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0～100%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)平滑可調(diào)。調(diào)功器避免了相位控制時(shí)缺角正弦波產(chǎn)生的無線電射頻干擾，使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的瞬態(tài)浪涌電流和di/dt大為減小。它用于以鎳鉻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控制，它與PID溫度調(diào)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%～1%。本文介紹說明了晶閘管調(diào)功器在某氧氣廠加熱爐上的應(yīng)用。 　　 一 晶閘管交流調(diào)功器與加熱爐的系統(tǒng)圖 　　 某氧氣廠，結(jié)合工藝要求，電加熱爐為：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，ABCO組功率為288KW（功率不可調(diào)）（圖1a），A′B′C′O′組功率為336KW（用晶閘管交流調(diào)功器調(diào)節(jié)）（圖1b）. [align=center] 圖1 晶閘管交流調(diào)功器與加熱爐的系統(tǒng)圖[/align] 　　 二 晶閘管交流調(diào)功器基本原理 　　 晶閘管交流調(diào)功器基本原理框圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 調(diào)功器基本原理框圖[/align] 圖中，點(diǎn)畫線部分為調(diào)功器。快速熔斷器FU、反并聯(lián)晶閘管VT、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。電爐負(fù)載RL，溫度傳感器BST及PID調(diào)節(jié)器通過外控開關(guān)S與調(diào)功器組成閉環(huán)控制，可自動調(diào)節(jié)電路溫度。 　　 “與”門電路（4）接受三個(gè)信號。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；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；第三是過電流截止信號。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零點(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，既連續(xù)導(dǎo)通時(shí)的輸出功率）輸出之間平滑可調(diào)。 　　 三 現(xiàn)場所用晶閘管交流調(diào)功器原理 　　 現(xiàn)場所用晶閘管交流調(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、輸出功率表及電源輸入/輸出信號表。其電路方框圖如圖3。 [align=center] 圖3 現(xiàn)場所用晶閘管交流調(diào)功器電路方框圖[/align] 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)功器主電路聯(lián)結(jié)型式有六種： 　?、賻е芯€星形聯(lián)結(jié)（1型電路） 圖4a; 　　②開三角聯(lián)結(jié)（2型電路）圖4b; 　?、蹮o中線星形聯(lián)結(jié)（3型電路） 圖4c; 　　④三相兩線控制聯(lián)結(jié)（4型電路） 圖4d; 　?、萑鄦畏较蚩刂坡?lián)結(jié)（5型電路） 圖4e; 　　⑥星形中心控制聯(lián)結(jié)（星點(diǎn)三角形電路）圖4f。 [align=center] 圖4 三相晶閘管交流調(diào)功器主電路聯(lián)結(jié)型式[/align] 現(xiàn)場所用晶閘管交流調(diào)功器是無中線星形聯(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，也可以接三角形負(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(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，既可星形有可三角形，而且不用中線，對圖4a所示聯(lián)結(jié)可省去了1/4的敷線投資，因此是一種頗受用戶歡迎的三相交流調(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）為電路額定電流的二倍，留有充分的余量，其型號為KP 800A/1200V，冷卻方式為風(fēng)冷。 　　 　　2 控制器 晶閘管按導(dǎo)通間隔是連續(xù)的或間歇的，分為連續(xù)式（又稱定周期式）和間歇式（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為50%的時(shí)候，周期為40毫秒（0.04秒），即導(dǎo)通一個(gè)周波，關(guān)斷一個(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%時(shí)，周期為20秒，即導(dǎo)通999個(gè)周波，關(guān)斷1個(gè)周波；在輸出功率為0.1%時(shí)，周期亦為20秒，即導(dǎo)通一個(gè)周波，關(guān)斷999個(gè)周波。其輸出波形如圖5。 [align=center] 圖5 變周期晶閘管交流調(diào)功器輸出波形[/align] 現(xiàn)場所用晶閘管交流調(diào)功器控制器接受溫度控制儀表輸入信號，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。控制器還接受繼電器送來的保護(hù)信號迅速截止觸發(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。另外其通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，還可以手動控制。 　　 3 保護(hù)及報(bào)警 　　 ＊ 快速熔斷器FU擔(dān)任短路及過載保護(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)部無觸點(diǎn)開關(guān)迅速閉合，使TG-G周波控制器的P+P—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)動作，均發(fā)出報(bào)警聲響和閃光信號，以引起值班人員的注意。 　　 4 指示及測量 　　 ＊ 電源輸入端各相有信號燈指示。輸出端各相也有信號燈指示。 ＊ 在電源兩相間有交流電壓表PV測量線電壓。調(diào)功器輸出各相有積分功率表PW測量輸出功率百分值。 ＊ 積分功率表PW用電位器RP在額定功率時(shí)調(diào)至滿度（出廠前已調(diào)好）。 　　 5 溫度自動控制 溫度的自動控制由溫度控制儀完成，現(xiàn)代溫度控制儀具有下述功能： 　　——實(shí)測溫度和設(shè)定溫度的數(shù)字顯示； 　　——溫度上限和下限報(bào)警的設(shè)置； 　　——輸出控制功率執(zhí)行器信號，模擬信號或邏輯信號； 　　——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)在寬的范圍可調(diào)。 　　——停電后無須重新設(shè)置設(shè)定點(diǎn)； 　　——少量的操作按鈕，面板簡潔。 對于本加熱爐控制，控溫精度為：0.5% ——數(shù)字式控制儀，有可調(diào)P、I、D參數(shù)，直流或邏輯輸出。 　　 6 零線和接地 　　 機(jī)柜內(nèi)接入零線（N）及相線（L），以供給儀表220V電源，消耗功率不大于220VA，零線及相線均接于端子排上。機(jī)柜下部備有接地螺栓，專用于機(jī)柜保護(hù)接地，不得當(dāng)作零線輸入220V電源。 　　 四 現(xiàn)場所用晶閘管交流調(diào)功器操作 　　 做完相應(yīng)整機(jī)檢查后，可以開機(jī)。 　　1 接通電源，合上自動空氣開關(guān)，電壓表應(yīng)指示電源電壓為380V±10%，三個(gè)電源指示燈發(fā)光。系統(tǒng)中溫控儀表指示燈發(fā)光。 　　2 按下啟動按扭打開機(jī)柜后門檢查每個(gè)晶閘管上的冷卻風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動，晶閘管散熱器帶電，嚴(yán)禁用手觸及。 　　3 經(jīng)過上述檢查開始工作，將系統(tǒng)中TG周波控制器面板右下側(cè)開關(guān)按至“手動”（MAN），再將中間手動調(diào)節(jié)旋鈕反時(shí)針旋到底，然后將左側(cè)電源開關(guān)按至“開”，綠色指示燈發(fā)光。 　　4 手動調(diào)節(jié)加熱功率：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)旋鈕，系統(tǒng)中TG上的紅色指示燈即按1秒左右周期閃光，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，輸出端各相信號燈發(fā)光的時(shí)間越長；當(dāng)旋鈕旋至最大時(shí)，輸出端各相信號燈長亮，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。 　　5 自動控制溫度：將轉(zhuǎn)換開關(guān)按至“自動”（AUT）處，此時(shí)調(diào)功器即由溫控儀自動控制。一般控制時(shí)，如實(shí)際爐溫遠(yuǎn)離設(shè)定值，將全功率加熱，直至爐溫接近設(shè)定值，然后加熱功率將按P、I、D曲線，自動將爐溫穩(wěn)定在設(shè)定值。 　　6 當(dāng)負(fù)載短路、過載，系統(tǒng)面板上相應(yīng)的燈光發(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。 　　7 停機(jī)時(shí)將系統(tǒng)中TG“手動調(diào)節(jié)”旋鈕反時(shí)針旋到底，按下停止按鈕，斷開自動空氣開關(guān)。 　　 結(jié)束語 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，電流表測量，在晶閘管斷續(xù)通斷時(shí)，電源變壓器和負(fù)載受到電流通——斷沖擊，且負(fù)載電流中存在次諧波（頻率低于基波的諧波）分量，所以調(diào)功器的應(yīng)用范圍受到一定的限制。 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，因而其輻射干擾、傳導(dǎo)干擾和負(fù)載電流的瞬態(tài)浪涌也最??；其運(yùn)行時(shí)無噪音，壽命長，效率比電磁裝置高（達(dá)99%），功率因數(shù)也（cosΦ=1）,有利于節(jié)約電能。