電加熱系統(tǒng)在浮法玻璃錫槽中的分析與應(yīng)用

賀杰鋒

（河北南玻玻璃有限公司，河北 廊坊 065600）

在浮法玻璃生產(chǎn)線中，成型工段是玻璃生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，這環(huán)節(jié)中，電加熱系統(tǒng)是一重要設(shè)備，因?yàn)樵诳惧a槽過(guò)程中，電加熱系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著關(guān)鍵的角色，在生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)工藝的要求需維持錫槽內(nèi)溫度高低的變化，也需要使用電加熱。所以說(shuō)，錫槽電加熱系統(tǒng)是玻璃成型所不可缺少的重要組成部分。錫槽電加熱系統(tǒng)主要由調(diào)功器、變壓器、硅碳棒等組成。

1 調(diào)功器

調(diào)功器根據(jù)觸發(fā)方式可分移相型和過(guò)零型兩種。

移相型：用可控硅器件在電壓達(dá)到特定值才導(dǎo)通，調(diào)節(jié)起始導(dǎo)通電壓（相位），就可調(diào)整功率。移相觸發(fā)的主要缺點(diǎn)是容易造成電源電壓波形畸變和高頻電磁波輻射干擾，大觸發(fā)延遲角運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)較低。

過(guò)零型：在電壓為零時(shí)開(kāi)啟或關(guān)斷可控硅，調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間的比例，就可調(diào)整功率。過(guò)零觸發(fā)的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)通斷比太小時(shí)會(huì)出現(xiàn)低頻干擾，當(dāng)電網(wǎng)容量不夠大時(shí)會(huì)出現(xiàn)照明閃爍、電表指針抖動(dòng)等現(xiàn)象，通常只適用于熱慣性較大的電熱負(fù)載。過(guò)零型比調(diào)相型調(diào)整范圍寬、對(duì)外干擾小。

圖1 移相觸發(fā)與過(guò)零觸發(fā)波形圖

如圖1，如果是在剛剛過(guò)紅色箭頭處觸發(fā)，則為過(guò)零觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)起始點(diǎn)之后的幾乎整個(gè)半波是全導(dǎo)通的狀態(tài)。如果是在其它時(shí)間觸發(fā)，如圖中A處，則為移相觸發(fā)，此次觸發(fā)的電源有效范圍是從觸發(fā)起到下次零點(diǎn)前的那一部分即圖中A處半波的陰影范圍。

由于過(guò)零觸發(fā)電流沖擊小、調(diào)整范圍廣、對(duì)外干擾小，所以錫槽電加熱控制中被廣泛應(yīng)用。而調(diào)功器中最關(guān)鍵的元件就是可控硅，可控硅全稱為可控硅整流元件，又稱為晶閘管?？煽毓梵w積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)，可起到整流、逆變、變頻、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等多種作用，因此現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備中，如變頻器、整流器等等。同時(shí)它在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動(dòng)系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎在高度自動(dòng)化發(fā)展的今天隨處可見(jiàn)?？煽毓枵{(diào)功器是一種以可控硅（電力電子功率器件）為基礎(chǔ)，以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制電器，簡(jiǎn)稱可控硅調(diào)功器，具有效率高、無(wú)機(jī)械噪聲和磨損、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。調(diào)功器由觸發(fā)板、專用散熱器、風(fēng)機(jī)、外殼等組成。通過(guò)對(duì)電壓、電流和功率的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)精密控溫。在錫槽加熱過(guò)程中，通過(guò)給定4～20mA型號(hào)或使用Profibus總線通訊等方式來(lái)給定信號(hào)，控制錫槽內(nèi)溫度的變化。

2 變壓器

錫槽電加熱變壓器是非標(biāo)特殊用途變壓器，專用于玻璃生產(chǎn)線錫槽，設(shè)計(jì)時(shí)是按照錫槽硅碳棒加熱分區(qū)功率值，進(jìn)行一對(duì)一設(shè)計(jì)、制作，不可用其他用途變壓器代替。錫槽電加熱變壓器不是普通的三相整流變壓器，是三相調(diào)功變壓器，三相過(guò)零觸發(fā)調(diào)功器接入變壓器原邊。技術(shù)要求如下。

（1）變壓器原邊電壓絕緣等級(jí)500V，原邊電壓：3相380V±10%，50Hz。

（2）變壓器抽頭位置：初級(jí)抽頭1檔△ /△ 380/60V、2檔△ /△ 380/75V、3檔△/△380/90V，所有變壓器均為△/△接法，接法改為△/Y后，變比為380V/104V。

錫槽變壓器要選擇四檔的原因在于在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，隨著時(shí)間推移錫槽硅碳棒也在不斷的老化，熱效率也不斷的降低，由此給錫槽帶來(lái)的熱量也就越來(lái)越低。但是由于錫槽又是一個(gè)密封的空間，更換老化的硅碳棒幾乎是不可能的事情，除非是停產(chǎn)冷修。為了減少投資，延長(zhǎng)錫槽的使用壽命，為此我們可以通過(guò)提高變壓器二次側(cè)電壓來(lái)提高熱量，保證工藝使用需要。但是切記不要輕易提高變壓器二次側(cè)的檔位，因?yàn)闄n位越高也會(huì)加速硅碳棒的老化，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求，慎重的進(jìn)行調(diào)整。

（3）變壓器底座需帶良好的減震裝置，目的是防止變壓器通電時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)影響錫槽錫液面波動(dòng)（減震膠皮厚度大于30mm）。

（4）絕緣耐熱等級(jí)H級(jí)：符合錫槽高溫環(huán)境要求，變壓器出線初次級(jí)均為下出線，方便接線。磁感應(yīng)強(qiáng)度小于1.4特斯拉（調(diào)功器要求）。

（5）外觀：H級(jí)絕緣材料，耐熱溫度185℃。涂層光亮，平整，無(wú)氣泡，無(wú)破損，附著力強(qiáng)，富有彈性，可經(jīng)受變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行，性能穩(wěn)定，對(duì)變壓器鐵芯起到保護(hù)作用。工作環(huán)境溫度95℃（長(zhǎng)期）。

（6）銘牌為金屬銘牌，產(chǎn)品型號(hào)、出廠編號(hào)、額定容量、耐熱等級(jí)、冷卻方式、輸入電壓電流、重量、制造日期及初、次級(jí)接法等相關(guān)內(nèi)容在銘牌上反映清楚。

（7）半封閉金屬保護(hù)罩，以便充分散熱。防護(hù)等級(jí)：IP20。

（8）變壓器的常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目：繞組絕緣電阻測(cè)量；絕緣直流電阻測(cè)量；工頻耐壓試驗(yàn)；連繞組別測(cè)驗(yàn)；變壓器測(cè)量；空載電流和空載損耗測(cè)量；短路阻抗和負(fù)載損耗測(cè)量；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)?？蛰d試驗(yàn)，三相平衡電流±5A以內(nèi)；不得有溫升。

（9）變壓器功率的選擇。如圖2中電加熱1區(qū)功率105kW；變壓器功率為105×1.4（安全系數(shù)）=147,則變壓器的選型為150kVA。

（10）電纜選擇。因錫槽環(huán)境溫度極高，普通電纜根本無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境，則電纜應(yīng)選擇耐高溫的YGC硅橡膠電纜。電纜的大小應(yīng)根據(jù)一次側(cè)電 流 105000÷380÷1.732≈ 160A， 則電纜應(yīng)采用3×120mm2方可滿足。

圖2 電加熱配電系統(tǒng)圖

二次側(cè)電流（按變壓器輸出60V檔運(yùn)行，分別給2組硅碳棒供電）105000÷60÷1.732≈1010A，則電纜應(yīng)采用2×[3×（2×95）］mm2方可滿足。

應(yīng)注意，變壓器出線端一般均采用銅制高溫電纜，而硅碳棒是鋁頭連接，這就產(chǎn)生了銅和鋁連接的問(wèn)題，因?yàn)檫@是兩種不同化學(xué)性質(zhì)的金屬材料。長(zhǎng)期暴露在高溫空氣中，加之電流不斷流通，使得銅鋁兩種材料的接觸面產(chǎn)生電解反應(yīng)，出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。隨著時(shí)間的推移，兩種材質(zhì)間的接觸面電阻越來(lái)越大，最終會(huì)導(dǎo)致不能接通，或者是接觸不良，使得整個(gè)加熱系統(tǒng)無(wú)法正常工作。同時(shí)，電阻的不斷增大，加之大電流流過(guò)，接頭處就會(huì)發(fā)熱燒紅，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起火災(zāi)。所以在銅線和鋁線連接處，必須使用專用的銅鋁過(guò)渡端子。

3 硅碳棒

目前國(guó)內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)線使用的錫槽電加熱系統(tǒng)均采用硅碳棒電加熱，硅碳棒電熱元件是以碳化硅為主要原材料，經(jīng)過(guò)一定的成型工藝，通過(guò)2000℃以上的高溫?zé)Y(jié)而制作而成的一種非金屬電熱元件。硅碳棒將電能轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程與金屬電阻絲的發(fā)熱有本質(zhì)的區(qū)別。硅碳棒在通電發(fā)熱過(guò)程中，其電阻率隨著溫度的不同而呈非線性變化。在室溫至800℃（國(guó)產(chǎn)硅碳棒），隨著溫度的升高電阻率迅速減小，在800℃時(shí)達(dá)到最低值，隨著溫度進(jìn)一步升高，其電阻率開(kāi)始增大，并且增加的幅度愈來(lái)愈高。硅碳棒的最高使用溫度不能超過(guò)1450℃，使用溫度超過(guò)此值硅碳棒將快速老化，使用壽命將受到嚴(yán)重影響。硅碳棒在使用過(guò)程中電阻值將緩慢增大，當(dāng)其電阻值增大到開(kāi)始使用時(shí)阻值的四倍時(shí)，硅碳棒壽命終結(jié)。所以在采用硅碳棒元器件加熱時(shí)，一定要詳細(xì)了解硅碳棒的本身性質(zhì)及使用性能。硅碳棒特點(diǎn)有使用溫度高，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、升溫快、壽命長(zhǎng)、高溫變形小、安裝維修方便等特點(diǎn)，且有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在高溫下硅碳棒會(huì)緩慢氧化，為了防止氧化，錫槽內(nèi)通常都會(huì)通入保護(hù)氣體氮?dú)夂蜌錃猓匾囊彩菫榱朔乐瑰a槽氧化。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的浮法玻璃生產(chǎn)線錫槽電加熱系統(tǒng)從發(fā)展至今不斷的創(chuàng)新、升級(jí)、提高，通過(guò)以上加熱系統(tǒng)三大部件的分析、概括、總結(jié)，錫槽電加熱應(yīng)不斷推陳出新，適應(yīng)新的發(fā)展。

[1] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[J].2015，(11).

[2] 肖明 .變壓器的應(yīng)用 [J].2013，(3).