1 概述

　　交流电路中，在电源与负载之间串接入电力电子器件，由电力电子器件及其附件或辅助电路，对交流电力进行控制或开关的电力电子设备，即为半导体交流电力控制器，简称交流控制器。按不同控制方式，交流控制器可分为交流调压器、交流调功器和交流电力电子开关等三种型式。

　　晶闸管交流调功器采用过零触发电路、周波数控制方式，输出O一100%可调节的波形呈正弦波群的电压和电流，使负载从电源吸取功率的平均值连续平滑可凋。调功器避免了相位控制时缺角正弦波产生的无线电射频干扰，使晶闸管触发导通时的瞬态浪涌电流di/dt大为减少。它用于以镍络或铁镍铝等电阻材料为发热元件的电加热器的温度自动控制，与PID温度凋节仪或计算机、温度传感器和电加热器组成闭环温控系统，温控精度可达±0.5%一1%。下面以某钢铁公司制氧厂晶闸管交流调功器的应用为例进行分析。

　　2晶闸管交流调功器与加热器的系统图

　　结合工艺要求，该公司制氧厂分子筛再生电加热器为：三相电源，380V，Y接法，总功率624kW，电热元件共有78支，每支8kW，分两组，ABC0组功率为336kW(功率不可调)(如图1)，A’B’C’0’组功率为288kW(用晶闸管交流调功器调节)。‘其中晶闸管交流调功器基本原理框图见图2。

　　

　　图1 晶闸管交流调功

　　

　　图2调功器基本器与加热器系统图原理框图

　　图2中，点画线部分为调功器。快速熔断器Fu、反并联晶闸管Ⅵ‘、电流互感器TA等组成调功器主电路。零脉冲电路(1)、导通比电路(2)、过流截止电路(3)、“与”门电路(4)和脉冲变压器(5)组成晶闸管控制电路。电加热器负载RL，温度传感器BST及PID凋节器通过外控开关S与调功器组成闭环控制，可自动调节温度。

　　“与”门电路(4)接受三个信号。首先是电路(1)发出的与电源电压波形过零点同步的触发脉冲，即“零脉冲”信号;其次是电路(2)周期性输出的高电平连续可调的导通比(占空比)信号;第三是过流截止信号。只要主电路没有出现过电流，电路(3)就输出高电平，“与”门电路与脉冲变压器均输出与电源电压过流点同步的、数目连续可调的触发脉冲，使VT相应导通。所以，调功器输出功率可在零与全功率(导通比为1，即连续导通时的输出功率)输出之间平滑可调。

　　3 晶闸管交流调功器原理

　　晶闸管交流调功器包括周波控制器、温度显示及控制仪表、反并联可控硅、快速熔断器、过电流保护、音响报警、电源电压表、输出功率表。电路方框图如图3。

　　

　　图3现场所用晶闸管交流调功器电源方框图

　　3.1 三相晶闸管交流调功器主电路联结型式

　　三相晶闸管交流调功器主电路图联结型式有六种

　　(1)带中性线联结(1型电路)见图4(a);

　　(2)开三角联结(2型电路)见图4(b);

　　(3)无中线星形联结(3型电路)见图4(c);

　　(4)三相两线控制联结(4型电路)见图4(d);

　　(5)三相单方向控制联结控制(5型电路)见图4(e);

　　(6)星形中心控制联结控制(6型电路)见图4(f)。

　　该公司所用晶闸管交流调功器是无中线星形联结。该电路的三相晶闸管交流调功器可以接星形负载，也可接三角形负载。其特点是由两相构成回路，由此可知：该联结型式触发电路必须是双脉冲，或者是宽度大于>60。单脉冲。同时，从波形分析可知：该联结电路对晶闸管的耐压和电压上升率的要求都提高了;而且对星形负载，由于中点漂移，负载中点与接地外壳的耐压水平必须按线电压进行考虑。由于该联结型式负载联结方式灵活，既可星形又可三角形，而且不用中线，对图4(/It)所示联结可省1/4的敷线投资，因此是一种颇受欢迎的三相交流调功器主电路联结型式。

　　

　　图4三相晶闸管交流调功器主电路联结型式

　　晶闸管额定通态电流(有效值)为电路额定电流的两倍，留有充分的余量，其型号为KTY3Z一3—1000A/1200V，额定容量660kW，冷却方式为风冷。

　　晶闸管按通间隔是连续的或是间隔的，分为连续式(又称定周期式)和间隔式(又称变周期式)，本调功器为变周期周波控制器，其输出的正弦波是均匀分布的，其中重复周期以最小正弦波间隔安排。例如最小周期是输出功率50%的时候，周期40ms(0.04s)，即导通1个周波，关断1个周波。在最大和最小输出功率时周期最大，如：在输出功率为99.9%，周期20s，即导999个周波，关断一个周波;在输出功率为O.1%时，周期亦20s，即导通一个周波，关999个周波。其输出波形如图5。

　　

　　图5变周期晶闸管交流调功器输出波形

　　该公司所用晶闸管交流调功器控制器接受温度控制仪表输入信号，控制触发脉冲是否输出和输出的时间，也就是控制输出功率的大小。控制器还接受继电器送来的保护信号迅速截止触发脉冲，使晶闸管立即关断，而不受过载或短路电流的损害。另外通过转换开关，还可以手动控制。

　　3.2保护及报警

　　快速熔断器FU担任短路保护及过载保护。

　　温度控制器设有超温保护，当温度超过设定温度上限时，其内部无触点开关迅速闭合，使TG—G周波控制器的P+P一端子短接，触发脉冲立即停止输出，使晶闸管迅速关断。

　　所有保护动作，均发出报警声响和闪光信号，以引起值班人员注意。

　　3.3指示及测量

　　电源输人端各相有信号灯指示，输出端各相有信号灯。在电源两相间有交流电压PV测量线电压;调功器输出各相有积分功率PW测量输出功率百分值。积分功率表PW用电位器RP在额定功率调至满度。

　　3.4自动温度控制

　　温度的自动控制由温度自动控制仪完成，现代温度控制仪具有下述功能：

　　①实测温度和设定温度的数字显示;

　　②温度上限和下限报警的设置;

　　③输出控制功率执行信号，模拟信号或逻辑信号;

　　④使温度上升不过冲和很快稳定的P、I、D控制参数，P、I、D参数可调范围宽。

　　停电后无须重新设置设定点;少量的操作按钮，面板整洁。

　　3.5零线和接地

　　机柜内接入零线(N)、相线(L)，以供给仪表、调功器工作220V电源，消耗功220VA。

　　机柜下部备有接地螺栓，专用于机柜保护接地，接地电阻小于0.4Ω，不得做零线使用。

　　4现场所用晶闸管交流调功器操作

　　做完相应整机检查后，可以开机。

　　接通电源，合上自动空气开关，电压表应指示电源电压380V±10%，三个电源指示灯亮。系统中温控仪表指示灯亮。

　　按下启动按钮打开柜后门检查每个晶闸管上的冷却风扇是否转动，晶闸管散热器带电，严禁用手触及。

　　经过上述检查开始工作。将控制器面板上“手动一自动”转换开关拨至“手动”，将“远程一本机”开关选择至“本机”及将手动调节旋钮反时针旋到底，然后将电源开关按至“开”，绿色指示灯发光。

　　手动调节加热功率：顺时针旋转手动调节旋钮，系统中TG上的红色指示灯即按1s左右周期闪光，同时槽型表头上的指针指出加热功率的百分比，加热功率越大，输出端各相信号灯的时间越长：当旋钮旋至最大时，输出端各相有信号灯长亮，加热功率为100%，在机柜上部的积分功率表也同时指出功率的百分比，并且三个输出指示灯也闪烁发光。

　　自动控制温度;将转换开关按至“自动”(AUT)处，此时调功器即由温控仪自动控制。一般控制时，如加热器实际温度远离设定值，将全功率加热，直至加热器温度接近设定值，然后加热器功率将按P、I、D曲线，自动将温度稳定在设定值。

　　当负载短路、过载，面板上相应的灯发亮，系统中扬声器发出报警声，此时按下系统中停止按钮，拉开电源输入开关关闭电源，检查并排除故障后，再次启动。

　　停机时将系统中TG“手动调节”旋钮反时针旋到底，按下停止按钮，断开自动空气开关。

　　5结束语

　　晶闸管交流调功器不能平滑调节电压，不能用普通电压表、电流表测量，在晶闸管断续通断时，电源变压器和负载受电流通、断冲击，且负载电流中存在高次诣波(频率低于基波的诣波)分量，所以调功器的应用受到一定的限制。

　　但晶闸管交流调功器，以改变周期内周波数连续控温，精度高，温度波动小，是一种新型的控温方式;其采取正弦波过零触发方式，输出为完整的正弦波，因而其幅射干扰、传导干扰和负载电流的瞬态浪涌也最小;其运行时无噪音，寿命长，效率比电磁装置高(达99%)，功率因数也(eos‘p=1)，有利于节能。

　　参考文献

　　[1] 中国电-r&术学会电力.电子学会组鳊：王兆安、张明勋主编.电力电子设备设计和应用手册【s].2版，北京机械工业出版社2002

　　[2】晶闸管交流调功器一自动控帝j温度晶闸管功率调功器一说明书[z].四川荚杰电气有限公司。2003