1 概述

　　交流電路中，在電源與負載之間串接入電力電子器件，由電力電子器件及其附件或輔助電路，對交流電力進行控制或開關的電力電子設備，即為半導體交流電力控制器，簡稱交流控制器。按不同控制方式，交流控制器可分為交流調壓器、交流調功器和交流電力電子開關等三種型式。

　　晶閘管交流調功器采用過零觸發電路、周波數控制方式，輸出O一100%可調節的波形呈正弦波群的電壓和電流，使負載從電源吸取功率的平均值連續平滑可凋。調功器避免了相位控制時缺角正弦波產生的無線電射頻干擾，使晶閘管觸發導通時的瞬態浪涌電流di/dt大為減少。它用于以鎳絡或鐵鎳鋁等電阻材料為發熱元件的電加熱器的溫度自動控制，與PID溫度凋節儀或計算機、溫度傳感器和電加熱器組成閉環溫控系統，溫控精度可達±0.5%一1%。下面以某鋼鐵公司制氧廠晶閘管交流調功器的應用為例進行分析。

　　2晶閘管交流調功器與加熱器的系統圖

　　結合工藝要求，該公司制氧廠分子篩再生電加熱器為：三相電源，380V，Y接法，總功率624kW，電熱元件共有78支，每支8kW，分兩組，ABC0組功率為336kW(功率不可調)(如圖1)，A’B’C’0’組功率為288kW(用晶閘管交流調功器調節)。‘其中晶閘管交流調功器基本原理框圖見圖2。

　　

　　圖1 晶閘管交流調功

　　

　　圖2調功器基本器與加熱器系統圖原理框圖

　　圖2中，點畫線部分為調功器。快速熔斷器Fu、反并聯晶閘管Ⅵ‘、電流互感器TA等組成調功器主電路。零脈沖電路(1)、導通比電路(2)、過流截止電路(3)、“與”門電路(4)和脈沖變壓器(5)組成晶閘管控制電路。電加熱器負載RL，溫度傳感器BST及PID凋節器通過外控開關S與調功器組成閉環控制，可自動調節溫度。

　　“與”門電路(4)接受三個信號。首先是電路(1)發出的與電源電壓波形過零點同步的觸發脈沖，即“零脈沖”信號;其次是電路(2)周期性輸出的高電平連續可調的導通比(占空比)信號;第三是過流截止信號。只要主電路沒有出現過電流，電路(3)就輸出高電平，“與”門電路與脈沖變壓器均輸出與電源電壓過流點同步的、數目連續可調的觸發脈沖，使VT相應導通。所以，調功器輸出功率可在零與全功率(導通比為1，即連續導通時的輸出功率)輸出之間平滑可調。

　　3 晶閘管交流調功器原理

　　晶閘管交流調功器包括周波控制器、溫度顯示及控制儀表、反并聯可控硅、快速熔斷器、過電流保護、音響報警、電源電壓表、輸出功率表。電路方框圖如圖3。

　　

　　圖3現場所用晶閘管交流調功器電源方框圖

　　3.1 三相晶閘管交流調功器主電路聯結型式

　　三相晶閘管交流調功器主電路圖聯結型式有六種

　　(1)帶中性線聯結(1型電路)見圖4(a);

　　(2)開三角聯結(2型電路)見圖4(b);

　　(3)無中線星形聯結(3型電路)見圖4(c);

　　(4)三相兩線控制聯結(4型電路)見圖4(d);

　　(5)三相單方向控制聯結控制(5型電路)見圖4(e);

　　(6)星形中心控制聯結控制(6型電路)見圖4(f)。

　　該公司所用晶閘管交流調功器是無中線星形聯結。該電路的三相晶閘管交流調功器可以接星形負載，也可接三角形負載。其特點是由兩相構成回路，由此可知：該聯結型式觸發電路必須是雙脈沖，或者是寬度大于>60。單脈沖。同時，從波形分析可知：該聯結電路對晶閘管的耐壓和電壓上升率的要求都提高了;而且對星形負載，由于中點漂移，負載中點與接地外殼的耐壓水平必須按線電壓進行考慮。由于該聯結型式負載聯結方式靈活，既可星形又可三角形，而且不用中線，對圖4(/It)所示聯結可省1/4的敷線投資，因此是一種頗受歡迎的三相交流調功器主電路聯結型式。

　　

　　圖4三相晶閘管交流調功器主電路聯結型式

　　晶閘管額定通態電流(有效值)為電路額定電流的兩倍，留有充分的余量，其型號為KTY3Z一3—1000A/1200V，額定容量660kW，冷卻方式為風冷。

　　晶閘管按通間隔是連續的或是間隔的，分為連續式(又稱定周期式)和間隔式(又稱變周期式)，本調功器為變周期周波控制器，其輸出的正弦波是均勻分布的，其中重復周期以最小正弦波間隔安排。例如最小周期是輸出功率50%的時候，周期40ms(0.04s)，即導通1個周波，關斷1個周波。在最大和最小輸出功率時周期最大，如：在輸出功率為99.9%，周期20s，即導999個周波，關斷一個周波;在輸出功率為O.1%時，周期亦20s，即導通一個周波，關999個周波。其輸出波形如圖5。

　　

　　圖5變周期晶閘管交流調功器輸出波形

　　該公司所用晶閘管交流調功器控制器接受溫度控制儀表輸入信號，控制觸發脈沖是否輸出和輸出的時間，也就是控制輸出功率的大小。控制器還接受繼電器送來的保護信號迅速截止觸發脈沖，使晶閘管立即關斷，而不受過載或短路電流的損害。另外通過轉換開關，還可以手動控制。

　　3.2保護及報警

　　快速熔斷器FU擔任短路保護及過載保護。

　　溫度控制器設有超溫保護，當溫度超過設定溫度上限時，其內部無觸點開關迅速閉合，使TG—G周波控制器的P+P一端子短接，觸發脈沖立即停止輸出，使晶閘管迅速關斷。

　　所有保護動作，均發出報警聲響和閃光信號，以引起值班人員注意。

　　3.3指示及測量

　　電源輸人端各相有信號燈指示，輸出端各相有信號燈。在電源兩相間有交流電壓PV測量線電壓;調功器輸出各相有積分功率PW測量輸出功率百分值。積分功率表PW用電位器RP在額定功率調至滿度。

　　3.4自動溫度控制

　　溫度的自動控制由溫度自動控制儀完成，現代溫度控制儀具有下述功能：

　　①實測溫度和設定溫度的數字顯示;

　　②溫度上限和下限報警的設置;

　　③輸出控制功率執行信號，模擬信號或邏輯信號;

　　④使溫度上升不過沖和很快穩定的P、I、D控制參數，P、I、D參數可調范圍寬。

　　停電后無須重新設置設定點;少量的操作按鈕，面板整潔。

　　3.5零線和接地

　　機柜內接入零線(N)、相線(L)，以供給儀表、調功器工作220V電源，消耗功220VA。

　　機柜下部備有接地螺栓，專用于機柜保護接地，接地電阻小于0.4Ω，不得做零線使用。

　　4現場所用晶閘管交流調功器操作

　　做完相應整機檢查后，可以開機。

　　接通電源，合上自動空氣開關，電壓表應指示電源電壓380V±10%，三個電源指示燈亮。系統中溫控儀表指示燈亮。

　　按下啟動按鈕打開柜后門檢查每個晶閘管上的冷卻風扇是否轉動，晶閘管散熱器帶電，嚴禁用手觸及。

　　經過上述檢查開始工作。將控制器面板上“手動一自動”轉換開關撥至“手動”，將“遠程一本機”開關選擇至“本機”及將手動調節旋鈕反時針旋到底，然后將電源開關按至“開”，綠色指示燈發光。

　　手動調節加熱功率：順時針旋轉手動調節旋鈕，系統中TG上的紅色指示燈即按1s左右周期閃光，同時槽型表頭上的指針指出加熱功率的百分比，加熱功率越大，輸出端各相信號燈的時間越長：當旋鈕旋至最大時，輸出端各相有信號燈長亮，加熱功率為100%，在機柜上部的積分功率表也同時指出功率的百分比，并且三個輸出指示燈也閃爍發光。

　　自動控制溫度;將轉換開關按至“自動”(AUT)處，此時調功器即由溫控儀自動控制。一般控制時，如加熱器實際溫度遠離設定值，將全功率加熱，直至加熱器溫度接近設定值，然后加熱器功率將按P、I、D曲線，自動將溫度穩定在設定值。

　　當負載短路、過載，面板上相應的燈發亮，系統中揚聲器發出報警聲，此時按下系統中停止按鈕，拉開電源輸入開關關閉電源，檢查并排除故障后，再次啟動。

　　停機時將系統中TG“手動調節”旋鈕反時針旋到底，按下停止按鈕，斷開自動空氣開關。

　　5結束語

　　晶閘管交流調功器不能平滑調節電壓，不能用普通電壓表、電流表測量，在晶閘管斷續通斷時，電源變壓器和負載受電流通、斷沖擊，且負載電流中存在高次詣波(頻率低于基波的詣波)分量，所以調功器的應用受到一定的限制。

　　但晶閘管交流調功器，以改變周期內周波數連續控溫，精度高，溫度波動小，是一種新型的控溫方式;其采取正弦波過零觸發方式，輸出為完整的正弦波，因而其幅射干擾、傳導干擾和負載電流的瞬態浪涌也最小;其運行時無噪音，壽命長，效率比電磁裝置高(達99%)，功率因數也(eos‘p=1)，有利于節能。

　　參考文獻

　　[1] 中國電-r&術學會電力.電子學會組鳊：王兆安、張明勛主編.電力電子設備設計和應用手冊【s].2版，北京機械工業出版社2002

　　[2】晶閘管交流調功器一自動控帝j溫度晶閘管功率調功器一說明書[z].四川莢杰電氣有限公司。2003