一、概述

　　由于整流元件的特性，可以在整流電爐的閥側(cè)直接控制硅整流元件導(dǎo)通的相位角度，可以平滑的調(diào)整整流電壓的平均值，這種調(diào)壓方式稱為相控調(diào)壓。

　　相控調(diào)壓節(jié)電技術(shù)采用改善電動機(jī)外部運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)動態(tài)電量管理，是與變頻器互補(bǔ)的交流電機(jī)兩大主流節(jié)電技術(shù)之一。它利用電機(jī)輕載時(shí)效率很低這一點(diǎn)，通過降低輸入電機(jī)的端電壓來提高電機(jī)效率。由于電機(jī)輕載時(shí)的鐵耗和機(jī)械損耗與額定負(fù)載時(shí)相差很小，故輕載時(shí)它們之和在總損耗中占得比重較大，因此效率很低。若輕載時(shí)降低輸入電壓，電機(jī)的反電勢和主磁通均減小，激磁電流中的磁化電流也隨之減小，并隨鐵芯飽和程度的下降而下降很多；鐵耗基本與U1的平方成正比例，同樣也減少較大；另外負(fù)載下降時(shí)負(fù)載電流也必將減小，隨之也減少了有功損耗?？傊?，負(fù)載下降時(shí)緊跟著調(diào)低輸入電壓的確可提高功率因數(shù)和效率，減少有功損耗。

二、原理

　　相控調(diào)壓技術(shù)采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，通過實(shí)時(shí)測量電動機(jī)的電壓與電流波形，由于電動機(jī)為一感性負(fù)載，其電流與電壓波形通常存在一相位差，該相位差的大小與其負(fù)載的大小有關(guān)。相控器將實(shí)際相位差與依據(jù)電動機(jī)特性的理想相位差進(jìn)行比較，并依此來控制 SCR可控硅整流橋觸發(fā)角以給電動機(jī)提供優(yōu)化的電流和電壓，以便及時(shí)調(diào)整輸入電機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)“所供即所需”。

　　相控技術(shù)還采用了可控硅半導(dǎo)體與集成芯片檢測與控制觸發(fā)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)開關(guān)功能，其檢測和控制集成芯片的高速處理特性和 SCR的快速反應(yīng)特點(diǎn)，使得相控器裝置能自動處理各種工況下的電動機(jī)動態(tài)特性，具有軟啟動、節(jié)能、優(yōu)化運(yùn)行及保護(hù)等特性。采用最新的集成電路芯片控制技術(shù)，不斷地檢測電機(jī)的工作狀態(tài)，從而改變輸入的電壓。當(dāng)檢測到電機(jī)在輕載或負(fù)載不斷變化時(shí)，通過可控硅能在百分之一秒以內(nèi)調(diào)整輸入電機(jī)的電壓，使電機(jī)的輸出功率與實(shí)時(shí)負(fù)載剛好匹配，從而減低銅損、鐵損，改善電機(jī)啟動、停機(jī)性能，達(dá)到節(jié)電效果。

三、分析

　　單相相控交流調(diào)壓電路如圖1所示。兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)與負(fù)載串聯(lián)，通過改變控制角來調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)負(fù)載電壓有效值的作用。與晶閘管相控整流電路類似，負(fù)載性質(zhì)會對電路的工作情況有較大的影響，下面分別對純電阻負(fù)載和電感性負(fù)載進(jìn)行分析。

圖1.單相相控交流調(diào)壓電路

電阻性負(fù)載

　　電源正半周VT1承受正向電壓，在ωt=α?xí)r觸發(fā)VT1導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo=u，由于是電阻性負(fù)載，負(fù)載電流io=u/R，到ωt=π時(shí)，正半周結(jié)束，io=0，VT1關(guān)斷。此后uo=0。在電源負(fù)半周，VT2承受正向電壓，ωt=π+α?xí)rVT2被觸發(fā)導(dǎo)通，uo=u，ωt=2π時(shí)，VT2關(guān)斷。負(fù)載電壓的波形如圖2所示：

圖2.純電阻負(fù)載波形圖

負(fù)載電壓的有效值Uo為

隨著控制角的增大，負(fù)載電壓減小，控制角的移相范圍為0<α<π。由于是純電阻負(fù)載，負(fù)載電流瞬時(shí)值io與負(fù)載電壓uo呈正比關(guān)系，負(fù)載電壓有效值與負(fù)載電流有效值的關(guān)系為U0=I0R。電源側(cè)的視在功率S為S=UI0。電源輸出的有功功率P為P=U0I0。功率因數(shù)為

相控作用使電流發(fā)生滯后，并且波形也發(fā)生畸變，所以即使純電阻負(fù)載功率因數(shù)也不為1。而且控制角越大，功率因數(shù)越低，這是相控電路普遍存在的一個(gè)缺點(diǎn)。

電感性負(fù)載

　　帶電感性負(fù)載的單相交流調(diào)壓電流如圖3所示。ωt=α?xí)rVT1導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo=u，電流開始上升，由于電感的作用，io與uo不呈正比關(guān)系，電感的作用還使晶閘管延遲關(guān)斷，在電壓正半周結(jié)束后的一段時(shí)間VT1仍導(dǎo)通，直到負(fù)載電流下降到0時(shí)VT1關(guān)斷。ωt=π+α?xí)r觸發(fā)VT2，VT2的導(dǎo)通時(shí)間也將持續(xù)到負(fù)半周結(jié)束io下降到零的時(shí)刻?？梢娋чl管的導(dǎo)通角θ>π-α。電感性負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓和電流的波形如圖4所示。

圖3.帶電感性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路

圖4.感性負(fù)載波形圖

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