新型数/模晶闸管功率控制器实验方法研究小

赵志峰

（福建省产品质量检验研究院电工产品检验研究所，福建 福州 350001）

摘 要：结合国家标准《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）和企业的技术要求，对三相新型模/数晶闸管功率控制器进行了主要性能试验，测试项目包括晶闸管功率控制器的额定容量、电压电流等。实验过程符合标准要求，实测值达到样品额定数值，实验达到预期设计目的。

关键词：晶闸管；功率控制器；额定容量；实验

中图分类号：TQ171.77+7；TM76 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0002-02

晶闸管功率控制器亦称为晶闸管调功器。晶闸管是目前最适合可控硅功率控制器的元件，没有可替代的材料。据国家相关部门的调研统计，可控硅功率控制器几乎覆盖所有耗电量大的行业，目前以玻璃行业、热处理行业和涂装设备行业市场规模最大。

本次试验利用测试电机用的国内外较先进的测试仪器设备，对“新型模/数晶闸管功率控制器”做了主要性能实验，也是对此类产品的定额试验做的新的有效尝试。

1 原理分析

目前，大多晶闸管控制器产品的设计还停留在模拟控制方式上，有的虽然采用单片机控制，但也存在功能简单、适用范围窄等问题。本次测试样品——新型模/数晶闸管功率控制器，如图1所示，其主要创新表现在：晶闸管驱动使用专用芯片，产生固定频率的脉冲波；用数字化设计主回路，采用晶闸管反并联结构，减少功率调节器功耗损失，降低产品开关的切换损；线路采用多层布线技术，使直流母线的寄生电感达到最小，使各模块工作的安全可靠性大大提高；控制核心采用高速单片机，具有开环恒定输出电压、恒定输出电流、恒定输出功率、调功（过零）和LZ等控制方式；输出部分采用无触点输出方式，改变了传统的继电器输出技术，模拟量输出输入采用串行AD/DA。

1.1 主要技术指标

新型模/数晶闸管功率控制器主要的技术指标有：①输入主回路电压为3AC380 V，45～65 Hz；控制电源为AC100～240 V，45～65 Hz，0.5A；风机电源为AC220 V，45/60 Hz。②输出电压。输入电压的0～95%（移相控制）；额定电流50 A。③控制方式。控制方式有开环、恒压、恒流、恒功率、调功（过零）和LZ控制等。④负载性质。阻性、变压器一次侧。⑤主要控制信号。模拟、数字、通讯给定。⑥控制参数设置。包括键盘、通讯设置。⑦防护等级。比如IP00等。

1.2 功率控制器控制原理

1.2.1 恒功率控制

通过对电压、电流的检测，将二者相乘得到功率信号，以此作为负载的功率反馈。当负载变化或电网电压发生波动时，在控制器输出电压和电流有充分的调节余量时，输出功率保持恒定。

1.2.2 调功（过零触发）控制

闭环控制能够恒定输出电压（电流、功率）的大小，并具有修正因扰动而产生偏离希望值的能力，但其存在对电网的谐波污染问题。针对这一情况，特别是在做纯加热使用时，可以采用调功控制，以消除对电网的谐波污染。

1.2.3 LZ控制

某些负载在冷态或热态时电阻值变化较大。如果在冷态时直接采用调功控制，会因调功控制无电流限制，可能造成过电流而损坏控制器。针对这种冷态时电阻值小，热态时电阻值大的负载，可以采用 LZ控制方式（连续/调功综合控制）。在开始工作时（冷态），采用移相触发方式，恒定输出电压、电流或功率；当负载达到热态，其电阻值稳定时，转为调功控制方式。

1.2.4 开环控制

开环控制时，无限制功能，给定与输出电压间为非线性关系，此功能一般应用于控制器的功能检查或有外部闭环控制中。

2 实验部分

本实验主要测试的项目有：额定容量、额定电流、输出电压等。测试样品——新型模/数晶闸管功率控制器，采用内置温控模块，实现功率调节和温度控制一体化，此技术的实现改变了传统中功率调节和温度控制分离控制的状态。根据产品的这一主要性能特点和样品厂家的主要技术要求指标，此次实验采用直接负载法。在额定电流和正常使用条件下，样品运行达到热稳定状态，以监测样品主控器件的温度变化来判定样品是否达到温升实验要求。在温升实验通过条件下，可测得样品的额定容量、额定电流和输出电压等。

2.1 温升实验系统的组成

根据样品主要技术指标，以上海创想电源设备公司的

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阻性负载箱负载（功率因素COSφ=1.0）作为本次试验的负载系统，接入测量仪表采用横河公司的WT3000高精度功率分析仪，配合样品加载的测试系统为石家庄新三佳电机测试系统。

2.2 实验依据

本实验的依据：《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）和企业产品的技术指标。

2.3 实验准备

石家庄新三佳电机测试系统连接样品输入端，作为输入控制系统；样品输出端接入FCZ3000负载箱，WT3000高精度功率分析仪接入负载系统，构成本次实验的测试系统。

2.4 实验过程

2.4.1 温升实验

《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）中规定了样品各部位温升限值，实验前先对下述样品中的各个监控点用632胶水焊住热电偶探针，监控温升的仪器采用横河公司的MV1012无纸温度记录仪，同时记录冷态环温和环境湿度。

实验开始，样品、测试系统、负载系统上电运行，缓慢调节新三佳电机测试系统电流输出值，使样品工作电流达到样品标称输出的50 A。在试验过程中，密切观察实验样品的外部表征变化，如果有明显发热、冒烟、火花等现象，需及时进行处理。负载箱系统工作正常状态下，可从WT3000测量仪表中得到被测样品在额定负载情况运行下的主要技术主要参数，例如工作电压UA、UB、UC，工作电流IA、IB、IC，有功功率P1、P2，功率因素等。在确认样品输出稳定正常后，再每间隔0.5 h，记录WT3000高精度功率分析仪中三相电压、三相电流等样品主要参数，并与对应时间的热电偶数据同时记入试验中。

判定样品达到热稳定状态条件为：当样品各部位温度在单位1 h内温升变化不超过1 K，视为样品达到热稳定状态。

本实验样品（新型数/模晶闸管功率控制器）经过3 h的额定负载实验，在输入50 A的额定电流2 h.运行后，MV1012记录仪监测各主要部件在单位时间内温度无明显波动，热电偶温度曲线达到平滑正常，不再有1 K范围内的跳动变化。这表明样品已达到热稳定状态，且样品运行稳定风机工作正常，样品温升实验完成。

图2 新型数/模晶闸管功率控制器温升图

2.4.2 输出电压实验

输入电压保持额定，减小样品的工作电流至5 A，使样品工作处于轻载状态，用泰克AFG3022信号发生器给定样品的数字信号DC5 V、20 mA，调节样品的电压输出，电压范围可在0～361 V之间调节。

2.5 测试数据汇总

在阻性负载功率因素COSφ=1.0条件下，实验结束。样品各主要参数汇总、额定容量由标准（JB/T 3283—2010）中计算公式可得，.

2.6 样品参数、波形图

样品在热稳定状态下收集的

实时参数、。

3 实验结果

新型数模晶闸管功率控制器

试验结果.

表2检测结果表明，本试验

对于此类（新型模/数晶闸管功率

控制器）产品的测试方法是正确可行的，测试结果能与标准中的数值对应，并与企业的技术要求中提供的数值相吻合。实验过程符合标准程序，实验结果得到企业认可。

4 结束语

此次实验过程符合标准程序，实验结果准确有效，实验方法可行合理，不仅为今后测试相关产品提供了参考，也为今后检测机构大批量测试此类产品打下良好的实践基础。

参考文献

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]马思尔、瓦马、徐政.基于晶闸管的柔性交流输电控制装置[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.JB/T 3283—2010 晶闸管交流电力控制器[S].北京：中国标准化出版社，2010.

〔编辑：李珏〕

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

FCZ3000阻性负载箱负载（功率因素COSφ=1.0）作为本次试验的负载系统，接入测量仪表采用横河公司的WT3000高精度功率分析仪，配合样品加载的测试系统为石家庄新三佳电机测试系统。

2.2 实验依据

本实验的依据：《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）和企业产品的技术指标。

2.3 实验准备

石家庄新三佳电机测试系统连接样品输入端，作为输入控制系统；样品输出端接入FCZ3000负载箱，WT3000高精度功率分析仪接入负载系统，构成本次实验的测试系统。

2.4 实验过程

2.4.1 温升实验

《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）中规定了样品各部位温升限值，实验前先对下述样品中的各个监控点用632胶水焊住热电偶探针，监控温升的仪器采用横河公司的MV1012无纸温度记录仪，同时记录冷态环温和环境湿度。

实验开始，样品、测试系统、负载系统上电运行，缓慢调节新三佳电机测试系统电流输出值，使样品工作电流达到样品标称输出的50 A。在试验过程中，密切观察实验样品的外部表征变化，如果有明显发热、冒烟、火花等现象，需及时进行处理。负载箱系统工作正常状态下，可从WT3000测量仪表中得到被测样品在额定负载情况运行下的主要技术主要参数，例如工作电压UA、UB、UC，工作电流IA、IB、IC，有功功率P1、P2，功率因素等。在确认样品输出稳定正常后，再每间隔0.5 h，记录WT3000高精度功率分析仪中三相电压、三相电流等样品主要参数，并与对应时间的热电偶数据同时记入试验中。

判定样品达到热稳定状态条件为：当样品各部位温度在单位1 h内温升变化不超过1 K，视为样品达到热稳定状态。

本实验样品（新型数/模晶闸管功率控制器）经过3 h的额定负载实验，在输入50 A的额定电流2 h.运行后，MV1012记录仪监测各主要部件在单位时间内温度无明显波动，热电偶温度曲线达到平滑正常，不再有1 K范围内的跳动变化。这表明样品已达到热稳定状态，且样品运行稳定风机工作正常，样品温升实验完成。

图2 新型数/模晶闸管功率控制器温升图

2.4.2 输出电压实验

输入电压保持额定，减小样品的工作电流至5 A，使样品工作处于轻载状态，用泰克AFG3022信号发生器给定样品的数字信号DC5 V、20 mA，调节样品的电压输出，电压范围可在0～361 V之间调节。

2.5 测试数据汇总

在阻性负载功率因素COSφ=1.0条件下，实验结束。样品各主要参数汇总、额定容量由标准（JB/T 3283—2010）中计算公式可得，.

2.6 样品参数、波形图

样品在热稳定状态下收集的

实时参数、。

3 实验结果

新型数模晶闸管功率控制器

试验结果.

表2检测结果表明，本试验

对于此类（新型模/数晶闸管功率

控制器）产品的测试方法是正确可行的，测试结果能与标准中的数值对应，并与企业的技术要求中提供的数值相吻合。实验过程符合标准程序，实验结果得到企业认可。

4 结束语

此次实验过程符合标准程序，实验结果准确有效，实验方法可行合理，不仅为今后测试相关产品提供了参考，也为今后检测机构大批量测试此类产品打下良好的实践基础。

参考文献

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]马思尔、瓦马、徐政.基于晶闸管的柔性交流输电控制装置[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.JB/T 3283—2010 晶闸管交流电力控制器[S].北京：中国标准化出版社，2010.

〔编辑：李珏〕

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

FCZ3000阻性负载箱负载（功率因素COSφ=1.0）作为本次试验的负载系统，接入测量仪表采用横河公司的WT3000高精度功率分析仪，配合样品加载的测试系统为石家庄新三佳电机测试系统。

2.2 实验依据

本实验的依据：《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）和企业产品的技术指标。

2.3 实验准备

石家庄新三佳电机测试系统连接样品输入端，作为输入控制系统；样品输出端接入FCZ3000负载箱，WT3000高精度功率分析仪接入负载系统，构成本次实验的测试系统。

2.4 实验过程

2.4.1 温升实验

《晶闸管交流电力控制器》（JB/T 3283—2010）中规定了样品各部位温升限值，实验前先对下述样品中的各个监控点用632胶水焊住热电偶探针，监控温升的仪器采用横河公司的MV1012无纸温度记录仪，同时记录冷态环温和环境湿度。

实验开始，样品、测试系统、负载系统上电运行，缓慢调节新三佳电机测试系统电流输出值，使样品工作电流达到样品标称输出的50 A。在试验过程中，密切观察实验样品的外部表征变化，如果有明显发热、冒烟、火花等现象，需及时进行处理。负载箱系统工作正常状态下，可从WT3000测量仪表中得到被测样品在额定负载情况运行下的主要技术主要参数，例如工作电压UA、UB、UC，工作电流IA、IB、IC，有功功率P1、P2，功率因素等。在确认样品输出稳定正常后，再每间隔0.5 h，记录WT3000高精度功率分析仪中三相电压、三相电流等样品主要参数，并与对应时间的热电偶数据同时记入试验中。

判定样品达到热稳定状态条件为：当样品各部位温度在单位1 h内温升变化不超过1 K，视为样品达到热稳定状态。

本实验样品（新型数/模晶闸管功率控制器）经过3 h的额定负载实验，在输入50 A的额定电流2 h.运行后，MV1012记录仪监测各主要部件在单位时间内温度无明显波动，热电偶温度曲线达到平滑正常，不再有1 K范围内的跳动变化。这表明样品已达到热稳定状态，且样品运行稳定风机工作正常，样品温升实验完成。

图2 新型数/模晶闸管功率控制器温升图

2.4.2 输出电压实验

输入电压保持额定，减小样品的工作电流至5 A，使样品工作处于轻载状态，用泰克AFG3022信号发生器给定样品的数字信号DC5 V、20 mA，调节样品的电压输出，电压范围可在0～361 V之间调节。

2.5 测试数据汇总

在阻性负载功率因素COSφ=1.0条件下，实验结束。样品各主要参数汇总、额定容量由标准（JB/T 3283—2010）中计算公式可得，.

2.6 样品参数、波形图

样品在热稳定状态下收集的

实时参数、。

3 实验结果

新型数模晶闸管功率控制器

试验结果.

表2检测结果表明，本试验

对于此类（新型模/数晶闸管功率

控制器）产品的测试方法是正确可行的，测试结果能与标准中的数值对应，并与企业的技术要求中提供的数值相吻合。实验过程符合标准程序，实验结果得到企业认可。

4 结束语

此次实验过程符合标准程序，实验结果准确有效，实验方法可行合理，不仅为今后测试相关产品提供了参考，也为今后检测机构大批量测试此类产品打下良好的实践基础。

参考文献

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]马思尔、瓦马、徐政.基于晶闸管的柔性交流输电控制装置[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.JB/T 3283—2010 晶闸管交流电力控制器[S].北京：中国标准化出版社，2010.

〔编辑：李珏〕