图1 晶闸管交流调功器与加热炉的系统图

图2 调功器基本原理框图

    图中，点画线部分为调功器。快速熔断器FU、反并联晶闸管VT、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。电炉负载RL，温度传感器BST及PID调节器通过外控开关S与调功器组成闭环控制，可自动调节电路温度。
　　
    “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；第三是过电流截止信号。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零点同步的、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，既连续导通时的输出功率）输出之间平滑可调。
　　
    三 现场所用晶闸管交流调功器原理
　　
    现场所用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、输出功率表及电源输入/输出信号表。其电路方框图如图3。

图3 现场所用晶闸管交流调功器电路方框图

    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联结型式有六种：
　　①带中线星形联结（1型电路） 图4a;
　　②开三角联结（2型电路）图4b;
　　③无中线星形联结（3型电路） 图4c;
　　④三相两线控制联结（4型电路） 图4d;
　　⑤三相单方向控制联结（5型电路） 图4e;
　　⑥星形中心控制联结（星点三角形电路）图4f。

图4 三相晶闸管交流调功器主电路联结型式

    现场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，也可以接三角形负载。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，既可星形有可三角形，而且不用中线，对图4a所示联结可省去了1/4的敷线投资，因此是一种颇受用户欢迎的三相交流调功器主电路联结型式。
　　
    晶闸管额定通态电流（有效值）为电路额定电流的二倍，留有充分的余量，其型号为KP 800A/1200V，冷却方式为风冷。
　　
　　2 控制器

    晶闸管按导通间隔是连续的或间歇的，分为连续式（又称定周期式）和间歇式（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为50%的时候，周期为40毫秒（0.04秒），即导通一个周波，关断一个周波。在最大和最小输出功率时周期最大，如在输出功率为99.9%时，周期为20秒，即导通999个周波，关断1个周波；在输出功率为0.1%时，周期亦为20秒，即导通一个周波，关断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

    现场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。另外其通过转换开关，还可以手动控制。
　　
    3 保护及报警
　　
    ＊ 快速熔断器FU担任短路及过载保护。
    ＊ 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—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，以引起值班人员的注意。 
　　
    4 指示及测量
　　
    ＊ 电源输入端各相有信号灯指示。输出端各相也有信号灯指示。
    ＊ 在电源两相间有交流电压表PV测量线电压。调功器输出各相有积分功率表PW测量输出功率百分值。
    ＊ 积分功率表PW用电位器RP在额定功率时调至满度（出厂前已调好）。
　　
    5 温度自动控制
    温度的自动控制由温度控制仪完成，现代温度控制仪具有下述功能：
　　——实测温度和设定温度的数字显示；
　　——温度上限和下限报警的设置；
　　——输出控制功率执行器信号，模拟信号或逻辑信号；
　　——使温度上升不过冲和很快稳定的P、I、D控制参数，P、I、D参数在宽的范围可调。
　　——停电后无须重新设置设定点；
　　——少量的操作按钮，面板简洁。
    对于本加热炉控制，控温精度为：0.5% ——数字式控制仪，有可调P、I、D参数，直流或逻辑输出。
　　
    6 零线和接地
　　
    机柜内接入零线（N）及相线（L），以供给仪表220V电源，消耗功率不大于220VA，零线及相线均接于端子排上。机柜下部备有接地螺栓，专用于机柜保护接地，不得当作零线输入220V电源。
　　
    四 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。
　　1 接通电源，合上自动空气开关，电压表应指示电源电压为380V±10%，三个电源指示灯发光。系统中温控仪表指示灯发光。
　　2 按下启动按扭打开机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。
　　3 经过上述检查开始工作，将系统中TG周波控制器面板右下侧开关按至“手动”（MAN），再将中间手动调节旋钮反时针旋到底，然后将左侧电源开关按至“开”，绿色指示灯发光。
　　4 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1秒左右周期闪光，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，输出端各相信号灯发光的时间越长；当旋钮旋至最大时，输出端各相信号灯长亮，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。
　　5 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，如实际炉温远离设定值，将全功率加热，直至炉温接近设定值，然后加热功率将按P、I、D曲线，自动将炉温稳定在设定值。
　　6 当负载短路、过载，系统面板上相应的灯光发亮，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。
　　7 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。
　　
    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到电流通——断冲击，且负载电流中存在次谐波（频率低于基波的谐波）分量，所以调功器的应用范围受到一定的限制。

    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，因而其辐射干扰、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（cosΦ=1）,有利于节约电能。