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    歐姆龍（株）以實(shí)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)。1）敝公司備有多種輸出設(shè)備，此次向大家介紹的是于2006年12月重新設(shè)計(jì)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（意即控制電力供應(yīng)的裝置）有多種控制方式，各種控制方式各有其特點(diǎn)。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(diǎn)出發(fā)，對制造行業(yè)來說，減少制造所耗費(fèi)的能源是重點(diǎn)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，特別是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(bào)廢狀況，每年向經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省主管大臣匯報(bào)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省令中所規(guī)定的事項(xiàng)”2）這一定期匯報(bào)的義務(wù)。功率因數(shù)就包含在這一報(bào)告內(nèi)容的項(xiàng)目之中，作為反映能源使用效率的指標(biāo)，是非常重要的項(xiàng)目。 

３．為了改善功率因數(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(diǎn)，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(diǎn)。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(diǎn)

    3-2　最佳循環(huán)控制的應(yīng)用

    正如表１所示，最佳循環(huán)控制可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(shí)，有幾點(diǎn)事項(xiàng)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(xiàng)進(jìn)行介紹。下面列舉兩點(diǎn)作為注意事項(xiàng)的說明： 

    ① 控制開始時(shí)有浪涌電流流入。

    ② 以低操作量進(jìn)行控制時(shí)加熱器Off的時(shí)間比相位控制時(shí)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
另外，關(guān)于②所列舉的低操作量時(shí)的加熱器Off時(shí)間的影響，我們也進(jìn)行了驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中所使用的鹵素加熱器，相對于12A的額定電流，流入的電流相差達(dá)到約13倍的電流為約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(diǎn)溫度調(diào)節(jié)器）以及PLC等上級位機(jī)型。 

    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(shí)際的軟啟動最佳循環(huán)控制下的實(shí)驗(yàn)，對以下3點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證。下面對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明：

    ① 控制開始時(shí)的浪涌電流的抑制效果

    ② 低操作量時(shí)的Off時(shí)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(shí)驗(yàn)條件

    圖１所示為實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上級位機(jī)（向G3ZA發(fā)出輸出指令） 機(jī)型采用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。）

    6-2實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

    鹵素加熱器的控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。 

    6-3-1　浪涌電流的抑制實(shí)驗(yàn)

    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(shí)所測得的浪涌電流。用老G3ZA型只進(jìn)行最佳循環(huán)控制時(shí)，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(shí)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?/P>

    6-3-2　低操作量時(shí)的Off時(shí)間的影響

    圖３所示為操作量（MV）＝10％的條件下使用電力調(diào)整器（G3ZA型、G3PX型）以最佳循環(huán)控制和相位控制來控制鹵素加熱器時(shí)，在1500s的整定時(shí)間內(nèi)的溫度波形。操作量為10％時(shí)的Off時(shí)間為180ms（50Hz）。

    向各電力調(diào)整器發(fā)出相同的操作量以控制鹵素加熱器。正如圖３所示，最佳循環(huán)控制時(shí)的鹵素加熱器的溫度波動幅度最大為0.6℃左右，相位控制時(shí)的鹵素加熱器溫度波動幅度最大為0.5℃左右，也就是說，兩者幾乎相等。

    這是由鹵素加熱器的特點(diǎn)所決定的。因?yàn)榧訜崞髟谧罴蜒h(huán)控制的Off周期內(nèi)冷卻還沒超過1℃時(shí)，下一個(gè)On周期已經(jīng)來了。

    另外，G3ZA型與G3PX型之間的整定溫度之所以有差異，是由于相位控制按相位角分配控制量，輸出特性并非線性所致。因此，即便施加相同的操作量，供給給加熱器的電力也不同。

6-3-3功率因數(shù)改善效果

    圖４所示為最佳循環(huán)控制和相位控制下，鹵素加熱器運(yùn)行時(shí)的無效電能與有效電能的關(guān)系。

    觀察有效電能相同時(shí)各自的無效電能，可以確認(rèn)最佳循環(huán)控制時(shí)，無效電能比相位控制時(shí)低。有效電能相同時(shí)，無效電能低的一方功率因數(shù)更好。因此，最佳循環(huán)控制的功率因數(shù)優(yōu)于相位控制。

7.結(jié)論

    在本文中，以鹵素加熱器位列為例，對其施以軟啟動最佳循環(huán)控制，進(jìn)行了功率因數(shù)改善效果的驗(yàn)證。其結(jié)果如表2所示。由此可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論。

    ① 最佳循環(huán)控制的功率因數(shù)優(yōu)于相位控制。

    ② 可以很好地應(yīng)用于鹵素加熱器。

表2　用G3ZA型電力調(diào)整器控制鹵素加熱器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

8．今后的展望

    這次，我們以鹵素加熱器為例，對功率因數(shù)的改善進(jìn)行了研究。但是，我們認(rèn)為最佳循環(huán)控制所帶來的功率因數(shù)改善效果，并不僅僅局限于鹵素加熱器。若使用這次G3ZA型電力調(diào)整器所配備的“軟啟動最佳循環(huán)控制”，也許可以考慮將最佳循環(huán)控制應(yīng)用于各種加熱器（負(fù)載）。今后，本公司將針對各種應(yīng)用來開展最佳循環(huán)控制的功率因數(shù)改善效果的驗(yàn)證工作。