歐姆龍（株）以實(shí)現“簡(jiǎn)單且高質(zhì)量的溫度控制”為目標進(jìn)行著(zhù)產(chǎn)品、技術(shù)的開(kāi)發(fā)。1）敝公司備有多種輸出設備，此次向大家介紹的是于2006年12月重新設計了的G3ZA型電力調整器。G3ZA型是通過(guò)與SSR組合來(lái)控制負載側電力供應的電力調整器。電力調整器（意即控制電力供應的裝置）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的效果。本文將通過(guò)與G3PX（相位控制）的對比來(lái)介紹G3ZA（最佳循環(huán)控制）所具有的“功率因數改善效果”以及應用事例。

２．塑料制造與功率因數

    2-1能源管理與塑料制造 

    從削減成本的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，對制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，減少制造所耗費的能源是重點(diǎn)所在。特別是在京都議定書(shū)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(shuō)能源。相信本文的讀者中也有很多人正在致力于能源的節約。

    2-2“功率因數改善的重要性” 

    在日本，特別是對一些能源消耗超過(guò)一定限度的“能源管理指定工廠(chǎng)”2），還必須承擔“按照經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省令的規定，就能源的使用量和其他能源的使用狀況以及耗能設備的安裝及改造報廢狀況，每年向經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省主管大臣匯報經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省令中所規定的事項”2）這一定期匯報的義務(wù)。功率因數就包含在這一報告內容的項目之中，作為反映能源使用效率的指標，是非常重要的項目。 

３．為了改善功率因數

    3-1　引進(jìn)最佳循環(huán)控制

    目前，多數的電力調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(xiàn)性化和安全的角度出發(fā)，必須進(jìn)行高精度的電力調整。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)現最佳循環(huán)控制和相位控制互有短長(cháng)。但是，從能源管理的角度來(lái)看，相對于相位控制，最佳循環(huán)控制有著(zhù)功率因數更好這一巨大的優(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)控制的應用

    正如表１所示，最佳循環(huán)控制可和相位控制互有短長(cháng)，因此，在從相位控制轉換到最佳循環(huán)控制時(shí)，有幾點(diǎn)事項必須予以注意。接下來(lái)，本文將以鹵素加熱器為例，對這些注意事項進(jìn)行介紹。下面列舉兩點(diǎn)作為注意事項的說(shuō)明： 

    ① 控制開(kāi)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(cháng)。

    ①所列舉的浪涌電流的問(wèn)題，容易發(fā)生在鹵素加熱器之類(lèi)電阻值受溫度影響很大的加熱器上。就這一問(wèn)題，我們通過(guò)附加軟啟動(dòng)功能來(lái)嘗試抑制浪涌電流。在“6.用G3ZA型電力調整器控制鹵素加熱器”中我們還對抑制效果進(jìn)行了驗證實(shí)驗。
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)行了驗證，確認了影響的程度。 

４．何謂鹵素加熱器 
   
    所謂鹵素加熱器，就是利用鹵素燈放射出的光作為熱源的加熱器。這種加熱器通常使用電力調整器進(jìn)行控制。這么做的理由之一是鹵素加熱器的內部電阻會(huì )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到約13倍。

５．關(guān)于G3ZA型電力調整器 
     
    G3ZA型是一種可以選擇以下3種控制方式的電力調整器。具備RS-485通信功能，可以連接EJ1型（多點(diǎn)溫度調節器）以及PLC等上級位機型。 

    ①　最佳循環(huán)控制

    ② 軟啟動(dòng)最佳循環(huán)控制

    ③　三相最佳循環(huán)控制

６．用G3ZA型電力調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型電力調整器，敝公司開(kāi)發(fā)了“軟啟動(dòng)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(dòng)最佳循環(huán)控制下的實(shí)驗，對以下3點(diǎn)進(jìn)行了驗證。下面對實(shí)驗結果進(jìn)行說(shuō)明：

    ① 控制開(kāi)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)控制的功率因數改善效果 

6-1實(shí)驗條件

    圖１所示為實(shí)驗的系統結構。上級位機（向G3ZA發(fā)出輸出指令） 機型采用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(guò)串行傳輸操作量信號省去布線(xiàn)。SSR采用帶過(guò)零觸發(fā)功能的SSR（G3PA型）。（此處省略G3PX型的系統結構圖。）

    6-2實(shí)驗方法

    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(wú)效電能4項數據并進(jìn)行比較。

    最佳循環(huán)控制的代表機型采用G3ZA型，相位控制的代表機型采用G3PX型。（均為歐姆龍產(chǎn)電力調整器）

    6-3　實(shí)驗結果

    鹵素加熱器的控制實(shí)驗結果如下。 

    6-3-1　浪涌電流的抑制實(shí)驗

    圖２所示為以最佳循環(huán)控制、相位控制、軟啟動(dòng)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)，浪涌電流的峰值達到了約140A。而軟啟動(dòng)最佳循環(huán)控制與相位控制（帶軟啟動(dòng)）時(shí)的浪涌電流峰值均為60A，由此可以得知軟啟動(dòng)最佳循環(huán)控制的浪涌電流抑制效果達到了與相位控制相當的水平。

    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整器（G3ZA型、G3PX型）以最佳循環(huán)控制和相位控制來(lái)控制鹵素加熱器時(shí)，在1500s的整定時(shí)間內的溫度波形。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(dòng)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(dòng)幅度最大為0.5℃左右，也就是說(shuō)，兩者幾乎相等。

    這是由鹵素加熱器的特點(diǎn)所決定的。因為加熱器在最佳循環(huán)控制的Off周期內冷卻還沒(méi)超過(guò)1℃時(shí)，下一個(gè)On周期已經(jīng)來(lái)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(xiàn)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，鹵素加熱器運行時(shí)的無(wú)效電能與有效電能的關(guān)系。

    觀(guān)察有效電能相同時(shí)各自的無(wú)效電能，可以確認最佳循環(huán)控制時(shí)，無(wú)效電能比相位控制時(shí)低。有效電能相同時(shí)，無(wú)效電能低的一方功率因數更好。因此，最佳循環(huán)控制的功率因數優(yōu)于相位控制。

7.結論

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

    ① 最佳循環(huán)控制的功率因數優(yōu)于相位控制。

    ② 可以很好地應用于鹵素加熱器。

表2　用G3ZA型電力調整器控制鹵素加熱器的實(shí)驗結果

8．今后的展望

    這次，我們以鹵素加熱器為例，對功率因數的改善進(jìn)行了研究。但是，我們認為最佳循環(huán)控制所帶來(lái)的功率因數改善效果，并不僅僅局限于鹵素加熱器。若使用這次G3ZA型電力調整器所配備的“軟啟動(dòng)最佳循環(huán)控制”，也許可以考慮將最佳循環(huán)控制應用于各種加熱器（負載）。今后，本公司將針對各種應用來(lái)開(kāi)展最佳循環(huán)控制的功率因數改善效果的驗證工作。