3.1.1　可控硅+隔离变压器

    其原理见图3.1.1，一般为单相控制，用于硅碳棒热元件或浸入式电极均可，若用于三相，既可用三个单相变压器各自独立调节，也可用一个三相可控硅控制系统带一个三相变压器。其优点为设备轻便，价格便宜。可控硅多使用调功器的过零（间断式全波）触发。但在浸入式电极中不常用，因为短促而高幅的一组组正弦波易使电极表面产生气泡。在钼电极或氧化锡电极的输电系统中，尽量采取连续的交流波加热。

    该方案在用于浸入式电极时要注意：

(1）由于其输出波形仍有少许间断，其前沿为突跳状,所以应加整形设备，例如电抗器，以使波形较为平缓，同时亦较为连续。

图3.1.2  单相磁性调压器接线原理图

(2)由于可控硅元件的离散度而可能使变压器二次侧上下波形不对称，由此产生的直流分量既可能导致电解而产生气泡，还可能加速电极的侵蚀。所以一般应在变压器二次侧辅加直流成分检测装置，并将信号反馈给控制装置。  

3.1.2　可控硅+磁性调压器

    （1）可控硅+磁性调压器工作原理：单相、三相磁性调压器都是一种没有机械传动无触点的调压器，可以带负载平滑无级调压，电压的调节是一由直流励磁来控制的，可以开环手控，也可以按不同的信号实现闭环自控，它是自动控制系统中一种新型的执行元件。

    如图3.1.2单相磁性调压器是饱和电抗器与变压器的有机结合，它是通过直流控制、直流改变电抗器铁芯的磁导率来调节的，其结构类似于一般电力变压器，主要是由铁芯、线圈(变压器初、次线圈B1B2各两个，饱和电抗器工作线圈G及直流控制线圈K各二个)两部分组成。如图3.1.3三相磁性调压器是由饱和电抗器和变压器两部分组成，原理类似于单相磁性调压器。其结构上部是一个三相变压器，下部采用六只铁芯式饱和电抗器。磁性调压器兼有变压和调压作用，它主要用于高压输入、低压大电流输出的调压场合，由于它又具有理想的下坠外特性，因此，它可以用作恒流负载电源，对那些负载容易短路的场合尤为适用。

    直流线圈的直流电流，可以利用接触调压器通过桥式整流获得，也可用可控硅整流器获得，并可实现自动控制。图3.1.4为单相、三相磁性调压器自动控温的典型方框图。

    （2）磁性调压器或饱和电抗器加变压器的方案见图3.1.5。由图3.1.5可知，它的调压原理就是控制可变电抗值的XL值。由于玻璃液是电阻性负载，通过隔离变压器折算后仍为电阻性负载，所以，其等效电路如图3.1.6。变压器上分得的电压为: U2=U1，通过逐渐加大电抗器直流绕组的电流可使电抗器接近饱和，即XL→O，此时变压器输出电压最高。显然，当直流绕组的电流为零时，变压器输出电压最低。并且通过上式可知，变压器电压的调节是非线性的,不过在电加热料道中,这不会给使用带来不便。

图3.1.6 磁性调压器等效电路

由于玻璃熔液的电阻随温度升高而减小，因而在变压器和电极之间连接磁饱和电抗器是合理的。磁饱和电抗器起稳定电极间电流的作用。当磁饱和电抗器与电极串连时：I=，电极间放出的功率I2R变为：P=R，当电极的电流升高(例如由于熔化温度增高)则磁饱和电抗器上的压降(XI)增加，从而电极间的电压减小。但是在电极间使用磁饱和电抗器反过来会影响cosφ，所以可选用带有很多控制级段的变压器，它可实现较为精细的电压控制。具有抽头的变压器与磁饱和电抗器串连也可用作交流电的电压控制。各个变压器初级电压由饱和电抗器控制，即加到各个变压器初级绕组的电压通过选择饱和电抗器的控制电流来调节，手动或自动控制均可。

（3）磁性调压器在选择和使用中应注意以下几点:①其标称额定功率应比设计功率大10%,即必须考虑电抗的压降。②磁性调压器一经送电，即有一个较低电压(空载时，这个电压接近额定电压)，并产生一个初时功率。对初时功率的设计要求将影响到制造成本，初时功率愈小，则造价愈高；反之则低。所以，凡使用磁调器的电加热料道，应针对工艺要求，预选确定每一区(或组)电极的最低功率，再折算出最低起调电压。③由于磁调器中使用了电抗器，其输出波形将不是标准正弦波，不过，虽有畸变，但上下波形对称，与移相可控硅相比，其波形从工艺角度看，属无风险方案。④图3.1.5中方案是手控方案,如将接触式调压(一般小于1 k VA)改为移相式可控硅进行调压,则可以很方便地实现自动控制。⑤磁调器输出电压与控制电压相比，有数秒钟的滞后时间，在进行自动调节时，其控制单元应有较大的积分环节。⑥与可控硅方案相比，磁调器成本高，占地大，但可靠性高，维修量极低，很适合玻璃厂的粉尘较大、温度较高的环境。

    磁性调压器的优点是波形虽有畸变，但连续，能连续调压并可配上任何方式的自调，设备故障率极低，在炉龄期内不需检修；不足之处是成本高、笨重、占地面积大。从减小设计风险角度上看，使用这类设备较好。

3.1.3　感应调压器+隔离变压器

    图3.1.7所示的是简单的三相感应变压器。感应调压器+隔离变压器这种形式的可控交流电压供电装置作为玻璃电熔化的电源，它的效率比抽头变压器稍低，但是它的****优点则是具有连续调节电压的可能性，并因此可应用最简单的自动控制系统。为了与电熔窑配合使用，常采用双绕组，它在调节电压时如同单绕组一样，不会改变相位。

    绕组的两个输出端引出接到接线端板上，这样只要利用外部接线就能像自耦变压器一样连接双绕组感应变压器，如图3.1.9。

    如果将感应变压器的次级绕组分开，作为三个带有相同电流负载的独立相电压的电源用，这时可以接成三种接法：①当次级绕组如图3.1.8中 “III”所示的接法。此时变压器 U输出=U次级 和 I输出=I次级  ②当次级绕组如图3.1.8中所示的Y形连接时，此时变压器U输出=U次级和I输出=I次级  ③当次级绕组如图3.1.8中所示的Δ型连接时，此时变压器U输出=U次级和I输出=I次级。

    感应调压器配隔离变压器的方式现在很少采用。某厂曾用过如图3.1.10的方案。该方案虽可使电压从零伏调起，但调压器容量需大于变压器容量，由于设计原理所限，调压器功率因素总是小于变压器，所以被迫使用大量昂贵的补偿电容，成本加大且电容本身又要耗散部分有功功率。例如：从熔化工艺角度看，电助熔设备并不需要投入过低的功率，如日出料为15吨的小型硼硅玻璃电助熔窑炉中，运行中投入300kW以下几乎没有意义。所以将其输电系统改为基础变压器+可调变压器的方案。

   3.1.4　抽头变压器

　　绕组具有抽头的变压器是用在玻璃电熔中最简单的供电电源。抽头的三相变压器通常使用初级边绕组抽头，因为初级边允许采用额定电流较低的抽头换接开关。由于变压器抽头几乎常在无载状态下换接，因而可利用小型开关并且避免了触头烧毁。初级绕组的电压要适合电源电压，同时它的抽头选择要保证初级边在每步换接时有3～6伏的电压余量。次级边的电压取决于玻璃液的电阻率和电极间的距离。

　　初级和次级绕组可能使用的各种重要连接方法见图3.1.11。I初级绕组的连接图  （A）星形连接；（B）三角形连接；Ⅱ次级绕组的连接图（a）单星形连接；（b）单三角形连接；（c）断开的三个单线圈；（d）每相两个线圈串联、三相星接；（e）每相两个线圈并联、三相星接；（f）每相两个线圈串联、三相角接；（g）每相两个线圈并联、三相角接；（h）每相两个线圈串联、各相断开。通过连接线圈中点，可得六相变压器，使三相变压器的各个铁芯上的次级线圈都有引到外面端子的接头。最好使用由两个带有全部引出接头线圈组成的次级绕组，这些线圈既可串接也可并接，这样在次级边就能获得加倍的电压档数。如果要获得使用精细的电压控制级段，三相变压器可如图3.1.12所示连接。利用自耦变压器或辅助变压器同主变压器串连来控制变压器各级间的电压。串连自耦变压器或辅助变压器的额定功率仅需主变压器功率的很小部分，例如，若级间电压为变压器的全电压的5%，则串连的自耦变压器或感应电压控制器的额定功率仅需主变压器功率的5%。

目前广泛采用的有非载荷抽头调节变压器和采用载荷抽头调节变压器。

（1）目前应用最广泛的地方是采用非载荷抽头调节变压器，因为它可能是******的，变压器开关脱开后，改变抽头以提高或减小次级电压。在大多数情况下，还必须关掉电源2～3分钟，这点不足以引起熔窑操作的波动。次级电压不是按级减增，所以采用这种方法没有辅助设备就不可能精确地控制输入电压，自动化控制也是不可能的。

 （2）采用载荷抽头调节变压器，它无须关掉电源，就能不连续的分级调节改变次级电压。有可能采用自动化控制，但非常有限。这不可能精确地控制输入电压，但如果次级众多而增量又小的话，采用自动控制效果相当好。

3.1.5　T形变压器

   由于单相供电可能会造成整个三相电网的不平衡，使电网中性点飘移，功率因素下降，采用T形斯柯特（SCOTT）变压器供电是一种有效的方法，它可由三相电网变为二相电源。

（1）斯柯特（SCOTT）变压器的工作原理。两台普通的单相变压器，它们的一次线圈所用的导线一样，但一台的匝数为W1，且备有中间抽头；另一台的匝数为0.866 W1，它们的二次线圈所用的导线也一样，并且匝数均为W 2。把两台单相变压器按图3.1.13连接起来，然后把一次线圈接到三相电源上，两个二次线圈就产生相相差90度的两相平衡电压，这种接线方法形成的变压器就是T形接线变压器。根据电压向量图3.1.14，加在匝数为W1变压器上的电压等于三相的线电压UBC，加在另一台单相变压器上的三相电压等于三相电网线电压的0.866倍，二次线圈感应电势分别为Ubc和Uax，它们大小相等，方向相差90度，Ubc=jUax。

   T形接线的磁调就是在此基础上，结合磁性调压器的电压调整原理而形成的。通常把前一台叫主位变压器，另一台叫T位变压器，分别在主位变压器和T位变压器铁芯旁辅以两个可以饱和的辅助铁芯，如图3.1.15，在辅助铁芯上绕上可以调节铁芯饱和程度交流控制线圈。

   由于两个辅助铁芯的作用，通过调节直流控制电流改变辅助铁芯的饱和程度，调节反馈线圈的阻抗，从而调整负载电压压降，当两组直流线圈并在一起时可以同时调节，当其中一台直流线圈上串一调节器时可以单独调节，工作原理见图3.1.16。 

（2）斯柯特（SCOTT）变压器三相平衡运行的条件是变压器副边负载电流值相等，相位相差90度。原边电流有效值IA=IB=IC，相位相差120度。

（3）由于斯柯特SCOTT）变压器副边电压、电流均相差90度，相互之间无干扰。

（4）图3.1.17是正方形电熔窑和SCOTT变压器。电极在熔化池内形成两个交叉的主电场和四个辅助电场。四组电极处于正方形的四个顶角，每一组由三支大尺寸电极并联组成。

（5）图3.1.18是斯柯特变压器在料道上的应用。

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