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)外部運行環(huán)境實現(xiàn)動態(tài)電量管理,是與變頻器互補的交流電機(jī)兩大主流節(jié)電技術(shù)之一。它利用電機(jī)輕載時效率很低這一點,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)輕載時的鐵耗和機(jī)械損耗與額定負(fù)載時相差很小,故輕載時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)載下降時負(fù)載電流也必將減小,隨之也減少了有功損耗。總之,負(fù)載下降時緊跟著調(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。
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,通過實時測量電動機(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,以便及時調(diào)整輸入電機(jī)的功率,實現(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)來實現(xiàn)無觸點開關(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,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,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)的輸出功率與實時負(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。
單相相控交流調(diào)壓電路如圖1所示。兩個晶閘管反并聯(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,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,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缺點。
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)束后的一段時間VT1仍導(dǎo)通,直到負(fù)載電流下降到0時VT1關(guān)斷。ωt=π+α?xí)r觸發(fā)VT2,VT2的導(dǎo)通時間也將持續(xù)到負(fù)半周結(jié)束io下降到零的時刻。可見晶閘管的導(dǎo)通角θ>π-α。電感性負(fù)載時負(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