晶闸管交流调压器，是一种可靠的耐用的功率控制器。由于控制灵活，能实现连续无级调压，装置轻巧，在炉温和舞台灯光控制、中小功率电机调速、以及低压大电流变压器初级调压等场合得到广泛应用。近年来，我厂先后应用于矿热电炉电极提升自动控制系统力矩电机调速，远红外自动加热带式烘干机、二带钼丝炉变压器初级调压，钨粉还原炉等设备上，效果很好。这种交流调压器能工作在相控方式(移相控制），也能工作于整周波方式(通一断比控制）=调压器工作正常时，各晶闸管移相角相同，输出中没有直流分量；反之亦然。若负载为感性的，直流分量将产生很大的电流，严重时甚至烧毁电机。有些文献^[1][2][3]曾提及当输出波形对称时没有直流分量，但对直流分量更进一步分析讨论的文献少见。实际上，用晶闸管scr制作的调压器要达到三相完全平衡是困难的，直流分量总是存在的。

调压器输出中的直流分量

设负载为线性且电源和负载(三相时）均是对称的，电路稳态工作。负载阻抗等效为R-L电路，负载的功率因数角为φ, 晶闸管移相角>φ。

U—相电压有效值

调压器输出的是周期电压，可用富氏级数分析输出中的直流分量，公式为

a 单相全波调压。两只反并联的晶闸管串联在负载的电源侧，每只晶闸管在承受正向电压的半个周波内，得到触发脉冲时导通，导通角最大为π。晶闸管在电流过零时自行关断。由于电感的作用，电流过零点滞后于电压过零点φ角。令晶闸管中kp₁的移相角为α, kp2的移相角为β，改变α、β, 调压器输出电压的有效值随之而改变。负载中电流的方向随晶闸管kp₁, kp₂的导通而改变。输出电压的直流分量

(1)

b 三相半波调压，每相分别由一只晶闸管和一只整流管反并联，半周时，整流管承受反压不导通，晶闸管得到触发脉冲导通，负载中流过正向电流，流经另两相的一只或二只整流管；负半周时，整流管因另外两相的晶闸管一只或两只触发导通而有电流流过，负载中流过图中虚线所示的反向电流。调压器工作于两种状态；一种是同时有3只元件导通(每相各一只），对负载而言，象没有变流元件在电路中一样.施加于负载的是相电压：另一种状态是两相各有一只元件导通，相当于电源一相开路两相运行时的情况，施加于两相负载是每相承受1/2线电压。各元件的导通情况如图 2。以a相为例，设a相移相角为相为α, b相为β, c相为γ, 调压器输出中直流分量

(2)

c 三相全波调压。每相形同一个单相全波调压器。调压器两种工作状态同三相半波调压器相似。设a相晶闸管移相角分别为α₁、α₂; b为相为β₁、β₂; c相为γ₁、γ₂。各晶闸管导通情况如图 3所示。仍以a相为例, 输出电压的直流分量

综合1、2、3式，晶闸管交流调压器输出中的直流分量可用式

4式表示。称k₀为直流分量系数，k₀=f(cosα、cosβ、cosγ)与移相角有关。

单相全波调压

三相半波调压

三相全波调压

k₀表达式表明，晶闸管移相角不同，调压器输出中通常有直流分量。k₀值与功率因数角无关。图 4给出了图 2所示的三相半波调压电路(当α=40°时)a相输出的直流分量与另两相晶闸管移相角β、γ关系的一组曲线。曲线表明a相直流分量系数k_a0。随β、γ的增加近似线性增大。当移相角不平衡程度﹤±5°时，直流分量很小。

k₀=0调压器输出的是波形正负半周对称的交流; k₀≠0, 调压器输出波形正负半周不对称的周期电压，除含有直流分量外，还有偶次谐波。极端情况下，某一相反并联的晶闸管其中一只不导通，该相电流就成为单向脉动电流了。

被积函数f(wt)与求直流分量时的函数是相同的。负载为电机时，负载阻抗Zn随谐波次数n的增加近似成倍增加。设负载是线性的，运用电工理论中的迭加原理，负载中的电流可看成是输出中的直流分量U₀及各次谐波U_n分别单独作用于负载的结果。以求I₀为例，等效电路如图 5。设负载是对称的，Ra=Rb=Rc, La=Lb=Lc稳态时的电流方程组

图 2电路调压器输出的直流分量

2 负载电流的有效值

调压器由于移相角不平衡，输出中有直流分量U₀、基波及各次谐波分量U_n，负载中的电流是它们共同作用的结果。电流有效值

(4)

求基波及各次谐波电压有效值U_n的公式为

(5)

代入电流方程组解得

这些式子表明任一相电流中直流与分量的大小仅由本相调压器输出中的直流分量U₀所决定，当U、R一定时，电流I₀随k₀值的增大而线性增加。电机绕组的直流电阻通常很小，若调压器移相角不平衡至一定程度，输出中的直流分量U₀就会产生足够大的电流，在很短的时间内把电机烧毁。

基波及各次谐波电流可用同样的方法求出。

3 电机烧毁事故分析

我厂有一台炼锡矿热电炉，电极的升降用三相交流力矩电机控制，改变力矩电机的输入电压，也就改变了电机的转速，从而控制电极升降速度。力矩电机是双速双绕组电机，型号JLJ1554/6, 最大电流16^A/14.7^A, Y型接法。每相的直流电阻为六极1.1Ω, 四极0.8Ω。其独特优点是允许连续堵转运行。电极输人电压采用图 2所示的晶闸管三相半波调压器调节。在调压器与电机之间每相各有一只电流互感器，互感器接有电流表，用来监视电视机电流。电炉试车调试时，其中一台力矩电机运行烧毁，并烧坏电流互感器一个，调压器输出至电机的连接导线（截面为2.5mm²塑料铜芯线）因过热而脱皮。检査互感器、电机时发现，力矩电机有一相绕组全部烧焦，另两相绝缘尚好；电流互感器一次绕组也完全烧焦，二次绕组无任何过热迹象。操作人员反映，运行中三相电流不大，但不平衡，电机声音异常沉闷，有振动声。表明电机不是因交流过电流而烧毁的。

以a相为例，假如调压器因某种因素导致移相角不平衡，设α=45°, β=γ=75°, 利用2、4、5式，可求出直流分量、基波及2、3次谐波的不平衡系数k_0a=0.4483, k_1a=1.0115, k_2a=0.5431, k_3a=0.4276。电压有效值V0=22.19V, v₁=100.17V, V₂=52.89V, V₃=42.35V。电流的直流分量, 已大大超过额定最大电流。基波、二、三次谐波电流有效值显然不会超过最大电流。接于电流互感器二次侧的电流表是显示不出I₀的。实际运行情况可能比这还糟。

根据电机理论(4), 电机在不对称情况下运行，电磁转矩中含脉振转矩分量，因而可能引起较严重的机械振动，并导致异常的响声。电机确是由于调压器移相角不平衡，输出中的直流分量V₀所产生的I₀过大烧毁的。

4 结论

a 晶闸管交流调压器移相角不平衡时，输出中含直流分量及高次谐波。直流分量系数与移相角有关，与功率因数角φ无关。

b 直流分量V₀在负载中产生直流电流I₀, 三相调压电路中某一相I₀的大小仅取决于本相的V₀。

c 移相角不平衡, 三相调压器输出三相非对称周期电压, 髙次谐波使电机振动, 声音异常。

上述分析表明，应重视晶闸管交流调压器因移相角不平衡而产生的直流分量及高次谐波对感性负载的影响。设计调压器时尽量选用双向晶闸管，可使V₀=0。