電加熱系統在浮法玻璃錫槽中的分析與應用

賀杰鋒

（河北南玻玻璃有限公司，河北 廊坊 065600）

在浮法玻璃生產線中，成型工段是玻璃生產過程中的重要環節，這環節中，電加熱系統是一重要設備，因為在烤錫槽過程中，電加熱系統擔負著關鍵的角色，在生產過程中，根據工藝的要求需維持錫槽內溫度高低的變化，也需要使用電加熱。所以說，錫槽電加熱系統是玻璃成型所不可缺少的重要組成部分。錫槽電加熱系統主要由調功器、變壓器、硅碳棒等組成。

1 調功器

調功器根據觸發方式可分移相型和過零型兩種。

移相型：用可控硅器件在電壓達到特定值才導通，調節起始導通電壓（相位），就可調整功率。移相觸發的主要缺點是容易造成電源電壓波形畸變和高頻電磁波輻射干擾，大觸發延遲角運行時，功率因數較低。

過零型：在電壓為零時開啟或關斷可控硅，調節可控硅導通與關斷時間的比例，就可調整功率。過零觸發的主要缺點是，當通斷比太小時會出現低頻干擾，當電網容量不夠大時會出現照明閃爍、電表指針抖動等現象，通常只適用于熱慣性較大的電熱負載。過零型比調相型調整范圍寬、對外干擾小。

圖1 移相觸發與過零觸發波形圖

如圖1，如果是在剛剛過紅色箭頭處觸發，則為過零觸發，觸發信號起始點之后的幾乎整個半波是全導通的狀態。如果是在其它時間觸發，如圖中A處，則為移相觸發，此次觸發的電源有效范圍是從觸發起到下次零點前的那一部分即圖中A處半波的陰影范圍。

由于過零觸發電流沖擊小、調整范圍廣、對外干擾小，所以錫槽電加熱控制中被廣泛應用。而調功器中最關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。可控硅體積小、結構簡單、功能強，可起到整流、逆變、變頻、無觸點開關等多種作用，因此現已被廣泛應用于各種電氣設備中，如變頻器、整流器等等。同時它在交直流電機調速系統、調功系統及隨動系統中也得到了廣泛的應用，幾乎在高度自動化發展的今天隨處可見。可控硅調功器是一種以可控硅（電力電子功率器件）為基礎，以智能數字控制電路為核心的電源功率控制電器，簡稱可控硅調功器，具有效率高、無機械噪聲和磨損、響應速度快、體積小、重量輕等諸多優點。調功器由觸發板、專用散熱器、風機、外殼等組成。通過對電壓、電流和功率的精確控制，從而實現精密控溫。在錫槽加熱過程中，通過給定4～20mA型號或使用Profibus總線通訊等方式來給定信號，控制錫槽內溫度的變化。

2 變壓器

錫槽電加熱變壓器是非標特殊用途變壓器，專用于玻璃生產線錫槽，設計時是按照錫槽硅碳棒加熱分區功率值，進行一對一設計、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，是三相調功變壓器，三相過零觸發調功器接入變壓器原邊。技術要求如下。

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

（2）變壓器抽頭位置：初級抽頭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生產過程中，隨著時間推移錫槽硅碳棒也在不斷的老化，熱效率也不斷的降低，由此給錫槽帶來的熱量也就越來越低。但是由于錫槽又是一個密封的空間，更換老化的硅碳棒幾乎是不可能的事情，除非是停產冷修。為了減少投資，延長錫槽的使用壽命，為此我們可以通過提高變壓器二次側電壓來提高熱量，保證工藝使用需要。但是切記不要輕易提高變壓器二次側的檔位，因為檔位越高也會加速硅碳棒的老化，應根據生產的實際需求，慎重的進行調整。

（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產生震動影響錫槽錫液面波動（減震膠皮厚度大于30mm）。

（4）絕緣耐熱等級H級：符合錫槽高溫環境要求，變壓器出線初次級均為下出線，方便接線。磁感應強度小于1.4特斯拉（調功器要求）。

（5）外觀：H級絕緣材料，耐熱溫度185℃。涂層光亮，平整，無氣泡，無破損，附著力強，富有彈性，可經受變壓器長期運行，性能穩定，對變壓器鐵芯起到保護作用。工作環境溫度95℃（長期）。

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

（7）半封閉金屬保護罩，以便充分散熱。防護等級：IP20。

（8）變壓器的常規檢驗項目：繞組絕緣電阻測量；絕緣直流電阻測量；工頻耐壓試驗；連繞組別測驗；變壓器測量；空載電流和空載損耗測量；短路阻抗和負載損耗測量；感應耐壓試驗。空載試驗，三相平衡電流±5A以內；不得有溫升。

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

（10）電纜選擇。因錫槽環境溫度極高，普通電纜根本無法滿足現場使用環境，則電纜應選擇耐高溫的YGC硅橡膠電纜。電纜的大小應根據一次側電 流 105000÷380÷1.732≈ 160A， 則電纜應采用3×120mm2方可滿足。

圖2 電加熱配電系統圖

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

應注意，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，這就產生了銅和鋁連接的問題，因為這是兩種不同化學性質的金屬材料。長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生電解反應，出現氧化現象。隨著時間的推移，兩種材質間的接觸面電阻越來越大，最終會導致不能接通，或者是接觸不良，使得整個加熱系統無法正常工作。同時，電阻的不斷增大，加之大電流流過，接頭處就會發熱燒紅，嚴重時將會引起火災。所以在銅線和鋁線連接處，必須使用專用的銅鋁過渡端子。

3 硅碳棒

目前國內浮法玻璃生產線使用的錫槽電加熱系統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，經過一定的成型工藝，通過2000℃以上的高溫燒結而制作而成的一種非金屬電熱元件。硅碳棒將電能轉化為熱能的過程與金屬電阻絲的發熱有本質的區別。硅碳棒在通電發熱過程中，其電阻率隨著溫度的不同而呈非線性變化。在室溫至800℃（國產硅碳棒），隨著溫度的升高電阻率迅速減小，在800℃時達到最低值，隨著溫度進一步升高，其電阻率開始增大，并且增加的幅度愈來愈高。硅碳棒的最高使用溫度不能超過1450℃，使用溫度超過此值硅碳棒將快速老化，使用壽命將受到嚴重影響。硅碳棒在使用過程中電阻值將緩慢增大，當其電阻值增大到開始使用時阻值的四倍時，硅碳棒壽命終結。所以在采用硅碳棒元器件加熱時，一定要詳細了解硅碳棒的本身性質及使用性能。硅碳棒特點有使用溫度高，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、升溫快、壽命長、高溫變形小、安裝維修方便等特點，且有良好的化學穩定性。在高溫下硅碳棒會緩慢氧化，為了防止氧化，錫槽內通常都會通入保護氣體氮氣和氫氣，更重要的也是為了防止錫槽氧化。

4 結語

我國的浮法玻璃生產線錫槽電加熱系統從發展至今不斷的創新、升級、提高，通過以上加熱系統三大部件的分析、概括、總結，錫槽電加熱應不斷推陳出新，適應新的發展。

[1] 王兆安，劉進軍.電力電子技術[J].2015，(11).

[2] 肖明 .變壓器的應用 [J].2013，(3).