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(fā)電路、周波數(shù)控制方式，輸出0～100%可調節(jié)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(xù)平滑可調。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(fā)導通時的瞬態(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溫度調節(jié)儀或計算機、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±0.5%～1%。本文介紹說明了晶閘管調功器在某氧氣廠加熱爐上的應用。 　　 一 晶閘管交流調功器與加熱爐的系統(tǒng)圖 　　 某氧氣廠，結合工藝要求，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）（圖1a），A′B′C′O′組功率為336KW（用晶閘管交流調功器調節(jié)）（圖1b）. [align=center] 圖1 晶閘管交流調功器與加熱爐的系統(tǒng)圖[/align] 　　 二 晶閘管交流調功器基本原理 　　 晶閘管交流調功器基本原理框圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 調功器基本原理框圖[/align] 圖中，點畫線部分為調功器?？焖偃蹟嗥鱂U、反并聯(lián)晶閘管VT、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。電爐負載RL，溫度傳感器BST及PID調節(jié)器通過外控開關S與調功器組成閉環(huán)控制，可自動調節(jié)電路溫度。 　　 “與”門電路（4）接受三個信號。首先是電路（1）發(fā)出的與電源電壓波形過零點同步的觸發(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)可調的導通比（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同步的、數(shù)目連續(xù)可調的觸發(fā)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，既連續(xù)導通時的輸出功率）輸出之間平滑可調。 　　 三 現(xiàn)場所用晶閘管交流調功器原理 　　 現(xiàn)場所用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(lián)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功器電路方框圖[/align] 1 三相晶閘管交流調功器主電路聯(lián)結型式 　　 三相晶閘管交流調功器主電路聯(lián)結型式有六種： 　?、賻е芯€星形聯(lián)結（1型電路） 圖4a; 　?、陂_三角聯(lián)結（2型電路）圖4b; 　?、蹮o中線星形聯(lián)結（3型電路） 圖4c; 　?、苋鄡删€控制聯(lián)結（4型電路） 圖4d; 　　⑤三相單方向控制聯(lián)結（5型電路） 圖4e; 　?、扌切沃行目刂坡?lián)結（星點三角形電路）圖4f。 [align=center] 圖4 三相晶閘管交流調功器主電路聯(lián)結型式[/align] 現(xiàn)場所用晶閘管交流調功器是無中線星形聯(lián)結。該電路的三相晶閘管交流調功器可以接星形負載，也可以接三角形負載。其特點是由兩相構成回路，由此可知：該聯(lián)結型式觸發(fā)電路必須是雙脈沖，或者是寬度大于60°單脈沖。同時，從波形分析可知：該聯(lián)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(lián)結型式負載聯(lián)結方式靈活，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功器主電路聯(lián)結型式。 　　 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，冷卻方式為風冷。 　　 　　2 控制器 晶閘管按導通間隔是連續(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為50%的時候，周期為40毫秒（0.04秒），即導通一個周波，關斷一個周波。在最大和最小輸出功率時周期最大，如在輸出功率為99.9%時，周期為20秒，即導通999個周波，關斷1個周波；在輸出功率為0.1%時，周期亦為20秒，即導通一個周波，關斷999個周波。其輸出波形如圖5。 [align=center] 圖5 變周期晶閘管交流調功器輸出波形[/align] 現(xiàn)場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(fā)脈沖是否輸出和輸出的時間，也就是控制輸出功率的大小?？刂破鬟€接受繼電器送來的保護信號迅速截止觸發(fā)脈沖，使晶閘管立即關斷，而不受過載或短路電流的損害。另外其通過轉換開關，還可以手動控制。 　　 3 保護及報警 　　 ＊ 快速熔斷器FU擔任短路及過載保護。 ＊ 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—端子短接，觸發(fā)脈沖立即停止輸出，使晶閘管迅速關斷。 ＊ 所有保護動作，均發(fā)出報警聲響和閃光信號，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在額定功率時調至滿度（出廠前已調好）。 　　 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： 　　——實測溫度和設定溫度的數(shù)字顯示； 　　——溫度上限和下限報警的設置； 　　——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。 　　——停電后無須重新設置設定點； 　　——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P、I、D參數(shù)，直流或邏輯輸出。 　　 6 零線和接地 　　 機柜內接入零線（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。機柜下部備有接地螺栓，專用于機柜保護接地，不得當作零線輸入220V電源。 　　 四 現(xiàn)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。 　　1 接通電源，合上自動空氣開關，電壓表應指示電源電壓為380V±10%，三個電源指示燈發(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。 　　3 經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開關按至“手動”（MAN），再將中間手動調節(jié)旋鈕反時針旋到底，然后將左側電源開關按至“開”，綠色指示燈發(fā)光。 　　4 手動調節(jié)加熱功率：順時針旋轉手動調節(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)光的時間越長；當旋鈕旋至最大時，輸出端各相信號燈長亮，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(fā)光。 　　5 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，如實際爐溫遠離設定值，將全功率加熱，直至爐溫接近設定值，然后加熱功率將按P、I、D曲線，自動將爐溫穩(wěn)定在設定值。 　　6 當負載短路、過載，系統(tǒng)面板上相應的燈光發(fā)亮，系統(tǒng)中揚聲器發(fā)出報警聲，此時按下系統(tǒng)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。 　　7 停機時將系統(tǒng)中TG“手動調節(jié)”旋鈕反時針旋到底，按下停止按鈕，斷開自動空氣開關。 　　 結束語 晶閘管交流調功器不能平滑調節(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，電源變壓器和負載受到電流通——斷沖擊，且負載電流中存在次諧波（頻率低于基波的諧波）分量，所以調功器的應用范圍受到一定的限制。 但晶閘管交流調功器，以改變周期內周波數(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、傳導干擾和負載電流的瞬態(tài)浪涌也最??；其運行時無噪音，壽命長，效率比電磁裝置高（達99%），功率因數(shù)也（cosΦ=1）,有利于節(jié)約電能。