一、調壓原理

　　晶閘管級間相控平滑調壓是變壓器低壓側有級調壓與晶閘管相控調壓相結合的一種調壓方式。國產SS3型電力機車采用的就是這種調壓方案，簡化原理電路如圖2-32所示。

　　圖2-32　晶閘管級間平滑調壓原理圖

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

　　在分析調壓原理時，我們可以將圖2-32電路分為二部分，低壓側有級調壓電路和橋式整流電路。

　　1.低壓側有級調壓電路

　　低壓側有級調壓電路由基本繞組，調壓繞組及調壓開關組成?；纠@組a1x1和調壓繞組b1～b5通過調壓開關元件TK1、TK10進行正反接，實現8個調壓級。若TK1閉合，構成反接狀態(tài)，并且1～4級位一直閉合，如圖2-33(a);TK10閉合，構成正接狀態(tài)，且5～8級一直閉合，如圖2-33(b)所示。調壓開關偶數元件(TK2、4、6、8)進行升降位，偶數元件閉合時輸出電壓為uac，奇數元件(TK1、3、5、7)與偶數元件共接于變壓器同一個抽頭，奇數元件閉合時，輸出電壓為uab。

　　圖2-33　繞組正、反接

　　2.橋式整流電路

　　當調壓開關輸出電壓為Uab時，與主整流橋D1～D6相接，因此整流輸出電壓為Ud=0.9U2=0.9Uab;當調壓開關輸出電壓為Uac時，與半控小整流橋T1T2相接。此時整流輸出電壓為Ud=0.45U2(1+cosα)=0.45Uac(1+cosα)是可調的。

　　3.調壓過程分析

　　級間相控調壓過程是低壓側有級調壓與橋式整流電路配合完成的。我們從0→1級開始分析。

　　電壓級0位時，元件TK1閉合，變壓器繞組接成反接狀態(tài)。調壓開關從0位轉換到1位時，TK2閉合，變壓器二次側繞組輸出電壓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，則第一級整流輸出電壓：

　　當α=π→0時，Ud=0→0.9△U機車在第一級整流電壓下工作。整流電流路徑為：當正半周a1為高電位點，從基本繞組a1端→整流元件D5→牽引電動機M→整流元件D4→晶閘管T2→c端→觸頭元件TK2→可調繞組b2b3b4b5→繞組轉換元件TK1，基本繞組x1端。

　　當晶閘管達到滿開放(α=0)時，整流電壓達到這一級的最大值0.9△U，欲進一步升壓則必須使調壓開關升位，這時電路需進行一系列轉換。從第一級向第二級過渡時，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抽頭b2上，這種狀態(tài)稱為半控小整流橋的點接狀態(tài)。待TK2、TK3同時閉合時，關斷晶閘管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，根據公式為Ud=0.9Uab=0.9△U，電壓轉移到不控橋上，保證了不中斷牽引電動機的供電。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)，此時進入第2級。

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

　　(此時Uac=Ua1x1―Ub3b5=2△U)

　　當α=π→0時，Ud=0.9△U→1.8△U，至此第二電壓級調節(jié)結束，波形如圖2-34所示。

　　圖2-34　晶閘管級間平滑調壓的電壓波形圖

　　從第2級向第3級過渡時，觸頭TK3斷開，觸頭TK5閉合，小橋點接，關斷晶閘管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)升壓做好準備。控制晶閘管T1、T2，則整流輸出電壓為：

　　(此時Uac=Ua1x1―Ub4b5=3△U)

　　當α=π→0時，Ud=1.8△U→2.7△U。

　　以后各級之間過渡均可依此類推。從第五級開始，繞組轉換開關TK1打開，TK10閉合，變壓器兩繞組正接，調壓開關分級轉換開關的開閉順序與1～4級的開閉順序相同。整流輸出電壓的通式為：

　　(2-55)

　　n為電壓級位1→8。

　　二、電路動作程序

　　在進行晶閘管級間平滑調壓時，一定要嚴格保證電路轉換程序 。其基本功能是，一方面保證移相調壓的正常進行，另一方面使調壓開關的開關元件作無弧轉換。除調壓開關的開關元件有一定的動作程序要求外，晶閘管的控制還應與調壓開關配合，其基本關系如表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。因此晶閘管工作時，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節(jié)，當α=0時，半控橋的整流輸出電壓達到這一級的最大值，正好也比該級位上硅整流管D1D2工作時輸出電壓高一級，電壓調節(jié)的范圍是一級。因此稱這種調壓方式為級間相控平滑調壓。

　　三、晶閘管級間平滑調壓的特點

　　調壓開關低壓側級間平滑調壓，實現了調壓開關無電弧開斷，提高了工作可靠性，它具有變壓器繞組抽頭調壓方案功率因數高，整流電壓脈動小和對通訊干擾小的優(yōu)點，又具有平滑無級調壓能充分利用機車粘著重量的優(yōu)點。但是，該調壓方法仍采用調壓開關作級間轉換，主電路結構復雜，與移相調壓相比乃為不足之處。