晶閘管交流調(diào)壓器輸出電流波形畸變原因分析報告

1、TR = TR = 1usTF = 1usPW = 2msPER = 10ms晶閘管交流調(diào)壓器輸出電流波形畸變原因分析秦祖蔭 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 級電流波形畸變是因為以下三個因素綜合作用的結(jié)果：變壓器的漏感偏大，也即變壓器（包括次級負載）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 分別代表前級變壓器的漏感 和線圈電

2、阻。藍色虛線框是 大電流變壓器等效電路，其 中Ls1和Ls2分別代表大電 流變壓器初級漏感和折算到 初級的次級漏感，Lm是變 壓器勵磁電感，Rm代表變 壓器鐵心損耗的電阻，RL 是折算到變壓器初級的次級 負載電阻。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。對于大電流變壓器次級負載電阻都很小，而變壓器次級

3、電感（包括變壓器次級漏感和次級大電 流導(dǎo)線寄生電感）可能會大于次級負載電阻，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）。因為只有th1半邊工作，變壓器勵磁電感電流IL也是單方向電流，th1每次導(dǎo)電就使Lm儲能增加（即ILm上升），th1截止時，Lm向負載釋放儲能（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，這是因為仿真電路中的變壓器等效電路次級沒有電隔離。上述半邊晶閘管導(dǎo)電現(xiàn)象可以用實測變壓器初級電流波形（如圖2中的Ithi，不存在負向波形）得到證明。因為變壓器初級電流中存在暫態(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。消除電流波形畸變的合理方法導(dǎo)致大電流變壓器次級電流波形畸變的三個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)上可以采取兩項措施消除電流波形畸變： 減小變壓器次級輸出導(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

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，當有大電流時，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應(yīng)提出短路阻抗壓降（例如短 路阻抗壓降2% ），以進一步提高功率因數(shù)。 根據(jù)交流調(diào)壓的理論，當晶閘管觸發(fā)角a等于負載功率因數(shù)角中時，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，在無法知道負載功率因數(shù)的情況下，可 以通過實驗試探幾次，達到負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 器初級電壓和變壓器初級電流 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。變壓器初級電壓變壓器初級電流功率因數(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