晶閘管交流調(diào)壓器輸出電流波形畸變?cè)蚍治鰣?bào)告

1、TR = TR = 1usTF = 1usPW = 2msPER = 10ms晶閘管交流調(diào)壓器輸出電流波形畸變?cè)蚍治銮刈媸a 2008 年9月4日根據(jù)The philosophy of ac voltage regulation 一文所述的工作原理，導(dǎo)致大電流變壓器次 級(jí)電流波形畸變是因?yàn)橐韵氯齻€(gè)因素綜合作用的結(jié)果：變壓器的漏感偏大，也即變壓器（包括次級(jí)負(fù)載）的功率因數(shù)過低。晶閘管門極觸發(fā)脈沖的寬度不夠。晶閘管門極過零觸發(fā)。下面結(jié)合電路仿真波形解釋這三個(gè)因素造成電流波形畸變的原因。圖1是仿真用的模擬電路， 圖中紅色虛線框是交流電源 的等效電路，其中L4和R5 分別代表前級(jí)變壓器的漏感 和線圈電

2、阻。藍(lán)色虛線框是 大電流變壓器等效電路，其 中Ls1和Ls2分別代表大電 流變壓器初級(jí)漏感和折算到 初級(jí)的次級(jí)漏感，Lm是變 壓器勵(lì)磁電感，Rm代表變 壓器鐵心損耗的電阻，RL 是折算到變壓器初級(jí)的次級(jí) 負(fù)載電阻。1 / 3V1V2TRTFR50.01 2L4I th1I th2I 1 / 3V1V2TRTFR50.01 2L4I th1I th2I LmI RL圖交流電源電壓I G010vW1890/27C11us1us0.8mh10mHR3 0.28交流調(diào)壓原理中已經(jīng)說明：功率因數(shù)越低，晶閘管門極觸發(fā)遲后角a越小，則晶閘管電流波形的寬度越大。對(duì)于大電流變壓器次級(jí)負(fù)載電阻都很小，而變壓器次級(jí)

3、電感（包括變壓器次級(jí)漏感和次級(jí)大電 流導(dǎo)線寄生電感）可能會(huì)大于次級(jí)負(fù)載電阻，這就造成變壓器的功率因數(shù)很低，再用過零觸發(fā)（見 圖2中的觸發(fā)脈沖電流波形IG）的結(jié)果是晶閘管th1首次導(dǎo)通電流波形寬度大于 180 o，而晶閘管 th2的觸發(fā)脈沖寬度延伸不到th1導(dǎo)電結(jié)束之后，因此晶閘管 th2不能導(dǎo)電，此后的結(jié)果是只有 th1晶閘管半邊工作（見圖2中的晶閘管th1電流Ithi波形，th2的電流Ith2始終是0）。因?yàn)橹挥衪h1半邊工作，變壓器勵(lì)磁電感電流IL也是單方向電流，th1每次導(dǎo)電就使Lm儲(chǔ)能增加（即ILm上升），th1截止時(shí)，Lm向負(fù)載釋放儲(chǔ)能（即ILm衰減），所以在上電之后ILm波形 是逐

4、漸爬升。變壓器負(fù)載電流IRL = Ith1 - ILm，圖中Irl波形即有正弦畸變。還應(yīng)說明：圖中Irl波形存在暫態(tài)分量，這是因?yàn)榉抡骐娐分械淖儔浩鞯刃щ娐反渭?jí)沒有電隔離。上述半邊晶閘管導(dǎo)電現(xiàn)象可以用實(shí)測(cè)變壓器初級(jí)電流波形（如圖2中的Ithi，不存在負(fù)向波形）得到證明。因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)電流中存在暫態(tài)分量（直流分量），所以應(yīng)該用霍爾電流傳感器采取電 流信號(hào)。消除電流波形畸變的合理方法導(dǎo)致大電流變壓器次級(jí)電流波形畸變的三個(gè)因素中大電流變壓器和晶閘管觸發(fā)電路都已經(jīng)定 型，可以不予變更，在此基礎(chǔ)上可以采取兩項(xiàng)措施消除電流波形畸變： 減小變壓器次級(jí)輸出導(dǎo)線的寄生電感，提高功率因數(shù)，在消除電流波形畸變的同時(shí)

5、，還可以 減小無功電流在大電流導(dǎo)線中的損耗（即節(jié)能）。減小大電流導(dǎo)線寄生電感的方法是用銅排取代軟電纜。將兩根銅排緊靠在一起，兩銅排間夾 一層很薄的絕緣，當(dāng)有大電流時(shí)，兩根銅排周圍的磁通相互抵消，表明寄生電感大大減小。更合理的措施是盡量降低變壓器的漏感，為此在定制變壓器時(shí)應(yīng)提出短路阻抗壓降（例如短 路阻抗壓降2% ），以進(jìn)一步提高功率因數(shù)。 根據(jù)交流調(diào)壓的理論，當(dāng)晶閘管觸發(fā)角a等于負(fù)載功率因數(shù)角中時(shí)，就可以消除電流暫態(tài)分 量。為此應(yīng)挨棄過零觸發(fā)，將晶閘管門極觸發(fā)遲后角調(diào)大，在無法知道負(fù)載功率因數(shù)的情況下，可 以通過實(shí)驗(yàn)試探幾次，達(dá)到負(fù)載電流波形沒有畸變即可。更合理的措施是將晶閘管門極觸發(fā)脈沖寬度

6、加寬。圖3是仿真的其它條件與前同，僅將晶閘管門極觸發(fā)角增大到 54o （ 3ms ）所得的波形。從 變壓 器初級(jí)電壓和變壓器初級(jí)電流 波形間的相位差角（即功率因數(shù)角）為 59.4 o，出觸發(fā)角和功率因數(shù) 角間的差為 59.4。一 54。= 5.4。而觸發(fā)脈沖寬度為2ms，換算成電角度為18000X 2x 10-3 = 36。 5.4。，這就表明可以避免只有單邊 晶閘管工作，也就避免了電流波形畸變。變壓器初級(jí)電壓變壓器初級(jí)電流功率因數(shù)角59.4 o交流電源電壓IGIth1Ith2ILmIRL圖3-100V-4 0A0s4 0ms60ms8 0ms100ms120ms14 0ms160ms18 0ms200ms100SEL-100V(Ls1：1) I(Ls1) TOC o 1-5 h z ,00V40V0V0V00V-40V1 V(th1:A) 2 V(R40ms60