新型數/模晶閘管功率控制器實驗方法研究小

趙志峰

（福建省產品質量檢驗研究院電工產品檢驗研究所，福建 福州 350001）

摘 要：結合國家標準《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）和企業的技術要求，對三相新型模/數晶閘管功率控制器進行了主要性能試驗，測試項目包括晶閘管功率控制器的額定容量、電壓電流等。實驗過程符合標準要求，實測值達到樣品額定數值，實驗達到預期設計目的。

關鍵詞：晶閘管；功率控制器；額定容量；實驗

中圖分類號：TQ171.77+7；TM76 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0002-02

晶閘管功率控制器亦稱為晶閘管調功器。晶閘管是目前最適合可控硅功率控制器的元件，沒有可替代的材料。據國家相關部門的調研統計，可控硅功率控制器幾乎覆蓋所有耗電量大的行業，目前以玻璃行業、熱處理行業和涂裝設備行業市場規模最大。

本次試驗利用測試電機用的國內外較先進的測試儀器設備，對“新型模/數晶閘管功率控制器”做了主要性能實驗，也是對此類產品的定額試驗做的新的有效嘗試。

1 原理分析

目前，大多晶閘管控制器產品的設計還停留在模擬控制方式上，有的雖然采用單片機控制，但也存在功能簡單、適用范圍窄等問題。本次測試樣品——新型模/數晶閘管功率控制器，如圖1所示，其主要創新表現在：晶閘管驅動使用專用芯片，產生固定頻率的脈沖波；用數字化設計主回路，采用晶閘管反并聯結構，減少功率調節器功耗損失，降低產品開關的切換損；線路采用多層布線技術，使直流母線的寄生電感達到最小，使各模塊工作的安全可靠性大大提高；控制核心采用高速單片機，具有開環恒定輸出電壓、恒定輸出電流、恒定輸出功率、調功（過零）和LZ等控制方式；輸出部分采用無觸點輸出方式，改變了傳統的繼電器輸出技術，模擬量輸出輸入采用串行AD/DA。

1.1 主要技術指標

新型模/數晶閘管功率控制器主要的技術指標有：①輸入主回路電壓為3AC380 V，45～65 Hz；控制電源為AC100～240 V，45～65 Hz，0.5A；風機電源為AC220 V，45/60 Hz。②輸出電壓。輸入電壓的0～95%（移相控制）；額定電流50 A。③控制方式。控制方式有開環、恒壓、恒流、恒功率、調功（過零）和LZ控制等。④負載性質。阻性、變壓器一次側。⑤主要控制信號。模擬、數字、通訊給定。⑥控制參數設置。包括鍵盤、通訊設置。⑦防護等級。比如IP00等。

1.2 功率控制器控制原理

1.2.1 恒功率控制

通過對電壓、電流的檢測，將二者相乘得到功率信號，以此作為負載的功率反饋。當負載變化或電網電壓發生波動時，在控制器輸出電壓和電流有充分的調節余量時，輸出功率保持恒定。

1.2.2 調功（過零觸發）控制

閉環控制能夠恒定輸出電壓（電流、功率）的大小，并具有修正因擾動而產生偏離希望值的能力，但其存在對電網的諧波污染問題。針對這一情況，特別是在做純加熱使用時，可以采用調功控制，以消除對電網的諧波污染。

1.2.3 LZ控制

某些負載在冷態或熱態時電阻值變化較大。如果在冷態時直接采用調功控制，會因調功控制無電流限制，可能造成過電流而損壞控制器。針對這種冷態時電阻值小，熱態時電阻值大的負載，可以采用 LZ控制方式（連續/調功綜合控制）。在開始工作時（冷態），采用移相觸發方式，恒定輸出電壓、電流或功率；當負載達到熱態，其電阻值穩定時，轉為調功控制方式。

1.2.4 開環控制

開環控制時，無限制功能，給定與輸出電壓間為非線性關系，此功能一般應用于控制器的功能檢查或有外部閉環控制中。

2 實驗部分

本實驗主要測試的項目有：額定容量、額定電流、輸出電壓等。測試樣品——新型模/數晶閘管功率控制器，采用內置溫控模塊，實現功率調節和溫度控制一體化，此技術的實現改變了傳統中功率調節和溫度控制分離控制的狀態。根據產品的這一主要性能特點和樣品廠家的主要技術要求指標，此次實驗采用直接負載法。在額定電流和正常使用條件下，樣品運行達到熱穩定狀態，以監測樣品主控器件的溫度變化來判定樣品是否達到溫升實驗要求。在溫升實驗通過條件下，可測得樣品的額定容量、額定電流和輸出電壓等。

2.1 溫升實驗系統的組成

根據樣品主要技術指標，以上海創想電源設備公司的

Discussion Substation Reactive Power Compensation Device Over-voltage Protection

Zhuang Jia

Abstract： Currently， there are some urgent problems of capacitance protection devices substation. In this regard， in-depth study of the substation reactive power compensation device over-voltage protection， voltage protection against poor reliability， low input capacitors and other issues are analyzed and presented ideas and methods to solve problems and improve the integration capacitor protection of fundamental and reactive power compensation device voltage protection safety reliability.

Key words： substation； reactive power compensation； devices； over-voltage； protection

FCZ3000阻性負載箱負載（功率因素COSφ=1.0）作為本次試驗的負載系統，接入測量儀表采用橫河公司的WT3000高精度功率分析儀，配合樣品加載的測試系統為石家莊新三佳電機測試系統。

2.2 實驗依據

本實驗的依據：《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）和企業產品的技術指標。

2.3 實驗準備

石家莊新三佳電機測試系統連接樣品輸入端，作為輸入控制系統；樣品輸出端接入FCZ3000負載箱，WT3000高精度功率分析儀接入負載系統，構成本次實驗的測試系統。

2.4 實驗過程

2.4.1 溫升實驗

《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）中規定了樣品各部位溫升限值，實驗前先對下述樣品中的各個監控點用632膠水焊住熱電偶探針，監控溫升的儀器采用橫河公司的MV1012無紙溫度記錄儀，同時記錄冷態環溫和環境濕度。

實驗開始，樣品、測試系統、負載系統上電運行，緩慢調節新三佳電機測試系統電流輸出值，使樣品工作電流達到樣品標稱輸出的50 A。在試驗過程中，密切觀察實驗樣品的外部表征變化，如果有明顯發熱、冒煙、火花等現象，需及時進行處理。負載箱系統工作正常狀態下，可從WT3000測量儀表中得到被測樣品在額定負載情況運行下的主要技術主要參數，例如工作電壓UA、UB、UC，工作電流IA、IB、IC，有功功率P1、P2，功率因素等。在確認樣品輸出穩定正常后，再每間隔0.5 h，記錄WT3000高精度功率分析儀中三相電壓、三相電流等樣品主要參數，并與對應時間的熱電偶數據同時記入試驗中。

判定樣品達到熱穩定狀態條件為：當樣品各部位溫度在單位1 h內溫升變化不超過1 K，視為樣品達到熱穩定狀態。

本實驗樣品（新型數/模晶閘管功率控制器）經過3 h的額定負載實驗，在輸入50 A的額定電流2 h.運行后，MV1012記錄儀監測各主要部件在單位時間內溫度無明顯波動，熱電偶溫度曲線達到平滑正常，不再有1 K范圍內的跳動變化。這表明樣品已達到熱穩定狀態，且樣品運行穩定風機工作正常，樣品溫升實驗完成。

圖2 新型數/模晶閘管功率控制器溫升圖

2.4.2 輸出電壓實驗

輸入電壓保持額定，減小樣品的工作電流至5 A，使樣品工作處于輕載狀態，用泰克AFG3022信號發生器給定樣品的數字信號DC5 V、20 mA，調節樣品的電壓輸出，電壓范圍可在0～361 V之間調節。

2.5 測試數據匯總

在阻性負載功率因素COSφ=1.0條件下，實驗結束。樣品各主要參數匯總、額定容量由標準（JB/T 3283—2010）中計算公式可得，.

2.6 樣品參數、波形圖

樣品在熱穩定狀態下收集的

實時參數、。

3 實驗結果

新型數模晶閘管功率控制器

試驗結果.

表2檢測結果表明，本試驗

對于此類（新型模/數晶閘管功率

控制器）產品的測試方法是正確可行的，測試結果能與標準中的數值對應，并與企業的技術要求中提供的數值相吻合。實驗過程符合標準程序，實驗結果得到企業認可。

4 結束語

此次實驗過程符合標準程序，實驗結果準確有效，實驗方法可行合理，不僅為今后測試相關產品提供了參考，也為今后檢測機構大批量測試此類產品打下良好的實踐基礎。

參考文獻

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]馬思爾、瓦馬、徐政.基于晶閘管的柔性交流輸電控制裝置[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]中華人民共和國工業和信息化部.JB/T 3283—2010 晶閘管交流電力控制器[S].北京：中國標準化出版社，2010.

〔編輯：李玨〕

Key words： substation； reactive power compensation； devices； over-voltage； protection

FCZ3000阻性負載箱負載（功率因素COSφ=1.0）作為本次試驗的負載系統，接入測量儀表采用橫河公司的WT3000高精度功率分析儀，配合樣品加載的測試系統為石家莊新三佳電機測試系統。

2.2 實驗依據

本實驗的依據：《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）和企業產品的技術指標。

2.3 實驗準備

石家莊新三佳電機測試系統連接樣品輸入端，作為輸入控制系統；樣品輸出端接入FCZ3000負載箱，WT3000高精度功率分析儀接入負載系統，構成本次實驗的測試系統。

2.4 實驗過程

2.4.1 溫升實驗

《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）中規定了樣品各部位溫升限值，實驗前先對下述樣品中的各個監控點用632膠水焊住熱電偶探針，監控溫升的儀器采用橫河公司的MV1012無紙溫度記錄儀，同時記錄冷態環溫和環境濕度。

實驗開始，樣品、測試系統、負載系統上電運行，緩慢調節新三佳電機測試系統電流輸出值，使樣品工作電流達到樣品標稱輸出的50 A。在試驗過程中，密切觀察實驗樣品的外部表征變化，如果有明顯發熱、冒煙、火花等現象，需及時進行處理。負載箱系統工作正常狀態下，可從WT3000測量儀表中得到被測樣品在額定負載情況運行下的主要技術主要參數，例如工作電壓UA、UB、UC，工作電流IA、IB、IC，有功功率P1、P2，功率因素等。在確認樣品輸出穩定正常后，再每間隔0.5 h，記錄WT3000高精度功率分析儀中三相電壓、三相電流等樣品主要參數，并與對應時間的熱電偶數據同時記入試驗中。

判定樣品達到熱穩定狀態條件為：當樣品各部位溫度在單位1 h內溫升變化不超過1 K，視為樣品達到熱穩定狀態。

本實驗樣品（新型數/模晶閘管功率控制器）經過3 h的額定負載實驗，在輸入50 A的額定電流2 h.運行后，MV1012記錄儀監測各主要部件在單位時間內溫度無明顯波動，熱電偶溫度曲線達到平滑正常，不再有1 K范圍內的跳動變化。這表明樣品已達到熱穩定狀態，且樣品運行穩定風機工作正常，樣品溫升實驗完成。

圖2 新型數/模晶閘管功率控制器溫升圖

2.4.2 輸出電壓實驗

輸入電壓保持額定，減小樣品的工作電流至5 A，使樣品工作處于輕載狀態，用泰克AFG3022信號發生器給定樣品的數字信號DC5 V、20 mA，調節樣品的電壓輸出，電壓范圍可在0～361 V之間調節。

2.5 測試數據匯總

在阻性負載功率因素COSφ=1.0條件下，實驗結束。樣品各主要參數匯總、額定容量由標準（JB/T 3283—2010）中計算公式可得，.

2.6 樣品參數、波形圖

樣品在熱穩定狀態下收集的

實時參數、。

3 實驗結果

新型數模晶閘管功率控制器

試驗結果.

表2檢測結果表明，本試驗

對于此類（新型模/數晶閘管功率

控制器）產品的測試方法是正確可行的，測試結果能與標準中的數值對應，并與企業的技術要求中提供的數值相吻合。實驗過程符合標準程序，實驗結果得到企業認可。

4 結束語

此次實驗過程符合標準程序，實驗結果準確有效，實驗方法可行合理，不僅為今后測試相關產品提供了參考，也為今后檢測機構大批量測試此類產品打下良好的實踐基礎。

參考文獻

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]馬思爾、瓦馬、徐政.基于晶閘管的柔性交流輸電控制裝置[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]中華人民共和國工業和信息化部.JB/T 3283—2010 晶閘管交流電力控制器[S].北京：中國標準化出版社，2010.

〔編輯：李玨〕

Key words： substation； reactive power compensation； devices； over-voltage； protection

FCZ3000阻性負載箱負載（功率因素COSφ=1.0）作為本次試驗的負載系統，接入測量儀表采用橫河公司的WT3000高精度功率分析儀，配合樣品加載的測試系統為石家莊新三佳電機測試系統。

2.2 實驗依據

本實驗的依據：《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）和企業產品的技術指標。

2.3 實驗準備

石家莊新三佳電機測試系統連接樣品輸入端，作為輸入控制系統；樣品輸出端接入FCZ3000負載箱，WT3000高精度功率分析儀接入負載系統，構成本次實驗的測試系統。

2.4 實驗過程

2.4.1 溫升實驗

《晶閘管交流電力控制器》（JB/T 3283—2010）中規定了樣品各部位溫升限值，實驗前先對下述樣品中的各個監控點用632膠水焊住熱電偶探針，監控溫升的儀器采用橫河公司的MV1012無紙溫度記錄儀，同時記錄冷態環溫和環境濕度。

實驗開始，樣品、測試系統、負載系統上電運行，緩慢調節新三佳電機測試系統電流輸出值，使樣品工作電流達到樣品標稱輸出的50 A。在試驗過程中，密切觀察實驗樣品的外部表征變化，如果有明顯發熱、冒煙、火花等現象，需及時進行處理。負載箱系統工作正常狀態下，可從WT3000測量儀表中得到被測樣品在額定負載情況運行下的主要技術主要參數，例如工作電壓UA、UB、UC，工作電流IA、IB、IC，有功功率P1、P2，功率因素等。在確認樣品輸出穩定正常后，再每間隔0.5 h，記錄WT3000高精度功率分析儀中三相電壓、三相電流等樣品主要參數，并與對應時間的熱電偶數據同時記入試驗中。

判定樣品達到熱穩定狀態條件為：當樣品各部位溫度在單位1 h內溫升變化不超過1 K，視為樣品達到熱穩定狀態。

本實驗樣品（新型數/模晶閘管功率控制器）經過3 h的額定負載實驗，在輸入50 A的額定電流2 h.運行后，MV1012記錄儀監測各主要部件在單位時間內溫度無明顯波動，熱電偶溫度曲線達到平滑正常，不再有1 K范圍內的跳動變化。這表明樣品已達到熱穩定狀態，且樣品運行穩定風機工作正常，樣品溫升實驗完成。

圖2 新型數/模晶閘管功率控制器溫升圖

2.4.2 輸出電壓實驗

輸入電壓保持額定，減小樣品的工作電流至5 A，使樣品工作處于輕載狀態，用泰克AFG3022信號發生器給定樣品的數字信號DC5 V、20 mA，調節樣品的電壓輸出，電壓范圍可在0～361 V之間調節。

2.5 測試數據匯總

在阻性負載功率因素COSφ=1.0條件下，實驗結束。樣品各主要參數匯總、額定容量由標準（JB/T 3283—2010）中計算公式可得，.

2.6 樣品參數、波形圖

樣品在熱穩定狀態下收集的

實時參數、。

3 實驗結果

新型數模晶閘管功率控制器

試驗結果.

表2檢測結果表明，本試驗

對于此類（新型模/數晶閘管功率

控制器）產品的測試方法是正確可行的，測試結果能與標準中的數值對應，并與企業的技術要求中提供的數值相吻合。實驗過程符合標準程序，實驗結果得到企業認可。

4 結束語

此次實驗過程符合標準程序，實驗結果準確有效，實驗方法可行合理，不僅為今后測試相關產品提供了參考，也為今后檢測機構大批量測試此類產品打下良好的實踐基礎。

參考文獻

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]馬思爾、瓦馬、徐政.基于晶閘管的柔性交流輸電控制裝置[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]中華人民共和國工業和信息化部.JB/T 3283—2010 晶閘管交流電力控制器[S].北京：中國標準化出版社，2010.

〔編輯：李玨〕