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引理 最近有朋友说关于加热炉出现烧毁晶闸管的问题，事情起源为公司设计了一个加热炉，加热上限温度100度，下限温度-60度。加热炉的加热电阻设计连接方式为星形连接，其中一台设备采用了三角形连接方式，结果晶闸管经常被烧毁，问这是什么原因引起的损坏。 加热炉 要解释这个问题，需要从电阻的星接和角接以及由于电阻接法不同引起的加热功率变化两个方面进行分析。本文分析采用理论与实际相结合形式，读者根据需求选择部分章节进行阅读。 电加热炉原理介绍 电加热炉温度控制采用的是晶闸管周期性导通控制电阻丝功率的调功器。 调功器的控制方式：晶闸管零电压开关，在时间周期T内，晶闸管全导通周波数对应的时间Tm，晶闸管关闭时间T-Tm，采用控制方式通常为PID控制，根据当前温度与目标控制温度差值，PID调节器输出值决定导通周波数时间，在晶闸管导通时，负载电压等于相电压，在晶闸管关段时，负载电压等于零。 晶闸管 晶闸管电阻丝串联星接 每个控制周期T的平均电压为： 每个控制周期T的电阻加热量为： 可见电阻丝加热热量与电压Tm的平方成正比。Tm越大，加热量越大。而电炉子的传递函数仍然可用《自动控制原理2.2.8如何列写电加热炉元件传递函数》一文中的公式进行计算。 这里的电压差定义为： 晶闸管调功器的另外一种接法是三角形连接： 晶闸管电阻丝串联角接 两种方法的控制方式没有区别，不再赘述。 电阻星形接法与三角形接法有什么不同 假设有三个电阻丝R1，R2，R3，电阻丝的阻值相等，供电电源为220V对称三相电源，把三个电阻丝分别接成星形和三角形两种接法，如果供电电源发出的电流相等，那么，电阻丝的阻值如何选择？ 电阻丝星接 上图中，三个阻值相同的阻抗连接成星形结构，它们构成了对称三相负载，对于A相电路来说，电阻R流过的电流为： 而对于采用三角形连接的电阻，如下图所示： 电阻丝角接 线电流Ia等于流经电阻R的电流Iab与流经电阻R的Iac的和，
当三相对称电源分别接星形接法的对称电阻网络与三角形接法的对称电阻网络，产生相同的相电流，对应的星形网络和三角形网络的电阻值之间的关系：
可见，对于三相对称电源，获得相同的相电流情况下，如果定义星接网络电阻值为R，则角接网络电阻值为3R。而如果把电阻值为R的星接网络改成三角形连接网络，则三角形网络的等效星形网络电阻为R/3。注意，这里把同样的电阻，由星接改成角接，得到的结果是把角接等效为星接后，电阻值缩小了三分之一。 电阻结构变化对功率的影响 在三相电路中，三相负载吸收的功率等于各相功率之和。 上节已经分析了，如果把电阻R的星接结构改成角接结构，更改后的角接结构等效变换为星接结构时，对应的星接等效电阻为R/3。如下图所示：
角接等效星接 三相对称电路的瞬时功率P为各相负载瞬时功率之和：
那么，此时的相电流为更改前相电流的3倍。因此，更改后的三相对称电路功率P为更改前三相对称电流功率P0的3倍：
晶闸管额定通态电流通常为电路额定电流的2倍。这意味着晶闸管最大运行功率为额定功率的2倍，因此：同样阻值的电阻，由星接更改为角接后，三相对称电路的功率增大了3倍。这导致了晶闸管功率超限而烧毁。 保证系统运行的基本要求： 1 从晶闸管的功率选型来看，需要把三角形连接电阻结构改为星接电阻结构。 2 如果电阻丝连接结构由星接变为角接，要想保证设备能正常工作，需要更换耐流比现有晶闸管大3倍的晶闸管器件。或者更换耐流比现有晶闸管大2倍的晶闸管器件同时把晶闸管的连接方式放在三角形里面与电阻串联。更换晶闸管后设备可以提高3倍功率运行。 3 如果更换晶闸管后，设备还需要保持原有功率运行则需要如下操作：软件控制方面要保证系统稳定运行，应进行输出功率限幅，降低系统控制输出力度。
控制仪表 假设星接系统的最大控制周波时间为Tm_max，那么，在电阻连接结构变为角接时，系统的最大控制周波时间应为Tm_max的三分之一。 PID调节器的参数相应做调整：比例系数Kp在原有参数基础上缩小1/3倍，比例积分限幅在原有参数基础上缩减1/3倍。 |
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