F20-3000-4000-6000-800（0-1000）6钨铼W/Re5-26（0-2315）1.3.8工作环境：温度45，相对温度小于85%，无震动无腐蚀性气体的场所都能使用。1.3.9机箱外形尺寸：6304301600（mm）自动调节电压 6104001300（mm）手动调节，不带记录。1.4控制箱接线。(以单相为最基本接线为例)2磁调变压器2.1磁调变压器的基本原理：磁性调压器作为最重要的执行元件，其的结构类似一般变压器，基本是由变压器及饱和电抗器两部分组合而成为一体的结构。简单地说，可把调压器看作一个与负载串联的可变电抗器。当直流控制电流为零时，铁心不饱和，其导磁率很大，此时电抗值也为最大，电源电压大部分降在电抗器的工作绕组上，负载上的压降最小；当直流控制电流加大时，铁心饱和程度加大，导磁率减小，电抗值相应变小，此时，电抗器工作绕组上的压降最小，而负载电压为最大，从而达到调节负载电压的目的。2.2磁调变压器的型号简介：2.3磁调变的绕组联结图(以单相磁调变为例)：（B为磁调的变压器部分）2.4磁调变压器的特性曲线磁调的调压特性、短路特性、负载外特性应近似平滑，曲线形状分别如图2、图3、图4所示。由于磁性调压器中，包含有电抗器的作用，电抗绕组具有限流作用，因而可获得较好的下坠外特性。3电气原理3.1系统控制方框如下：3.2磁调主回路原理（见：附图1）220V、50Hz的U、N交流电源进线直接接入1QS的上桩头。1QS合闸后，一路引入整流变压器T1的一次绕组，另一路供给控制电路。整流变压器下的二次绕组经空气开关2QS和交流接触器1KM、半控桥形成可调直接回路。T1的次级一般有4组抽头，用户可以根据不同工艺需要调节抽头，以控制绕组的上限电流的大小。交流接触器1KM作为通断电流用，分别由1SB、2SB按钮控制1KM的吸合与断开，1HL、2HL分别指示1KM的吸合、断开状态。3.3磁调控制回路可控硅调压原理（见：附图2）磁调可控硅调压回路由整流变压器T1、半控整流桥、PAC15P触发板、测温仪表（带PID或智能可编程仪表）用相应的控制、保护、指示等元件组成。在手动时，可调节电位器近RP（如温控仪表带有手动操作功能，若无RP，可直接操作仪表手动功能），使输出在4-20mA范围内变化，PAC触发板就相应地改变触发脉冲的相位，从而改变半控桥可控硅的导通角，改变输出电压的大小，其值Vd=0.9V2(1+COS2a)/2，这时输出电压、电流的乘积就是磁调控制绕组的控制功率。它通过控制磁调二次电压、电流的变化，从而达到调整负载工作电流、功率的大小，即达到无级调节电压、电流的目的。当置于“自动”状态时，负载磁调与控制箱组成一个闭环系统，当负载或电压、电流与给定值存在偏差时，PID调节输出4-20mA的变化信号，触发器的移相角相应变化，半控桥输出跟随变化，改变了磁调控制绕组控制电流从而使磁调二次输出发生变化，使负载或电压、电流值在设定处保持平衡。3.4 5PAC15P触发器的工作原理该元件是日本岛电公司的单相晶闸管调压器控制主板，并与输出信号4-20mA的智能PID调节器配套。核心电路由岛电专用厚膜电路SIC1005、运算放大器、脉冲变压器等单元组成。用户使用时，可接入希曼顿MTX系列单相晶闸管反并联模块，主要用于单相交流纯阻负载或变压器原边控制，具有触发可靠、工作稳定、使用灵活等优点。触发板上已标有全部输入/输出端子的符号，其中C1-C2端子接的是仪表4-20mA控制输出，RA-T2为单相220V交流电源输入，开关S1为50电流Hz/60Hz频率选择，端子R1、R2、R3及M端外接电位器。参照不同的连接方式可自由组成下述几种控制方式：直接方式：R2-R3短路，输出电压直接随输入的4-20mA信号变化。直接加限幅方式：输出除随输入信号改变的同时，还可通过R1、R2、M端外接电位器限制最大的电压输出。例如：由外部电位器缓慢调整到全输出，作为变压器控制时的缓起动，避免过大的冲击电流或减小加热器设计功率过大等问题。限幅加手动方式：可在R1、R2、R3端接入两个10K电位器，并且R2端串入切换开关，实现自动带限幅和手动调节输出的切换。此外，限幅可取消，成为手动切换。如下为触发器的输出示意图和接线图3.5保护元件为提高运行的保护可靠性，在线路中有二级交流过流保护（1QS、2QS）及一级直流保护。为了进一步保护可控硅，还装有1R、1C浪涌吸收装置和2R、2C、3R、3C换向阻容保护，使整机保护灵敏、可靠。4磁调使用注意事项4.1磁调的主电源线、控制电源结(N、U)应根据磁调的容量及控制绕组的电流来选取，但控制箱的电源线及接至磁调控制绕组的电源线不能小于1.5mm2。4.2磁调的外壳、控制箱的外壳、控制端的L-必须可靠接地，且接地线必须4 mm2。如不可靠接地，磁调的控制绕组可能产生高压，且会引入控制箱内造成危险。4.3如直流输出电流和磁调直流电流标称的额定电流相关较大，在确定触发信号无误的情况下，可调整整流变压器T1的二次抽头，使直流电流的最大值和额定值接近。(提醒：在功率满足的要求之下，T1的次级应尽可能用较低一级的抽头，以提高控制精度)。4.4控制负载电阻，充分发挥磁调变功率。(以我厂磁调变为例)型 号容 量额定输入电压额定输入电流额定输出电压额定输出电流直流控制电流直流控制功率绝缘等级相 位TDH-90/0.590KW380V265A2-36V2500A20A1020WA单 相/50Hz/ONAN由以上参数可计算出额定负载电阻Re=36/2500=0.0144。10%Re范围为：0.01296-0.01584，在此范围内方可充分发挥磁调变压器的功率。因此接到负载上去的联接铜排，应尽可能短一些(但是不能影响调压器的散热)，两铜排之间要靠拢一些，以减少铜排上的阻抗压降。5故障分析：5.1半控桥无输出 检查：2QS，1KM电源是否到半控桥 触发板电源及触发脉冲是否正常用示波器检查可控硅触发脉冲和电源是否同步，如不同步，整流变压器下电源线对调。 5.2半控桥电流很大，