晶闸管交流调功器的设计毕业设计

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1、本科毕业设计第49页共49页1绪论1.1选题背景及意义1.1.1本课题的意义在工农业生产及科学实验中，经常要对生产过程及实验环境进行温度控制。用于金属热处理的加热炉需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶大惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难以满足这些工艺要求。所以现在在对系统性能有较高要求的场合多采用晶闸管作为功率控制元件，晶闸管交流调功器也得到广泛应用[1]。晶闸管也叫可控硅常用的有两种控制

2、方式，即移相触发控制方式和过零触发控制方式。Ø移相调压是通过改变导通角的大小来调整输出电压，这种触发方式连续性好，输出电压平稳，无电压冲击，能够限制瞬时电流，适合各种类型的负载。目前变压器，电感线圈以及变阻性负载均采用这种触发方式。但是这种触发方式会对电网产生谐波污染。Ø变周期过零调功是在正弦波的过零点触发。过零触发方式又称调功方式，这种方式是通过改变给定周期内晶闸管导通的周波数来达到控制功率的目的。这一方式最大的特点是负载上得到的是完整的正弦波，不存在电流突变波形，所以减少了谐波干扰及对电网产生的影响，有利于功率因数的改善。电压表、电流表的表针只

3、有轻微的抖动，多台调整器运行时避免了电流的集中。因为在正弦波的零点触发所以对电网没有污染，功率因数高，但无法限制瞬时电流，故不能用于感性和变阻性负载，恒阻性负载一般都采用这种触发方式[2]。本科毕业设计第49页共49页由于晶闸管是电力电子元件，而随着国民经济的发展，电力电子设备已在许多行业中得到广泛的应用。但是，许多设备却存在着一个不可忽视的电网污染问题，这类设备都是通过调节晶闸管的触发角来控制负载上的电压、电流等参量的。在热处理加热炉调功器的应用中也是以晶闸管为开关元件，对三相功率进行控制，从而实现对加热系统的温度进行控制。以往采用较多的是移相触

4、发控制。采用这种控制方式，负载上得到的电压是缺角的正弦波，负载电流中包含有大量高次谐波，它不但会产生严重的射频辐射，干扰通讯，还作为谐波源引起电网电压波形的畸变。随着越来越多的大功率移相调功设备的投网运行，其危害也越来越引起人们的密切关注。因为电网电压波形的非正弦化，对联网的各种用电设备都会带来很坏的影响。它在各种用电设备中产生附加损耗，造成设备效率降低乃至损坏和烧毁；它可以使自动控制和继电保护装置失灵，甚至引起电力系统中的谐振现象。对此国家有关部门已经制定和试行了严格限制大功率移相调功设备投网和限期改造的具体措施。所以研制一种既能克服移相调功污染

5、电网、干扰通讯，又能实现对三相交流功率进行精细调节的新型调功设备是十分必要的。由于对晶闸管的过零触发方式比移相触发存在种种优势，因此对晶闸管使用过零触发控制的调功电路将被采用。它是在电网电压过零时触发晶闸管导通，通过改变导通与关断的周波数之比即晶闸管的斩割比来改变负载得到的平均功率。斩割比愈高，则输出的平均功率愈高，反之愈小。负载上的电压波形总是完整的正弦波，因此不会产生波形畸变和高频干扰[3]。1.1.2调功器的现实应用晶闸管交流调功器广泛应用于以下领域：Ø电炉工业：退火炉，烘干炉，淬火炉，烧结炉，坩埚炉，隧道炉，熔炉，箱式电炉，井式电炉，熔化电

6、炉，滚动电炉，真空电炉，台车电炉，淬火电炉，时效电炉，罩式电炉，气氛电炉，烘箱实验电炉，热处理，电阻炉，真空炉，网带炉，高温炉，窑炉，电炉Ø机械设备：包装机械，注塑机械，热缩机械，挤压机械，食品机械，回火设备，塑料加工，红外加热Ø玻璃工业：玻璃纤维，玻璃成型，玻璃融化，玻璃印制，浮法玻璃生产线，退火槽Ø汽车工业：喷涂烘干，热成型Ø节能照明：隧道照明，路灯照明，摄影照明，舞台灯光Ø化学工业：蒸馏蒸发，预热系统，管道加热，石油化工，温度补偿Ø其它行业：盐浴炉，工频感应炉，淬火炉温控，热处理炉温控，金刚石压机加热，大功率充磁/退磁设备，航空电源调压，中央

7、空调电加热器温控，纺织机械，水晶石生产，粉末冶金机械，彩色显像管生产设备，冶金机械设备，石油化工机械，灯光平滑调节，恒压恒流恒功率控制等领域。本科毕业设计第49页共49页1.2晶闸管交流调功器的设计内容及要求1.2.1设计内容晶闸管交流调功器采用过零触发电路、周波数控制方式，输出0～100%可调节的波形呈正弦波群的电压和电流，使负载从电源吸取功率的平均值连续平滑可调。调功器避免了相位控制时缺角正弦波产生的无线电射频干扰，使晶闸管触发导通时的瞬态浪涌电流大为减少。它用于以镍络或铁镍铝等电阻材料为发热元件的电加热器的温度自动控制，与PID温度调节仪或计

8、算机、温度传感器和电加热器组成闭环温控系统，温控精度可达±0.5%～1%[4]。晶闸管交流调功器的设计主要包括主电路设计和