一、調(diào)壓原理

　　晶閘管級(jí)間相控平滑調(diào)壓是變壓器低壓側(cè)有級(jí)調(diào)壓與晶閘管相控調(diào)壓相結(jié)合的一種調(diào)壓方式。國產(chǎn)SS3型電力機(jī)車采用的就是這種調(diào)壓方案，簡化原理電路如圖2-32所示。

　　圖2-32　晶閘管級(jí)間平滑調(diào)壓原理圖

　　圖中整流電路采用橋式整流，主整流橋全部由二極管D1～D6構(gòu)成，另由兩晶閘管整流臂構(gòu)成半控過渡整流橋T1T2、D1D2，起級(jí)間相控調(diào)壓的作用。變壓器二次側(cè)繞組分為固定繞組a1x1和調(diào)壓繞組b1～b5二部分。調(diào)壓繞組又分成四段b1b2、b2b3、b3b4、b4b5，每段輸出電壓為△U，固定繞組輸出電壓為調(diào)壓繞組四段電壓之和。元件TK1～TK10為調(diào)壓開關(guān)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。

　　在分析調(diào)壓原理時(shí)，我們可以將圖2-32電路分為二部分，低壓側(cè)有級(jí)調(diào)壓電路和橋式整流電路。

　　1.低壓側(cè)有級(jí)調(diào)壓電路

　　低壓側(cè)有級(jí)調(diào)壓電路由基本繞組，調(diào)壓繞組及調(diào)壓開關(guān)組成?；纠@組a1x1和調(diào)壓繞組b1～b5通過調(diào)壓開關(guān)元件TK1、TK10進(jìn)行正反接，實(shí)現(xiàn)8個(gè)調(diào)壓級(jí)。若TK1閉合，構(gòu)成反接狀態(tài)，并且1～4級(jí)位一直閉合，如圖2-33(a);TK10閉合，構(gòu)成正接狀態(tài)，且5～8級(jí)一直閉合，如圖2-33(b)所示。調(diào)壓開關(guān)偶數(shù)元件(TK2、4、6、8)進(jìn)行升降位，偶數(shù)元件閉合時(shí)輸出電壓為uac，奇數(shù)元件(TK1、3、5、7)與偶數(shù)元件共接于變壓器同一個(gè)抽頭，奇數(shù)元件閉合時(shí)，輸出電壓為uab。

　　圖2-33　繞組正、反接

　　2.橋式整流電路

　　當(dāng)調(diào)壓開關(guān)輸出電壓為Uab時(shí)，與主整流橋D1～D6相接，因此整流輸出電壓為Ud=0.9U2=0.9Uab;當(dāng)調(diào)壓開關(guān)輸出電壓為Uac時(shí)，與半控小整流橋T1T2相接。此時(shí)整流輸出電壓為Ud=0.45U2(1+cosα)=0.45Uac(1+cosα)是可調(diào)的。

　　3.調(diào)壓過程分析

　　級(jí)間相控調(diào)壓過程是低壓側(cè)有級(jí)調(diào)壓與橋式整流電路配合完成的。我們從0→1級(jí)開始分析。

　　電壓級(jí)0位時(shí)，元件TK1閉合，變壓器繞組接成反接狀態(tài)。調(diào)壓開關(guān)從0位轉(zhuǎn)換到1位時(shí)，TK2閉合，變壓器二次側(cè)繞組輸出電壓uac=Ua1x1-ub2b5=△u，接入由T1T2、D5D6組成的半控橋整流電路。觸發(fā)晶閘管T1、T2，則第一級(jí)整流輸出電壓：

　　當(dāng)α=π→0時(shí)，Ud=0→0.9△U機(jī)車在第一級(jí)整流電壓下工作。整流電流路徑為：當(dāng)正半周a1為高電位點(diǎn)，從基本繞組a1端→整流元件D5→牽引電動(dòng)機(jī)M→整流元件D4→晶閘管T2→c端→觸頭元件TK2→可調(diào)繞組b2b3b4b5→繞組轉(zhuǎn)換元件TK1，基本繞組x1端。

　　當(dāng)晶閘管達(dá)到滿開放(α=0)時(shí)，整流電壓達(dá)到這一級(jí)的最大值0.9△U，欲進(jìn)一步升壓則必須使調(diào)壓開關(guān)升位，這時(shí)電路需進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)換。從第一級(jí)向第二級(jí)過渡時(shí)，首先是觸頭元件TK3閉合，將半控小整流橋的不控整流臂D1D2通過元件TK3接至變壓器次邊繞組的同一個(gè)抽頭b2上，這種狀態(tài)稱為半控小整流橋的點(diǎn)接狀態(tài)。待TK2、TK3同時(shí)閉合時(shí)，關(guān)斷晶閘管T1、T2，那么整流元件D1～D6組成了不可控整流橋，此時(shí)變壓器次邊輸出電壓為Uab=Ua1x1一Ub2b5=△U，不可控整流橋輸出電壓，根據(jù)公式為Ud=0.9Uab=0.9△U，電壓轉(zhuǎn)移到不控橋上，保證了不中斷牽引電動(dòng)機(jī)的供電。然后無弧斷開TK2，閉合TK4使晶閘管接到更高電壓抽頭b3上，這時(shí)小整流橋的晶閘管臂T1T2和整流管臂D1D2分別接在變壓器次邊繞組的不同抽頭上，這種狀態(tài)稱為小整流橋的跨接狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)入第2級(jí)。

　　在上述電路轉(zhuǎn)換的過程中，輸出電壓一直保持0.9△U原值不變，在新的級(jí)位上，再減小晶閘管控制角α，整流電壓為：

　　(此時(shí)Uac=Ua1x1―Ub3b5=2△U)

　　當(dāng)α=π→0時(shí)，Ud=0.9△U→1.8△U，至此第二電壓級(jí)調(diào)節(jié)結(jié)束，波形如圖2-34所示。

　　圖2-34　晶閘管級(jí)間平滑調(diào)壓的電壓波形圖

　　從第2級(jí)向第3級(jí)過渡時(shí)，觸頭TK3斷開，觸頭TK5閉合，小橋點(diǎn)接，關(guān)斷晶閘管T1、T2，斷開TK4，閉合TK6，將小整流橋的晶閘管T1、T2臂接至高電位的抽頭上，小橋跨接，為繼續(xù)升壓做好準(zhǔn)備。控制晶閘管T1、T2，則整流輸出電壓為：

　　(此時(shí)Uac=Ua1x1―Ub4b5=3△U)

　　當(dāng)α=π→0時(shí)，Ud=1.8△U→2.7△U。

　　以后各級(jí)之間過渡均可依此類推。從第五級(jí)開始，繞組轉(zhuǎn)換開關(guān)TK1打開，TK10閉合，變壓器兩繞組正接，調(diào)壓開關(guān)分級(jí)轉(zhuǎn)換開關(guān)的開閉順序與1～4級(jí)的開閉順序相同。整流輸出電壓的通式為：

　　(2-55)

　　n為電壓級(jí)位1→8。

　　二、電路動(dòng)作程序

　　在進(jìn)行晶閘管級(jí)間平滑調(diào)壓時(shí)，一定要嚴(yán)格保證電路轉(zhuǎn)換程序 。其基本功能是，一方面保證移相調(diào)壓的正常進(jìn)行，另一方面使調(diào)壓開關(guān)的開關(guān)元件作無弧轉(zhuǎn)換。除調(diào)壓開關(guān)的開關(guān)元件有一定的動(dòng)作程序要求外，晶閘管的控制還應(yīng)與調(diào)壓開關(guān)配合，其基本關(guān)系如表2-2所示。

　　表2-2

　　從上述分析中，我們可以看出，在每一級(jí)位上，小橋晶閘管臂T1T2的輸入電壓Uac，總是比小橋硅整流臂D1D2的輸入電壓Uad高一級(jí)。因此晶閘管工作時(shí)，硅整流管總是截止的，隨著晶閘管控制角α的變化，整流輸出電壓平滑調(diào)節(jié)，當(dāng)α=0時(shí)，半控橋的整流輸出電壓達(dá)到這一級(jí)的最大值，正好也比該級(jí)位上硅整流管D1D2工作時(shí)輸出電壓高一級(jí)，電壓調(diào)節(jié)的范圍是一級(jí)。因此稱這種調(diào)壓方式為級(jí)間相控平滑調(diào)壓。

　　三、晶閘管級(jí)間平滑調(diào)壓的特點(diǎn)

　　調(diào)壓開關(guān)低壓側(cè)級(jí)間平滑調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)了調(diào)壓開關(guān)無電弧開斷，提高了工作可靠性，它具有變壓器繞組抽頭調(diào)壓方案功率因數(shù)高，整流電壓脈動(dòng)小和對(duì)通訊干擾小的優(yōu)點(diǎn)，又具有平滑無級(jí)調(diào)壓能充分利用機(jī)車粘著重量的優(yōu)點(diǎn)。但是，該調(diào)壓方法仍采用調(diào)壓開關(guān)作級(jí)間轉(zhuǎn)換，主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與移相調(diào)壓相比乃為不足之處。