G3ZA 型電力調(diào)整器的鹵素加熱器應(yīng)用事例

　　１概述

　　歐姆龍（株）以實現(xiàn)“簡單且高質(zhì)量的溫度控制”為目標(biāo)進(jìn)行著產(chǎn)品、技術(shù)的開發(fā)。公司[1]備有多種輸出設(shè)備，此次向大家介紹的是于2006年12月重新設(shè)計了的G3ZA型電力調(diào)整器。G3ZA型是通過與SSR組合來控制負(fù)載側(cè)電力供應(yīng)的電力調(diào)整器。電力調(diào)整器（即控制電力供應(yīng)的裝置）有多種控制方式，各種控制方式各有其特點。此次介紹的最佳循環(huán)控制具有改善功率因數(shù)的效果。本文將通過與G3PX（相位控制）的對比來介紹G3ZA（最佳循環(huán)控制）所具有的“功率因數(shù)改善效果”以及應(yīng)用事例。

　　２塑料制造與功率因數(shù)

　　2-1能源管理與塑料制造

　　從削減成本的觀點出發(fā)，對制造行業(yè)來說，減少制造所耗費的能源是重點所在。特別是在京都議定書簽訂之后，其重要性正在進(jìn)一步加大。在塑料制造行業(yè)中，塑料的熱加工通常需要消耗大量的電力、或者說能源。相信本文的讀者中也有很多人正在致力于能源的節(jié)約。

　　2-2“功率因數(shù)改善的重要性”

　　在日本，特別對一些能源消耗超過一定限度的“能源管理指定工廠”[2]，還必須承擔(dān)“按照經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省令的規(guī)定，就能源的使用量和其他能源的使用狀況以及耗能設(shè)備的安裝及改造報廢狀況，每年向經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省主管大臣匯報經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省令中所規(guī)定的事項”2)這一定期匯報的義務(wù)。功率因數(shù)就包含在這一報告內(nèi)容的項目之中，作為反映能源使用效率的指標(biāo)，是非常重要的項目。

　　３改善功率因數(shù)

　　3-1引進(jìn)最佳循環(huán)控制

　　目前，多數(shù)的電力調(diào)整器采用的是相位控制。由于不同的加熱器有不同的特點，從確保各加熱器輸出特性的線性化和安全的角度出發(fā)，必須進(jìn)行高精度的電力調(diào)整。表１中羅列了相位控制和最佳循環(huán)控制的特點。從中我們不難發(fā)現(xiàn)最佳循環(huán)控制和相位控制互有短長。但是，從能源管理的角度來看，相對于相位控制，最佳循環(huán)控制有著功率因數(shù)更好這一巨大的優(yōu)勢。

　　表１最佳循環(huán)控制與相位控制的特點

　　 3-2最佳循環(huán)控制的應(yīng)用

　　正如表１所示，最佳循環(huán)控制和相位控制互有短長，因此，在從相位控制轉(zhuǎn)換到最佳循環(huán)控制時，有幾點事項必須予以注意。接下來，本文將以鹵素加熱器為例，對這些注意事項進(jìn)行介紹。下面列舉兩點作為注意事項的說明：

　　①控制開始時有浪涌電流流入。

　　②以低操作量進(jìn)行控制時加熱器Off的時間比相位控制時長。

　　①所列舉的浪涌電流的問題，容易發(fā)生在鹵素加熱器之類電阻值受溫度影響很大的加熱器上。就這一問題，我們通過附加軟啟動功能來嘗試抑制浪涌電流。在“6.用G3ZA型電力調(diào)整器控制鹵素加熱器”中我們還對抑制效果進(jìn)行了驗證實驗。

　　另外，關(guān)于②所列舉的低操作量時的加熱器Off時間的影響，我們也進(jìn)行了驗證，確認(rèn)了影響的程度。

　　４何謂鹵素加熱器

　　所謂鹵素加熱器，就是利用鹵素?zé)舴派涑龅墓庾鳛闊嵩吹募訜崞鳌＿@種加熱器通常使用電力調(diào)整器進(jìn)行控制。這么做的理由之一是鹵素加熱器的內(nèi)部電阻會發(fā)生變化。鹵素加熱器中使用了鎢，鎢的電阻率在室溫下非常小，在高溫下則變得很大，受溫度變化的影響很大。比如后面講到的實驗中所使用的鹵素加熱器，相對于12A的額定電流，流入的電流為約160A，不同的溫度下流經(jīng)加熱器的電流相差達(dá)到約13倍。

　　５關(guān)于G3ZA型電力調(diào)整器

　　G3ZA型是一種可以選擇以下3種控制方式的電力調(diào)整器。具備RS-485通信功能，可以連接EJ1型（多點溫度調(diào)節(jié)器）以及PLC等上位機(jī)。

　　①最佳循環(huán)控制

　　②軟啟動最佳循環(huán)控制

　　③三相最佳循環(huán)控制

　　６用G3ZA型電力調(diào)整器控制鹵素加熱器

　　為了使各種加熱器都能夠方便放心地使用G3ZA型電力調(diào)整器，敝公司開發(fā)了“軟啟動最佳循環(huán)控制”。這里，我們使用鹵素加熱器這一具有代表性的特種加熱器，進(jìn)行實際的軟啟動最佳循環(huán)控制下的實驗，對以下3點進(jìn)行了驗證。下面對實驗結(jié)果進(jìn)行說明：

　　①控制開始時的浪涌電流的抑制效果

　　②低操作量時的Off時間對溫度產(chǎn)生的影響

　　③最佳循環(huán)控制的功率因數(shù)改善效果

　　6-1實驗條件

　　圖１所示為實驗的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)(向G3ZA發(fā)出輸出指令)采用EJ1型[3]，使用RS-485通信從EJ1型向G3ZA型發(fā)送操作量，以控制輸出操作量，可以通過串行傳輸操作量信號省去布線。SSR采用帶過零觸發(fā)功能的SSR（G3PA型）。（此處省略G3PX型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。）

圖1G3ZA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示

　　6-2實驗方法

　　分別以相同的操作量對鹵素加熱器（2.4ｋＷ）進(jìn)行相位控制和最佳循環(huán)控制，測量電流波形、溫度波形、有效電能、無效電能4項數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較。

　　最佳循環(huán)控制的代表機(jī)型采用G3ZA型，相位控制的代表機(jī)型采用G3PX型。（均為歐姆龍產(chǎn)電力調(diào)整器）

　　6-3實驗結(jié)果

　　鹵素加熱器的控制實驗結(jié)果如下。

　　6-3-1浪涌電流的抑制實驗

　　圖２所示為以最佳循環(huán)控制、相位控制、軟啟動最佳循環(huán)控制對鹵素加熱器進(jìn)行控制時所測得的浪涌電流。用老G3ZA型只進(jìn)行最佳循環(huán)控制時，浪涌電流的峰值達(dá)到了約140A。而軟啟動最佳循環(huán)控制與相位控制（帶軟啟動）時的浪涌電流峰值均為60A，由此可以得知軟啟動最佳循環(huán)控制的浪涌電流抑制效果達(dá)到了與相位控制相當(dāng)?shù)乃健?/FONT>