分享

电力调整器(SCR)在锂电材料烧结炉中的应用

 tubaodao123 2022-12-20 发布于福建




SCR的介绍







电力调整器:简称SCR(Silicon Controlled Rectifier),是一种以晶闸管为基础,智能数字控制电路为核心的电源功率控制电器。它是一种无极电力调整设备,是工业电热行业控制利器,被广泛应用于锂电材料烧结行业。




图片

一、SCR的分类

(一)按相位分,可分为单相(两相)型和三相型:

  • 单相型SCR

    图片

单相SCR在使用过程中需要注意三相加热功率均衡分配。三相加热功率不平衡,严重时可能导致断路器过载脱扣。锂电材料烧结炉在首次升温后需要确认三相加热功率是否分配均衡,若三相电流不均衡超过10%,则需要窑炉降温断电重新调整分布各相加热功率。

 
  • 三相型SCR

    图片

相比单相SCR,三相SCR无需考虑加热功率调整三相不平衡的问题,但相同功率窑炉的建造成本略高于使用单相SCR的窑炉。


(二)按控制方式区分,可分移相控制和过零控制:
  • 移相控制 

图片

▲ 移相控制波形

因各品牌SCR的各项控制功能不一,无法逐一说明。但总体上移相控制又大致可分为恒电压控制、恒电流控制、恒功率控制。
图片
  • 过零控制
过零控制晶闸管输出波形为完整正弦波,晶闸管从过零点开始导通,然后在过零点关断。晶闸管所受的电流、电压冲击较小,对电网没有谐波污染。过零控制可理解为通、断控制,这种控制方式适用于阻性负载,如窑炉的电加热等加热控制。
图片
▲ 过零变周期控制波形
过零控制因控制周期占空比分配的差异,又可分为过零变周期控制和过零定周期控制。过零变周期控制即单位时间内输出波形与占空波形按等比例分配。过零定周期控制即单位时间内输出波形为连续输出,占空波形为连续占空。
图片
▲ 过零定周期控制波形

二、SCR的保护与辅助功能

是否有完善的过程参数检测与保护功能,也是评价一款SCR优劣的主要指标。高性能的SCR需具备以下一些功能:

检测功能

三相电压检测、三相电流检测、运行功率检测、散热器温度检测、负载电阻检测、负载异常检测
警报功能

超温警报、过载警报、三相负载不平衡警报

其他功能

数据通信功能

通过上述的检测与警报功能,再配合SCR的通讯功能即可将加热回路的各项运行参数实时传输到PLC系统。生产技术人员可通过人机界面随时查看各加热回路的实时运行状态。

三、氧气气氛烧结炉中SCR与硅碳棒的使用

在锂电材料的烧结工艺过程中,对氛围气控制与温度控制有着严格的要求,而氛围气的类型与烧结温度又决定着窑炉所能选用的加热方式。以钴酸锂、锰酸锂、三元材料等为代表的锂电正极材料烧结过程中需要空气气氛或氧气气氛,这就使烧结炉加热形式不可采用电热丝的方式,只能采用价格相对较高的硅碳棒作为其加热源。


图片

▲ 硅碳棒

图片

▲ 硅碳棒


硅碳棒是高纯碳化硅经一定的成型工艺、高温烧制而成。其电阻特性决定了硅碳棒的发热效率不如电热丝。因此在相同功率下搭配硅碳棒使用的SCR,电流规格选型上要高于搭配电热丝使用的SCR。硅碳棒长期使用会老化,故SCR和硅碳棒的选型均需要考虑这一因素,采用放大选型规格。
综上,采用硅碳棒作为加热源和放大选型规格两方面因素决定了氧气气氛烧结炉的电气建造成本要高于惰性气氛烧结炉。

四、氮气气氛烧结炉中SCR与电热丝的使用

锂电烧结的另一种工艺是采用氮气作为氛围气的材料烧结工艺,这种以惰性气体作为氛围气的烧结工艺主要用于磷酸铁锂正极材料与石墨负极材料烧结中。在惰性气体环境下,电热丝能够稳定工作,因此磷酸铁锂正极材料烧结炉中常用的加热元件为电热丝(石墨负极材料烧结温度较高,不可使用电热丝),电热丝具有耐用性好、电热转换效率高、价格低廉等优势。

图片

传统的磷酸铁锂材料烧结炉电热系统常规配置SSR(固态继电器)与电热丝。虽然使用SSR成本较低,但其缺点也比较明显:不能监控加热电流、电压;不能有效监控电热丝的电阻状态;加热回路发生故障无法及时发出故障警报,并且SSR耐冲击能力较弱、故障率高。

图片
为了规避SSR以上缺陷,提高窑炉的稳定性与易用性,云栖谷在磷酸铁锂烧结炉中采用SCR与电热丝配置。SCR与电热丝的配合使用同样遵循基本的电路定律。电热丝的电热转换效率高,相比硅碳棒而言,电热丝使用较小的电流即可获得与硅碳棒相同的发热功率。同样基于此原因,配置电热丝的SCR选型要明显小于配置硅碳棒的SCR。由于加热电流小,使得加热回路断路器、电缆加热回路电气元件都同等减小。因此配置SCR与电热丝的磷酸铁锂烧结炉的电气建造成本要明显少于配置SCR与硅碳棒的窑炉,但高于配置SSR与电热丝的窑炉。
高性能的SCR应用在锂电材料烧结炉中可实时监控窑炉各加热回路的电压、电流、功率,PLC系统也可在加热回路发生加热棒断棒或电热丝断丝的第一时间发出警报,维保人员通过查看故障回路的各项加热参数即可准确判断异常点,极大的缩短了故障排查时间。此外,维保部门可通过查看加热回路的各项加热参数合理判断各回路加热棒的老化情况,以便合理安排窑炉各项周期性保养。

云栖谷始终坚持窑炉性能第一的原则,窑炉采用标配过零控制低谐波高性能型SCR,其运行功率因数达到0.95以上。云栖谷窑炉在高性能SCR的加持下,拥有完善的加热监控与警报功能,对突发的加热回路异常如加热丝断线、加热棒老化和热电偶断线等,同样具有完善的应对策略。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多