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1、匆每全国玻璃纤维专业情报信息网第二十八次工作会议论文每孝 玻璃电熔窑S c o t t 供电时内部等效电流分析 吴嘉培 ( 南京玻璃纤维研究设计院，南京2 10 0 12 ) 0 前言 在玻璃全电熔窑中，采用二相用电三相平衡供电 的S c o t t 供电方式是屡见不鲜的，见图l a 、b 。由于 它的电极布置与供电都是完全对称的，即无论是从 窑炉断面的X 轴、Y 轴，还是从对角线划分，左右都 是完全对称的。因而变压器的两个二次线圈的负荷， 完全可以看成二个独立的纯电阻等效电路。这样， 无论从供电、用电，还是熔化都很合理。 然而近年出现非完全对称的S c o t t 供电玻璃全电 熔窑：如山东
2、荷泽某玻璃厂从韩国引进生产微波炉 用玻璃全电熔窑、南京某厂生产硼硅酸盐玻璃的全 电熔炉( 见图I c ) ，都在熔制玻璃中出现大量灰泡 与白色不熔物。这现象与江苏扬州某玻璃厂从英国 引进的六角型底插电极，生产P y l e x 玻璃的全电熔窑， 由于电极插入深度不够，玻璃熔制中出现很多气泡 与白色或透明不均物很像。 电熔窑熔制质量不好，大多与电极布置、窑型结 构、输入功率与功率分配有关。作者希望从电工理 论分析探讨非完全对称S c o t t 供电玻璃全电熔窑( 指 图1 C ) 的内部等效电流分布规律，以期对今后玻璃 电熔窑设计能有所指导。 1 S c o t t 供电与等效电路 S c o
3、 t t 供电在工业性的玻璃电熔窑上是非常典型 的炉型与供电方式。这主要来源于： ( 1 )由于本供电方式很好地解决了二相用电或 准二相用电与三相平衡供电的矛盾，因而有利于玻 璃电熔的大用电负荷的电网平衡； 8 5 ( 2 )在电极完全对称布置的窑内，其内部电流 分布、功率分布也是完全对称的，因而有利于玻璃 熔化； ( 3 )在大中型的电熔窑上，可以采用多个S c o t t 供电单元组合，以满足高熔化能力的需要，在电熔 窑的设计上比较灵活。 这样的电熔窑用于熔制钠钙玻璃、硼硅酸盐玻 璃，都是一个很成熟的窑型。 图1 是最常见到的S c o t t 供电的全电熔窑，其中a 、 b 为电极完全对
4、称布置，即对任何二根电极间的等效 电流与电阻都是对称；而c 方案从表面上看是对称的， 但从电极内部等效电路来讲是非完全对称的。这正 是本文分析的出发处。 画露幽 a 顶插式底插式b 侧插式c 非完全对称式 图1S c o t t 供电全电熔窑 图2 是S c o t t 供电时全电熔窑内部等效电路，A B C D 分别代表A B C D 四根电极的结点，R 1 R 。则分另0 代表 电极C - A 、A - D 、D - B 、B _ c 之间的等效电阻，j J 、 U 。u ：则分别表示上述等效电阻上流过的电流与电 压降，但这些电参数是以复数型式表达，即它不单 具有幅值大小还具有相角大小。
5、同样，丘、丘、丘、丘也是以复数型式表达的 变压器二次侧电流与电势。在本等效电路中，略去 夸啼全国玻璃纤维专业情报信息网第二十八次工作会议论文 电源内阻抗，即看成是理想电源，而所有的内部电 j 。= j 。一j f ： 阻均看成是纯电阻。 L = 1 - 1 l t1 Z 3 llA 争一B 一 彦。 图2S c o t t 供电窑内部等效电路图 2 内部等效电流 从图2 ，按电工理论中的克希荷夫二大定律，得 下列原始式： 五一丘一厶= 0 ( 1 ) l4 + l3 一I = 0 J I Ic I t = 0 I I R + I I R I = E 4 一l x R 一1 2 R 2 = e
6、o 1 1 R I + 1 2 R 2 = 一疋 廷舁也任从峪，还异珀朱卿卜： 生生一生一生 拈每嚣警 厶：一争一孚 足尼1 J ，= 1 E c - F E , + i R I J t L = 急一鲁， ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) ( 1 0 ) 8 6 U 3 = 1 3 R 3 U 4 = 1 4 R 4 ( 1 3 ) ( 1 4 ) ( 1 5 ) ( 1 6 ) 计算式( 7 ) ( 1 6 ) 在知道电势与电阻的情况 下可求出所有的内部电参数。本文只想讨论不同电 极布置下的内部电流变化规律，所以完全可以用相 对值
7、来计算，而不必理会真正的电流。 在电极完全对称布置的情况下( 即图1 a 、b ) ， 完全可以，设条件A ：R I = R 2 = R ，= R = 1 l E o l = Z 意。= 9 0 0 , 座。= 0 0 上述条件代入( 7 ) 式得： 意o I 意，宅c 一琶c 扛上丢i 上= ! 纯一曲 (17)1 1 1 1 2 k - + 4” ( 1 7 ) 式结果代入( 8 ) 、( 9 ) 、( 1 0 ) 式得： J f ：= = 一丢纯+ 言 ( 1 8 ) 厶= 一惫+ 惫“= 三龟+ 的 ( 9 ) J = 丘一J 。= 昙包+ 应0 ( 2 0 ) 在非完全对称布置电极的
8、情况下( 如图l c ) ， 大多数日足是两两相等。 设条件B ：局= 尼= 0 5 、是= 只= 1 引= 引= 1 厶4 = 9 0 1 ，如c = 0 。 每务全固玻璃纤维专业情报信息网第二十八次工作会议论丈哮每 计算结果如下：变化规律，并非真正计算绝对大小。 j f 。= 屯一忘( 2 1 1 从图3 、4 可以看出下列规律： 小一或- o 5 厶 ， 而发墨羞、始黧熹二点裂献小 ，= 2 一+ J 。 ( 2 3 ，4 = E o 一0 5 1 ,( 2 4 ) 3S c o t t 供电下的等效电流变化规律 条件A 计算出的电参数用图3 表达。就更能看出 它们之间的相互关系。 啻。
9、，。毒。声。 t。 l a 电势向量b 电流向量c 电势与内部电流向量 图4 非完全对称布置下电工参数向量图 再一次说明：本计算全采用相对值， A d 电压向量 任何二根电极问的等效电流决定于二根电极 间的电阻。即如图1 c 所示，电极A C 与电极B D 之间 的距离越近，之间的电阻越小，则该二根电极之问 的电流则越大也就是讲，电极A C 与电极B D 之间 的功率越大，这样就有可能不利于熔化： 在非完全对称布置下变压器的二次电流与电势产 生相角移，其中A 相越前C 相滞后，这样就会使变压 器的出力受到影响，但变压器一次侧仍体现出纯电 阻负荷； 变压器二次电流丘向量，囚内电阻兄。R ：比的 变化而从图4 d 的B 点移向C 点；因而，只要测出么左。j 。 的大小，就完全可以求出S c o t t 供电非完全对称下内 部等效电流与等效电阻的大小。 4 结束语 本文应用电工理论分析了S c o t t 供电时非完全对 。 称电极布置下的内部电流的变化规律，可以清楚地 看出：传统的完全对称的电极布置方式，或接近于 完全对称的电极布置，无论从电窑的内部功率分配 还是从变压器的充分利用都是最合理的。翻 着重分析 8 7