随着科学技术的迅速发展，钢化玻璃的用途越来越广泛，其产品越来越丰富，事实上钢化玻璃早已成为玻璃深加工家族中的成员，钢化玻璃已成为人类生活中不可缺少的重要材料。钢化玻璃是通过加热和急冷使玻璃获得很大的应力，所以又称为预应力玻璃。若想消除这种应力，只有再次加热玻璃至接近软化状态。钢化玻璃 （Tempered glass/Reinforced glass） 属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。

　　变频器在钢化炉的控制系统中得到了广泛应用，变频器的正确选用对于钢化炉电控系统的稳定运行起着关键性的作用。

　　1 变频器的容量

　　采用变频器驱动异步电动机调速。在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（值）来选择变频器。当运行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方法不同，变频器应满足的条件也不一样。选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量，变频器的容量应按运行过程中可能出现的工作电流来选择。

　　钢化炉传动及提弯系统在启动时均可能存在重载启动，因此要求变频器的容量必须按运行过程中可能出现的电流来选择，即：

　　IN＞Imax

　　IN为变频器额定电流；Imax为电动机的工作电流

　　在钢化炉传动系统中，选择变频器的容量时，一定要比匹配的同功率电动机容量大，才能满足电动机在整个调速范围内的负载特性要求。

　　钢化炉风冷系统的变频器一定要选择风机、泵类负载专用变频器，且重要的是变频器的过载能力。因为玻璃钢化风冷的过程中，变频器要承受短时（10 s~20 s）过载，要求所选的变频器必须具备一定的过载能力，通常变频器的过载能力达到输出电流为1.5倍的额定电流时，工作达1 min即可满足要求。

　　另外基于风冷系统的特殊工艺，风机电机需在很短时间内频繁加、减速，所以在风机电机启动（加速）的过程中电动机不仅要负担稳速运行的负载转矩，还要负担加速转矩，风机电机加速时间（250 kW）限制在100 s，以避开峰值电流。

　　2 变频器负载类型

　　（1）钢化炉主传动系统

　　钢化炉的主传动系统包括入/出片辊道传动、加热炉辊道传动、风栅辊道传动4大传动体系，其负载均呈现恒转矩特性，即负载转矩TL与转速无关，任何转速下TL始终保持恒定或基本恒定，负载功率则随着负载速度的提高而呈线性增加。因此变频器拖动负载时，特别是玻璃在炉内往复低速运动的情况下输出转矩要足够大，并且有足够的过载能力，保证长期低速稳定运行。为了方便操作还可以选择具备设定V/f特性、转矩提升方法等功能的变频器。以富士变频器为例，具体负载选择设定如表1所示。

　　（2）钢化炉风冷系统

　　风机是典型的流体负载，其转矩与转速的2次方成正比，功率与转矩的3次方成正比。可以通过变频器调速来调节风量，以达到大幅度节约电能的目的。但由于此类负载在高速时需求功率增长过快，不建议这类负载使用时超工频运行。

　　基于风机负载类型，以富士变频器针对风机泵类负载设计的FRENIC5000P系列变频器为例，其转矩特性曲线如图1、图2所示。

　　3 变频器的通讯端口

　　变频器基本的通讯方式为RS-485串行通讯，以风机变频器为例，与触摸屏之间以RS-485通讯进行数据交换，所以在选择变频器时也要对通讯端口进行考虑。

　　4 变频器防护等级

　　变频器的防护结构要与安装环境相适应，包括环境温度、湿度、粉尘、腐蚀性气体等因素的影响。对于玻璃钢化系统来说，变频器均配置在电控柜内，所以可以选择防护等级较低的变频器，IP00防护等级即可满足要求。

　　5 变频器外围设备

　　（1）AC/DC电抗器

　　通俗的讲，能在电路中起到阻抗的作用的东西，我们叫它电抗器。 电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求， 常在出线断路器处串联电抗器， 增大短路阻抗， 限制短路电流。

　　钢化炉因其大量采用电加热及大功率风机进行钢化的特点，必须将变频器连接到大容量变压器电网中使用，从而使得电源的电抗百分比变小，流入变频器的电流的高次谐波成分增加，波幅值增大，从而可能引起变频器内部的整流器及滤波电容器等零部件的损坏。为此，选择带有改善输入功率因数及减小高次谐波的DC电抗器。

　　但对于电网污染比较严重的状况及电源变压器为变频器额定容量的10倍以上时，可选配AC电抗器进行无功补偿及谐波治理。选配AC/DC电抗器后，电压畸变率大约降低30％～50％，是不加电抗器谐波电流的1/2左右。所以很大程度上可以改善电网质量。

　　（2）制动单元（电阻）

　　在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。

　　钢化炉中加热炉、风栅辊传动需要频繁往复运动，这就使得电动机需要快速加、减速，且定位返回。如果由于运动惯性导致玻璃超出定位范围，那么玻璃在炉内位置将出现由于往复运动错位、玻璃加热不均匀，导致在钢化风冷过程中炸裂。所以为了提高传动系统变频器的制动能力，需外接制动电阻进行制动。

　　制动电阻的选择设计关键的2个因素就是阻值与功率。

　　对于阻值的选择实践证明，当放电电流等于电动机额定电流的一半时，就可以得到与电动机的额定转矩相同的制动转矩，因此制动电阻[3]的粗略计算是：

　　UD为制动电压准值，IMN为电动机额定电流。

　　为了保证变频器不受损坏，强制限定制动电阻的阻值即流过制动电阻的电流为额定电流时的电阻数值。选择制动电阻的阻值时，不能小于该阻值。

　　综上所述，制动电阻阻值R的选择范围为：

　　钢化炉中制动电阻的功率主要取决于刹车使用率ED%，由于系统制动时间较短，使得制动电阻的温升不足以达到稳定温升。因此，决定制动电阻功率的原则是在其温升不超过允许数值（即额定温升）的前提下，应尽量减小容量，粗略算法如下：

　　钢化炉中常用变频器功率适配制动电阻值如表2所示。

　　（3）输出滤波器

　　滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号。利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。

　　当变频器与电动机之间的连线很长时，电线间的分布电容会产生较大的高频电流，可能造成变频器过电流跳闸、漏电流增加、电流显示变差等。输出滤波器的作用就是为了抑制以上问题的出现。

　　在钢化炉中使用变频器需要注意的问题就是将变频器与电机的连线控制在50 m以内，超出50 m需要选配输出滤波器。而风机系列变频器应把长度控制在100 m以内，否则也需要选配输出滤波器。

　　6 变频器谐波的治理

　　变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。（但VFD也可解释为Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用）。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。

　　在玻璃钢化控制系统中，干扰是困扰人们的问题。由于控制系统大量采用变频器驱动，使得非线性负载显着增加，即当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，形成了非正弦电流，从而产生谐波，如图3所示。

　　谐波的危害在于它可以使电网中的电气元件产生附加的谐波损耗，使输变电及用电设备的效率显着降低，另外还会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大化。谐波通过电网传导可影响电气设备的正常工作，如使变压器产生机械震动、局部过热、绝缘老化、减少使用寿命、继电器保护装置误动作、仪表显示出现偏差等一系列问题。

　　钢化炉主要靠双向晶闸管或固态继电器2种电力电子元件进行调功，而这2种元件的触发信号均为弱电信号。谐波对弱电信号的干扰尤为严重，它会通过电网传导到触发源进行干扰，使其部分非正常触发，导致加热系统紊乱，不受系统控制。所以针对钢化炉的电源环境从以下方面对谐波进行了治理。

　　（1）调节变频器载波比

　　增加交流/直流电抗器可以增加供电电源的内阻抗，减小谐波分量。另外还可以对变频器的载波比进行调节，提高变频器的载波比，可以有效地抑制低次谐波。特别是参考波幅值与载波幅值＜1时，13次以下的奇数谐波将不再出现。但由于载波比的提高会加大电机噪声的产生，所以要适当对载波比进行调节。

　　（2）使用隔离变压器

　　使用隔离变压器是降低电源传导干扰的有效措施。隔离变压器的隔离层可以将绝大部分的传导干扰隔离在一侧。在钢化控制系统中常用于PLC、继电器、电磁阀等低压小功率电气设备的抗传导干扰。

　　（3）选用开关电源

　　在钢化系统中的典型表现是采用普通电源对编码器、传感器等进行供电，可能由于电源内存在谐波电流，导致传感器出现微导通现象，使得PLC接收到错误的输入信号，产生误动作。

　　为了解决此种干扰，采用开关电源对元件进行供电，利用其内部的滤波组件设计所产生的强抗干扰能力进行干扰抑制，同时还具有防止因电器本身的干扰传导给电源的功能。

　　（4）增加铁氧体磁环

　　检测信号和控制信号的传输均由信号线做为载体，做好信号线上的抗干扰工作能确保整个控制系统的准确性、稳定性和可靠性。

　　一般信号线上的干扰主要来自空间的电磁辐射，可以采用双绞线传输改变导线电磁感应e的方向，从而使其感应互相抵消，降低共模干扰。使用铁氧体磁环抑制信号线上的干扰是非常实用的选择，铁氧体磁环又称“吸收磁环”，尤其对于高频噪声有很好的抑制作用，并且在不同的频率下呈现不同的阻抗特性。

　　铁氧体磁环的选择及使用应遵循以下几点：

　　①电路阻抗：电路的阻抗越低，则铁氧体磁环（磁珠）的滤波效果越好；铁氧体材料的阻抗越大，滤波效果也越好。

　　②电流的影响：在电源线上使用时，可以将电源线与电源回流线同时同向穿过磁环，匝数越多对频率较低的干扰抑制效果越好，而对频率较高的噪声抑制作用较弱。以盲目增加匝数达到增加衰减量是常见的错误，由于寄生电容增加，高频的阻抗会减小。

　　③铁氧体材料：根据抑制干扰的频率不同，选择不同磁导率的铁氧体材料。铁氧体材料的磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小。一般铁氧体磁环均为（Mn－Zn）材料制成。

　　④铁氧体磁环尺寸：磁环的内外径差越大，轴向越长，阻抗越大。因此，要获得大的衰减，内径必须包紧导线，尽量使用体积较大的磁环。

　　⑤铁氧体磁环的安装位置：尽量靠近干扰源。对于钢化设备电控柜上的电缆，磁环应尽量靠近柜体电缆的进出口处。

　　⑥铁氧体磁环在钢化炉中的应用：在钢化炉系统应用中，根据干扰信号频带较宽的特点，在PLC与触摸屏的通讯电缆上分别套2个磁环，并且线缆穿过每个磁环同向绕2匝和3匝，这样分别抑制了高频干扰和低频干扰。

　　另外，在风机变频器三相电源输入侧，每2相分别套1个磁环，以增加低频阻抗，抑制部分干扰信号。

　　（5）良好的接地系统

　　接地是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地系统可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，所以必须确保钢化系统电控柜中的所有设备接地良好。要求使用短、粗的接地线（建议采用金属网，因其在高频时阻抗较低）连接到公共地线上，与变频器相连的控制设备要与其共地。且要求接地电阻小于4 Ω，否则需要增加接地极进行改善。

　　我国是一个平板玻璃生产大国，平板玻璃工业经过多年的高速发展，取得了很大的成绩。从行业的整体看，在生产规模、产品结构、技术结构等方面有了很大的发展变化。平板玻璃企业已经发展到200余家，平板玻璃企业数量、浮法玻璃生产线数量、平板玻璃年产量三项指标位居。阿尔法变频器在玻璃加工行业的应用，经过长期的开发和探索，已经具有良好的口碑，有着非常广阔的市场前景。