隨著科學技術的發(fā)展，晶閘管在電氣控制領域發(fā)揮著越來越大的作用，對電能特別是大的電功率進行有效處理和變換。但在電氣控制應用中，通常采用的是分離器件構成的裝置，電路復雜、體積大、安裝調試不便且可靠性差。三相交流一體化移相調壓模塊(簡稱調壓模塊)的出現，改變了這一現狀，使晶閘管的應用范圍迅速擴大。它將晶閘管、移相觸發(fā)電路、保護電路和電源集成在一個模塊內，使用簡單方便，并且可靠性較高。為了便于電氣技術人員更好地使用調壓模塊，介紹了調壓模塊的性能、特點及使用方法，并將其應用在電機繞組烘箱溫度控制中，使其所構成的控制系統(tǒng)設計簡單，溫度控制穩(wěn)定，可有效地完成浸漆后電機繞組的烘干處理。
1 調壓模塊的性能及特點
1．1 調壓模塊的性能
三相交流一體化移相調壓模塊采用大規(guī)模集成電路設計，內部集三相移相觸發(fā)電路、單向可控硅、RC阻容吸收回路及電源電路等于一體?？稍谧詣踊蚴謩虞斎肟刂谱饔孟?，產生三相可改變導通角的強觸發(fā)脈沖信號，再以此分別控制內部可控硅，實現三相負載電壓從0 V到電網全電壓的無級可調，從而調節(jié)輸出給三相負載電功率。調壓模塊直接帶動變壓器等感性負載或電加熱等阻性負載，可適用于小功率三相力矩電機的調速，及風機、水泵等的調速，也可應用于交流電機的緩啟動。調壓模塊采用SMT工藝，DCB陶瓷基板，其體積小、外圍接線少、性能穩(wěn)定、使用方便、可靠性高。
1．2 調壓模塊的特點
特點如下：
1)全面支持4～20 mA、0～5 VDC、0～10 VDC、1～5VDC、0～10 mA等輸入自動控制模式，也可用手動控制，輸出電壓從0 V到最大值線性可調，輸入調節(jié)范圍寬，輸出調節(jié)精度高，三相對稱性好，抗干擾能力強。上電無瞬間沖擊輸出。
2)Y型調壓模塊內置高性能開關電源，無須外接同步變壓器，也無須外部輸入直流電源；負載△形或Y形接法均可，Y形接法時負載中心點不必接入N線。
3)模塊已內置可控硅保護電路，無須外接；有LED電源指示和輸出調節(jié)量指示。
4)模塊自動判別相序，電路的進線R、S、T無相序要求。Y型模塊適用于三相四線制電路，交流380 V±10％，50 Hz頻率。
5)各輸入控制端與開關電源輸入端之間以及與強電主回路之間為全隔離設計，絕緣介質耐壓大于2 000 VAC。
2 調壓模塊的結構及使用方法
2．1 調壓模塊的結構
一體化三相調壓模塊結構如圖1所示，1、3、5為模塊進線端，2、4、6為模塊出線端，分別連接電源和負載。左側6個接線端為控制功能端，分別為4～20 mA信號輸入端、0～10 V信號輸入端、0～5 V信號輸入端、0～10 mA信號輸入端及手動控制輸入端。當某控制端(如4～20 mA功能端)輸入信號由小(4 mA)連續(xù)的變化到最大(20 mA)時，模塊的輸出線電壓由0 V連續(xù)的變化到電網電壓380 V。
2．2 調壓模塊的使用方法
1)各功能端相對com端必須為正，若com端為負極，極性相反，則模塊主回路輸出端可能失控。2)模塊各功能端的控制特性均為正極性，即控制電壓越高，模塊強電主回路輸出電壓越高。3)在某一時刻宜使用一種輸入控制方式，若2種以上方式同時輸入使用，則輸入信號較強的一種起主要作用。4)電源為上進下出，三相交流電路的進線R、S、T無相序要求，導線粗細按實際使用電流選擇。5)N線僅為模塊內部開關電源用，用1平方細導線即可，N線與各輸入控制端之間為全隔離絕緣設計。6)在使用過程中若發(fā)生過流現象，應首先檢查負載有無短路等故障?？稍谀K的進線R、S、T端之前安裝快速熔斷器進行過流保護，規(guī)格可按實際負載電流的1．5倍選配。7)模塊應與散熱器配合使用，在機柜中與其他器件之間有足夠的散熱空間。必要時可安裝風扇強制散熱。
3 調壓模塊在電動機烘箱溫度控制中的應用
電動機繞組重繞后應對其繞組進行絕緣浸漆過程，這個過程重要的一個環(huán)節(jié)是要將繞組已經浸透絕緣漆的電機定子放到浸漆烘干設備——烘箱中進行烘干處理。這一過程分兩個階段，第一階段是溶劑揮發(fā)的物理過程，為避免在絕緣表面形成漆膜溫度應控制在80℃，烘2～4h；第二階段是浸漆固化階段，應將溫度升至130℃再烘8～16 h，以使浸漬漆固化。
3．1 烘箱溫度控制系統(tǒng)組成及工作原理
3．1．1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)采用人工智能調節(jié)器為主控制器，與溫度傳感器、溫度變送器、全隔離三相交流調壓模塊及電動機繞組烘箱組成AI溫度調節(jié)系統(tǒng)，如圖2所示。電動機繞組烘箱為被控對象，通過其內部安裝的電熱絲帶電發(fā)熱，為其提供熱能，使其溫度上升。溫度檢測儀表選用WRNEU-2 K型熱電偶溫度傳感器，能將電阻爐中的溫度信號直接轉換成電信號，其性能穩(wěn)定、準確可靠和維護方便。SBWR為一體化溫度變送器，與熱電偶配接在一起將其電信號放大并轉換成4～20mA的電流信號輸出給AI調節(jié)器。控制器選用AI-808P調節(jié)器，它采用了先進的模塊化設計，通用性強、技術成熟可靠，具有模糊邏輯PID調節(jié)及參數自整定功能。調壓模塊(SCR)是系統(tǒng)重要的執(zhí)行機構，選用LSA-TH3P50Y型三相交流一體化移相調壓模塊，它接受AI調節(jié)器輸出的控制信號，以調節(jié)安裝在爐內的電熱絲上的電功率，實現烘箱中的溫度調節(jié)。
3．1．2 烘箱溫度控制系統(tǒng)工作原理
1)合上電源總開關QF(如圖2所示)，箱式電阻爐AI溫度控制系統(tǒng)帶電。根據工件熱處理工藝要求，通過AI調節(jié)器面板上操作鍵設定溫度值，并根據系統(tǒng)設計特點和要求設定AI調節(jié)器的參數。按下A／M鍵使系統(tǒng)在自動狀態(tài)下工作，儀表顯示屏將顯示自動狀態(tài)符及電阻爐中溫度的測量值。2)系統(tǒng)起始工作，電阻爐中的溫度低，熱電偶溫度傳感器轉換的電壓信號也很小。此信號傳給AI調節(jié)器后，在其內部與給定值進行比較。在偏差值較大時，AI調節(jié)器運用模糊算法進行調節(jié)，輸出一較大的控制信號給調功器(調壓模塊)。調功率器輸出較高電壓，從而使電熱絲電功率變大，發(fā)出較大的熱能，電阻爐的溫度開始快速上升。3)隨著爐溫的上升，熱電偶變換過來的電壓信號增大，使其與調節(jié)器內的設定值比較。偏差值較小時，調節(jié)器采用PID算法進行調節(jié)，并能在調節(jié)中自動學習和記憶被控電阻爐的部分特征，使效果優(yōu)化。隨著偏差值的減小，AI調節(jié)器控制調功器輸出給電熱絲的電功率減小，溫度上升的速度逐漸變慢。當電阻爐中的溫度等于設定的溫度時，溫度變送器輸給AI調節(jié)器的電信號等于其內部的給定，其偏差信號為零，AI調節(jié)器輸給調功器的控制信號保持不變。此時，電阻爐內電熱絲輸出的熱能等于其散發(fā)的熱能，暫時達到了一熱平衡，溫度保持恒定。4)如果由于各種干擾(如電網電壓波動)導致熱平衡被迫壞，溫度發(fā)生變化(不等于設定溫度)，必然出現偏差。那么調節(jié)器將改變輸出信號，控制調功器輸出的電功率，直到溫度等于設定的溫度值為止。5)如果系統(tǒng)出現問題導致調功器失控，溫度超過了最高限位值，則AI調節(jié)器中的AL1端輸出信號，使報警器工作，提醒工作人員進行人工干預處理。
3．2 烘箱溫度AI控制系統(tǒng)參數整定及程序設計
3．2．1 溫度控制系統(tǒng)AI調節(jié)器參數整定
AI調節(jié)器采用模糊規(guī)則進行PID調節(jié)。這種人工智能算法一方面對PID算法加一改進，如在PID調節(jié)器中加入新的微分積分作用；另一方面又采用模糊調節(jié)規(guī)則，在誤差大時運用模糊算法進行調節(jié)，以徹底消除PID飽和積分現象，當誤差小時，采用改進后的PID算法進行調節(jié)。人工智能算法采用M5、P、t、Ctl等4個參數，而不再使用傳統(tǒng)的PID參數，一組(MPT)參數即可同時確定PID參數和模糊控制參量。
系統(tǒng)第一次運行，啟動自整定功能，便能較快的獲得最佳MPT參數。自整定時，儀表執(zhí)行位式調節(jié)，經過2～3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅值及波形來計算出M5、P、t等控制參數。由于被控對象是保溫性能較好的烘箱，在整定時，AI調節(jié)器的給定值應設置在系統(tǒng)使用的最大值上。AI調節(jié)器的參數Ctl及DF(回差)的設置對自整定過程也有影響，一般選擇Ctl=0．2，DF=0．3。
3．2．2 溫度控制系統(tǒng)AI調節(jié)器程序段編程設置
電動機繞組烘箱溫度控制分兩個階段進行，烘箱溫度控制曲線如圖3所示。故AI調節(jié)器需按一定的時間規(guī)律自動改變給定值進行調節(jié)。 AI調節(jié)器具有強大的編程及操作能力，具備30段程序編排功能，可設置任意大小的給定升、降斛率；具有跳轉、運行、暫停及停止等可編程命令。程序編排統(tǒng)一采用溫度一時間一溫度格式，從當前段設置溫度，經過該段設置的時間到達下一溫度設置值，溫度設置值的單位采用 ℃，而時間值的單位用分鐘。這種方法的特點是升溫、降溫韻斜率設置范圍非常寬；升溫及恒溫段具有統(tǒng)一的設置格式，方便學習和應用。
根據電機繞組浸透絕緣漆后烘干溫度變化曲線，對溫度控制系統(tǒng)中的AI調節(jié)器控制程序編排如下：
第1段C01=20 t01=20；
(20℃起開始升溫，升溫時間為20分鐘)
第2段C02=80 t02=240；
(升溫到80℃，恒溫時間為240分鐘)
第3段C03=80 t03=20；
(再從80℃升溫，升溫時間為20分鐘)
第4段C04=130 t04=480；
(升溫到130℃，恒溫時間為480分鐘)
第5段 C05=130 t05=120；
(從130℃開始降溫，降溫時間為240分鐘)
第6段C06=40 t06=0；
(降溫到40℃進入暫停狀態(tài))
4 結束語
三相交流一體化移相調壓模塊是一使用簡單、可靠性高的新型智能模塊，它可直接帶動變壓器等感性負載或電加熱等阻性負載工作。采用它實現功率調節(jié)的溫度控制系統(tǒng)，可有效地實現浸漆后電機繞組的烘干處理。系統(tǒng)外部接線簡單、運行穩(wěn)定，維護和維修方便。調壓模塊應用時，應注意模塊內可控硅在較小導通角下長時間輸出較大電流(即主電路輸入電壓很高，輸出電壓很低)，這可能導致模塊嚴重發(fā)熱。故應考慮負載與模塊匹配，使模塊在較大的導通角下工作。