技术协作信息技术探讨与推广介绍了铝及铝合金生产线的主要辅助设备之一的工频感应炉的控制原理。工频感应炉控制原理◎付玉梅庄申成张放一、工频感应炉工作原理这种现象可以被解释如下：由于不同的表面效应的影响产生了感应加热是一种利用线圈的电磁交变磁场进行能量转换的电磁波穿透深度，对于一般的铝合金来说，在电源频率为50/60直接的电加热方式。环形流向的线圈将被加热工件集中封装，这赫兹时，产生的穿透深度大约为20毫米。相当于所谓的变压器原理。也就是说一个次级线圈由随时间变化的初级线圈的力线束（磁力线）贯通。这里的初级线圈是在合适的电源上连接的感应线圈，而次级线圈则由被加热工件本身代表。感应电流加热的是金属棒的外层表面。加热区域用穿透深度来表示，可以根据下面的公式计算得出：其中f，μ，σ分别表示频率，穿透率和被加热工件的电阻。由于受截然不同的表面效应的影响，在加热周期中，金属棒中心（r=0）和表面（R=ro）会产生不可避免的温度差异。在下面所显示的定性分析加热曲线上可以看出，由于受不图一：定性分析加热曲线同效应的影响，在金属棒表面产生的温度大大高于金属棒中心。的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。用电能质量测试仪在并网点检测功率因数，或直接从功率因数表读出，功率因数应满足50%Pn及以下时应≥0.95，50%Pn以上时应≥0.98。14.光伏方阵绝缘性。检测方法：用绝缘电阻测试仪测试，光伏方阵正负极短路时应使用专用短路器。15.接地连续性检测。检测方法：利用接地电阻仪用电桥法检测选定接地点的对地电阻或连接通路的连接电阻。需测试支架、汇流箱、组件、逆变器室每个关键设备的接地连续性。判定条件：接触电阻不高于100mΩ，且保证其接地电阻不高于4Ω。二、人机具配置根据场区大小及要测量的组件数量确定，一般为4到5人。主要工器具及仪器仪表配置：件标称功率×100%。以检测结果为准，分析隐裂原因。8.直流线损。汇流箱到逆变器的直流线损：检测汇流箱数量：一台逆变器所对应汇流箱中抽取近、中、远三台进行直流线损检测。检测方法和计算公式：使用钳形表同时检测（光强较稳定条件.com.cn. All Rights Reserved.下也可以分别检测）汇流箱出口直流电压（Vhc）和逆变器入口直流电压（Vnr），同时测量逆变器入口直流电流Idc，同时记录光强和背板温度，测量数据后计算直流线损。平均汇流箱到逆变器直流线损=近、中、远直流线损的平均值，平均直流线损不应超过1.5%。9.光伏阵列之间遮挡损失。使用角度仪、卷尺测量固定光伏方阵倾角、阵列间距（前后阵列同一参考点之间距离）、组件倾斜面长度（含缝隙）；D=LcosA+LsinA·（0.707tanΦ+0.4338）（/0.707-0.4338tanΦ）式中：L—阵列倾斜面长度；D—两排阵列之间距离；A—阵列倾角；Φ—当地纬度。（1）按照国家标准规定的条件计算光伏方阵合理间距；（2）与方阵实际间距进行比较，实际间距大于等于合理间距判定为设计符合要求；（3）采用PVSystems软件计算方阵之间遮挡损失，得出具体损失数据。10.逆变器MPPT效率。依据EN50530：2010测试规范，对逆变器的MPPT效率进行模拟测试，得出MPPT跟踪效率。逆变器的MPPT效率应≥98%。注：此测试项可作为备选项进行测试，测试过程比较复杂，要求较多，可综合参照设备的实验室测试报告上的数据。11.变压器效率。（1）从收集到的变压器输入/输出数据分析计算变压器的效率。一年春夏秋冬四季中4个典型日的变压器全天输入/输出曲线。（2）根据数据，绘制逆变器4个典型日的全功率范围效率曲线，并计算4个典型日变压器的中国效率。（3）现场测试变压器的加权效率：从早到晚在不同负载率时测试变压器的输入/输出功率，同时测试太阳辐照度、环境温度和组件温度。12.电能质量测试。交流侧测试必须符合GB/T165.23-2005要求，在电站与电网断开和连接两种情况下，使用电能质量检测仪测试电网并网点的电能质量：13.功率因数。在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ）三、安全保证措施1.按要求佩戴绝缘手套；2.检测设备前要测量设备电压，保证安全；3.箱变检测前对箱变进行断电处理。四、结束语综上所述，光伏发电系统发电效率保证检测方案，可以有效把控光伏发电建设质量，提高发电效率，在新能源项目建设中做出重要贡献。该研究提高了光伏发电建设的组织管理能力。从该研究中提出的发电效率提高检测方案，发展前景很大，具有值得推广的意义。（作者单位：平高集团有限公司）窑窑技术探讨与推广技术协作信息六、控制控制系统具有下列特点：1.为了紧急停止，在变压器和可控硅之间装有带欠压跳闸的电动低压断路器。2.可控硅控制器和其它控制器安装在每一加热炉的公用开关柜内，布置在加热炉旁。3.补偿电容器装在电柜内，连接补偿电容器的铜母排采用镀锡处理。4.无触点开关元件（可控硅）采用水冷却方式，提高了设备工作效率。5.每个加热区备有足够的补偿电容，保证加热时的功率因数。以切换并联到线圈电容器组的补偿方式，使cosφ≥0.92。6.感应炉配备了电压、电流、测温仪、功率因数等测量仪表，对炉子正常工作情况进行显示、监控。7.采用PLC控制炉子动作，并按照事先编好的程序进行自动控制并实现温度的数据保存功能。8.采用智能化温控仪表，集数显、触发于一体，能直接驱动单相负载中的控制元件，并具有自整定PID参数的功能，将炉温控制在工艺设定范围内。9.触摸屏、PLC、操作执行等三大部分组成一套完整的控制系统。在PLC的控制下，由上位机对整个系统进行监视、显示和管理。通过友好的人机对话界面，对各区温度进行修改、设定及后台自动记录。监视画面能实时显示系统机械动作的实际工况，对加热过程进行精确控制，以实现不同合金铝棒的最优化加热，实现最佳加热且节能效果显著。10.可以实现与挤压机联动，具体方式可以与挤压机厂家商讨。11.控制台。整套设备的机械动作分为：手动、自动两种控制方式；采用西门子S7-300系列，配套工控机。工控机、PLC、触摸屏、操作执行等组成一套完整的控制系统，采用主—从站结构设计，采用PROFIBUS总线控制技术，由DP电缆将主从站相连，方便安装及检修。主站为工控机，从站为各大执行部件，如机械部分从站、电源柜部分从站。①数字量输入、输出模块控制电压全部采用DC24V；②输出模块控制对象通过DC24V中间继电器过渡控制；③控制程序模块化，控制指令符号表化；④模拟量输入模块实现加热温度模拟量到数字量的转换，测量的数据以可视化界面在工控机上显示，加热过程的目标温度、加热时间的数据设定可通过触摸屏上操作按钮随时更改；⑤PLC输出、输入模块保留15%的余量。七、加热控制感应器每个区加热温度的设定通过触摸屏或工控机设置；各区所需的加热目标温度可以分别设定，实际温度分别显示，彼此。可以根据预设的加热曲线进行加热，也可以预设输入功率实现所需的加热速度。加热速度的快慢通过调节电压的占空比来实现。各区加热控制采用温度控制+时间控制方式，有效避免因为测温热电偶接触不良或热电偶故障造成的熔锭事故的发生。测温热电偶采集的温度信号送数字显示仪表，同时将温度信号送PLC模拟量模块处理，处理后的温度数据以动态曲线的形式在人机界面上显示并储存，便于加热速度的控制；每区由２只大电流可控硅组成双向可控硅来控制加热通断，能小电流启动、大电流运行。控制加热通断的可控硅及水冷却、母排、阻容吸收等在加热电源控制柜内；该柜为封闭式，前后开门框架结构；在控制台顶部安装报警装置，对加热过程种的故障发出声光报警提示操作人员迅速解决问题。结论：工频感应炉作为铝及铝合金生产线的主要辅助设备之一，具有省时、省力、节能等特点，节省了人力物力，节省了经济成本。被加热的铝棒在由空心铜线绕制的多层线圈固定。感应加热线圈由多个彼此的轴向排列的分区组成。这样就允许根据铝棒长度和期望的温度分布曲线来转换区分。二、并联补偿原理并联补偿的原理是将补偿电容器C并联在感应器两端，基于频率较低的原因，可以将被加热的铝锭与感应器视为具有集中参数的串联电路，该串联电路由电阻和电感组成，在并联补偿电容器之前，炉子支路电流为：由于WL≥R，无功电流很大，给电源带来很重的负担，并上补偿电容后，电流为：并联补偿的目的是消除无功电路，在（2）式中令容性与感性电路之和为零，得：如电网频率固定，调节C，使在负载阻抗变化时能满足频率与参数的关系式，达到补偿目的。三、技术特点1.感应线圈加强型设计，坚固耐用，便于维护；具有极高的机械稳定性；彻底消除感应噪声。2.较高的设备工作效率。3.配备最新一代的无损耗可控硅开关元件（非机械开关）。4.每区可以进行调节，避免了各线圈段衔接处的温降；每个线圈段可以施加不同功率密度，从而在铝棒上产生轴向温度梯度；实现无.com.cn. All Rights Reserved.级功率调节（任意设定加热温度）；可以实现动态和静态加热。5.配备了线圈快速更换装置，确保缩短更换时间。6.采用了模块化设计，便于设备维护和系统升级。7.配备了现场母线系统，确保极高的灵活性和未来安全性。8.较高的自动化操作水平，故障自检，人机对话。四、与传统的三相感应加热系统相比，还具有下列优点1.各线圈段实现单独功率调节。2.更精确的温度梯度曲线；加热温度均匀，径向温差小。3.根据生产需要单独调整加热工艺，实现等温挤压。4.加热功率可连续调整。5.主供电网络负载均衡，与线圈段数量无关。6.无需机械式开关装置。7.紧凑式外形设计，借助标准化的母线系统简化加热PLC之间的信号交换。8.取消平衡装置获得更高效率。9.可以在平行加热与梯度加热之间转换。10.快速指令式PID温度控制，把棒坯在高功率密度下加热的过热现象降到最低。11.梯度特性可变，以实现预设的温度值，当坯料有温度滞后和导热率不高时，可有效减少过热现象。12.按需要获得任何加热功率曲线。五、设备功能描述实现铝棒进料，加热，出料的程序控制，也可单独手动操作，便于调整，使能其与挤压机生产速率相适应。系统以PLC为控制核心，通过PLC来实现料的传送，加热，温度控制。采用此种方法的好处为集中控制，使得加热工件的效率更高，实现加热过程的全自动化。（作者单位：东北轻合金有限责任公司）窑窑
