1 概述

　　交流電路中，在電源與負(fù)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(duì)交流電力進(jìn)行控制或開關(guān)的電力電子設(shè)備，即為半導(dǎo)體交流電力控制器，簡(jiǎn)稱交流控制器。按不同控制方式，交流控制器可分為交流調(diào)壓器、交流調(diào)功器和交流電力電子開關(guān)等三種型式。

　　晶閘管交流調(diào)功器采用過零觸發(fā)電路、周波數(shù)控制方式，輸出O一100%可調(diào)節(jié)的波形呈正弦波群的電壓和電流，使負(fù)載從電源吸取功率的平均值連續(xù)平滑可凋。調(diào)功器避免了相位控制時(shí)缺角正弦波產(chǎn)生的無(wú)線電射頻干擾，使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的瞬態(tài)浪涌電流di/dt大為減少。它用于以鎳絡(luò)或鐵鎳鋁等電阻材料為發(fā)熱元件的電加熱器的溫度自動(dòng)控制，與PID溫度凋節(jié)儀或計(jì)算機(jī)、溫度傳感器和電加熱器組成閉環(huán)溫控系統(tǒng)，溫控精度可達(dá)±0.5%一1%。下面以某鋼鐵公司制氧廠晶閘管交流調(diào)功器的應(yīng)用為例進(jìn)行分析。

　　2晶閘管交流調(diào)功器與加熱器的系統(tǒng)圖

　　結(jié)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(diào))(如圖1)，A’B’C’0’組功率為288kW(用晶閘管交流調(diào)功器調(diào)節(jié))。‘其中晶閘管交流調(diào)功器基本原理框圖見圖2。

　　

　　圖1 晶閘管交流調(diào)功

　　

　　圖2調(diào)功器基本器與加熱器系統(tǒng)圖原理框圖

　　圖2中，點(diǎn)畫線部分為調(diào)功器。快速熔斷器Fu、反并聯(lián)晶閘管Ⅵ‘、電流互感器TA等組成調(diào)功器主電路。零脈沖電路(1)、導(dǎo)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(fù)載RL，溫度傳感器BST及PID凋節(jié)器通過外控開關(guān)S與調(diào)功器組成閉環(huán)控制，可自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度。

　　“與”門電路(4)接受三個(gè)信號(hào)。首先是電路(1)發(fā)出的與電源電壓波形過零點(diǎn)同步的觸發(fā)脈沖，即“零脈沖”信號(hào);其次是電路(2)周期性輸出的高電平連續(xù)可調(diào)的導(dǎo)通比(占空比)信號(hào);第三是過流截止信號(hào)。只要主電路沒有出現(xiàn)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(diǎn)同步的、數(shù)目連續(xù)可調(diào)的觸發(fā)脈沖，使VT相應(yīng)導(dǎo)通。所以，調(diào)功器輸出功率可在零與全功率(導(dǎo)通比為1，即連續(xù)導(dǎo)通時(shí)的輸出功率)輸出之間平滑可調(diào)。

　　3 晶閘管交流調(diào)功器原理

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

　　

　　圖3現(xiàn)場(chǎng)所用晶閘管交流調(diào)功器電源方框圖

　　3.1 三相晶閘管交流調(diào)功器主電路聯(lián)結(jié)型式

　　三相晶閘管交流調(diào)功器主電路圖聯(lián)結(jié)型式有六種

　　(1)帶中性線聯(lián)結(jié)(1型電路)見圖4(a);

　　(2)開三角聯(lián)結(jié)(2型電路)見圖4(b);

　　(3)無(wú)中線星形聯(lián)結(jié)(3型電路)見圖4(c);

　　(4)三相兩線控制聯(lián)結(jié)(4型電路)見圖4(d);

　　(5)三相單方向控制聯(lián)結(jié)控制(5型電路)見圖4(e);

　　(6)星形中心控制聯(lián)結(jié)控制(6型電路)見圖4(f)。

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

　　

　　圖4三相晶閘管交流調(diào)功器主電路聯(lián)結(jié)型式

　　晶閘管額定通態(tài)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(hào)為KTY3Z一3—1000A/1200V，額定容量660kW，冷卻方式為風(fēng)冷。

　　晶閘管按通間隔是連續(xù)的或是間隔的，分為連續(xù)式(又稱定周期式)和間隔式(又稱變周期式)，本調(diào)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(fù)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(shí)候，周期40ms(0.04s)，即導(dǎo)通1個(gè)周波，關(guān)斷1個(gè)周波。在最大和最小輸出功率時(shí)周期最大，如：在輸出功率為99.9%，周期20s，即導(dǎo)999個(gè)周波，關(guān)斷一個(gè)周波;在輸出功率為O.1%時(shí)，周期亦20s，即導(dǎo)通一個(gè)周波，關(guān)999個(gè)周波。其輸出波形如圖5。

　　

　　圖5變周期晶閘管交流調(diào)功器輸出波形

　　該公司所用晶閘管交流調(diào)功器控制器接受溫度控制儀表輸入信號(hào)，控制觸發(fā)脈沖是否輸出和輸出的時(shí)間，也就是控制輸出功率的大小?？刂破鬟€接受繼電器送來(lái)的保護(hù)信號(hào)迅速截止觸發(fā)脈沖，使晶閘管立即關(guān)斷，而不受過載或短路電流的損害。另外通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，還可以手動(dòng)控制。

　　3.2保護(hù)及報(bào)警

　　快速熔斷器FU擔(dān)任短路保護(hù)及過載保護(hù)。

　　溫度控制器設(shè)有超溫保護(hù)，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度上限時(shí)，其內(nèi)部無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)迅速閉合，使TG—G周波控制器的P+P一端子短接，觸發(fā)脈沖立即停止輸出，使晶閘管迅速關(guān)斷。

　　所有保護(hù)動(dòng)作，均發(fā)出報(bào)警聲響和閃光信號(hào)，以引起值班人員注意。

　　3.3指示及測(cè)量

　　電源輸人端各相有信號(hào)燈指示，輸出端各相有信號(hào)燈。在電源兩相間有交流電壓PV測(cè)量線電壓;調(diào)功器輸出各相有積分功率PW測(cè)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(diào)至滿度。

　　3.4自動(dòng)溫度控制

　　溫度的自動(dòng)控制由溫度自動(dòng)控制儀完成，現(xiàn)代溫度控制儀具有下述功能：

　?、賹?shí)測(cè)溫度和設(shè)定溫度的數(shù)字顯示;

　　②溫度上限和下限報(bào)警的設(shè)置;

　?、圯敵隹刂乒β蕡?zhí)行信號(hào)，模擬信號(hào)或邏輯信號(hào);

　　④使溫度上升不過沖和很快穩(wěn)定的P、I、D控制參數(shù)，P、I、D參數(shù)可調(diào)范圍寬。

　　停電后無(wú)須重新設(shè)置設(shè)定點(diǎn);少量的操作按鈕，面板整潔。

　　3.5零線和接地

　　機(jī)柜內(nèi)接入零線(N)、相線(L)，以供給儀表、調(diào)功器工作220V電源，消耗功220VA。

　　機(jī)柜下部備有接地螺栓，專用于機(jī)柜保護(hù)接地，接地電阻小于0.4Ω，不得做零線使用。

　　4現(xiàn)場(chǎng)所用晶閘管交流調(diào)功器操作

　　做完相應(yīng)整機(jī)檢查后，可以開機(jī)。

　　接通電源，合上自動(dòng)空氣開關(guān)，電壓表應(yīng)指示電源電壓380V±10%，三個(gè)電源指示燈亮。系統(tǒng)中溫控儀表指示燈亮。

　　按下啟動(dòng)按鈕打開柜后門檢查每個(gè)晶閘管上的冷卻風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動(dòng)，晶閘管散熱器帶電，嚴(yán)禁用手觸及。

　　經(jīng)過上述檢查開始工作。將控制器面板上“手動(dòng)一自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“手動(dòng)”，將“遠(yuǎn)程一本機(jī)”開關(guān)選擇至“本機(jī)”及將手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕反時(shí)針旋到底，然后將電源開關(guān)按至“開”，綠色指示燈發(fā)光。

　　手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕，系統(tǒng)中TG上的紅色指示燈即按1s左右周期閃光，同時(shí)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(hào)燈的時(shí)間越長(zhǎng)：當(dāng)旋鈕旋至最大時(shí)，輸出端各相有信號(hào)燈長(zhǎng)亮，加熱功率為100%，在機(jī)柜上部的積分功率表也同時(shí)指出功率的百分比，并且三個(gè)輸出指示燈也閃爍發(fā)光。

　　自動(dòng)控制溫度;將轉(zhuǎn)換開關(guān)按至“自動(dòng)”(AUT)處，此時(shí)調(diào)功器即由溫控儀自動(dòng)控制。一般控制時(shí)，如加熱器實(shí)際溫度遠(yuǎn)離設(shè)定值，將全功率加熱，直至加熱器溫度接近設(shè)定值，然后加熱器功率將按P、I、D曲線，自動(dòng)將溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。

　　當(dāng)負(fù)載短路、過載，面板上相應(yīng)的燈發(fā)亮，系統(tǒng)中揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，此時(shí)按下系統(tǒng)中停止按鈕，拉開電源輸入開關(guān)關(guān)閉電源，檢查并排除故障后，再次啟動(dòng)。

　　停機(jī)時(shí)將系統(tǒng)中TG“手動(dòng)調(diào)節(jié)”旋鈕反時(shí)針旋到底，按下停止按鈕，斷開自動(dòng)空氣開關(guān)。

　　5結(jié)束語(yǔ)

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

　　但晶閘管交流調(diào)功器，以改變周期內(nèi)周波數(shù)連續(xù)控溫，精度高，溫度波動(dòng)小，是一種新型的控溫方式;其采取正弦波過零觸發(fā)方式，輸出為完整的正弦波，因而其幅射干擾、傳導(dǎo)干擾和負(fù)載電流的瞬態(tài)浪涌也最小;其運(yùn)行時(shí)無(wú)噪音，壽命長(zhǎng)，效率比電磁裝置高(達(dá)99%)，功率因數(shù)也(eos‘p=1)，有利于節(jié)能。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 中國(guó)電-r&術(shù)學(xué)會(huì)電力.電子學(xué)會(huì)組鳊：王兆安、張明勛主編.電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用手冊(cè)【s].2版，北京機(jī)械工業(yè)出版社2002

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