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1、辽宁科技大学毕业设计（论文）第I页三相晶闸管温控器的设计与研究摘要由于普通的晶闸管只具有控制导通的能力，并不具有自主关断的能力，它的关断需要依靠外部电路创造一定的条件，应用在斩波控制中时，需要有辅助关断的电路，这使电路的结构变得更加复杂，同时也降低了装置的可靠性。因此在晶闸管出现后又陆续研究发展了具有能自主控制导通和关断能力的电力电子器件，如电力晶闸管、可关断晶闸管、电力电子效应管、IGBT等一系列可以控制导通和关断的电力电子器件系列。现在的电力电子器件正在不断地研究发展中，制造工艺也在不断的改进，一些性能不高的器件逐渐被淘汰，如电力晶闸管已经基本淡出市场，场控晶闸管也已经停止了继续研发，高耐
2、压、高频、大电流、易驱动、低损耗的电力电子器件的研发已成为主要的发展方向，并且电力电子器件的模块化、集成化和智能化也成为器件生产制造的趋势。模块化是将多个电力电子器件组成的电路封装到一个模块中；集成化是将功率模块和驱动、检测、保护等功能集成而为一，使器件使用更方便安全。关键词：温控器；三相全控；晶闸管；调压AbstractAs the ordinary thyristor conduction only have the ability to control, does not have the ability to self-shutdown, and its need to rely on
3、 external circuitry off to create certain conditions, when used in the chopper control, the need for auxiliary shutdown Circuit, which makes the circuit structure becomes more complex, but also reduces the reliability of the device. So then after another study appeared in the SCR have developed self
4、-control can turn on and turn-off capability of power electronic devices, such as power thyristors, GTO, power electronic effect tube, IGBT and a series can Turn-on and off control of power electronic devices series. Now the power electronic devices are constantly in research and development, manufa
5、cturing processes are constantly improving, some performance is not high, the device is gradually phased out, such as power thyristors has been basically out of the market, field control thyristor has ceased to R & D, high voltage, high frequency, high current, easy to drive, low-loss research and d
6、evelopment of power electronic devices has become the main direction of development, and modular power electronic devices, integrated and intelligent devices have become the trend of manufacturing . Modular is composed of multiple power electronic devices in a circuit package module; integrated powe
7、r modules and driver is, detection, protection and as a functional integration, more convenient and safe to use the device. Keywords： Thermostat; Three Phase; Thyristor; Regulator目录1 绪论11.1引言11.2 选题背景及目的11.3 晶闸管温控器的发展状况和趋势21.4 课题的主要工作22晶闸管温控器的总体设计42.1 晶闸管温控器的控制思想42.2 触发脉冲输出设计思路42.3 总体方案的设计53 晶闸管温控器的
8、系统设计63.1电源模块部分的设计63.1.1电源模块的设计思想63.1.2 稳压电源电路及工作原理73.2触发电路模块设计93.2.1 触发电路的设计思想93.2.2 触发脉冲产生电路103.2.3 同步信号的触发电路103.2.4 晶闸管移相触发专用集成电路特点133.3.5 触发变压器的设计与实现153.3控制模块设计163.3.1 PID控制模块的设计思想163.3.2 PID控制电路及工作原理164 实验数据测试及结论分析194.1 实验数据测试194.2 晶闸管温控器的运行保护方式234.3 实验调试及注意事项24结 论26致 谢27参考文献281 绪论1.1引言 在电子设备中起重
9、要作用的晶闸管（也称可控硅，英文缩写SCR）被广泛用于各类生产部门，正在成为自动化、高效化不可缺少的装置。在最新的温度控制中晶闸管的利用明显的普及起来。但在国内对其有不同的叫法，如晶闸管调整器、可控硅调整器、晶闸管控制器、可控硅控制器、晶闸管调压器、可控硅调压器、晶闸管调功器、可控硅调功器、调压器、调功器、晶闸管交流电力控制器、可控硅交流电力控制器 、电力调整器、电力控制器、电压调整器、电压控制器等。 在实际工作和科研中，许多实验均需要用加热器来加热实验对象，使其达到并保持某一设定温度，而且在实验过程中，对象的温度时常需要不断地调节。常用的调节方法有继电式调温、调压器调压调温和电子式(多用晶闸
10、管)调压调温等几种。继电式调温依靠继电器的频繁切换来保持温度，它的温度调节比较粗略，响声大，使用寿命低。调压法调压的特点是对电网电压影响小，但比较笨重，调节粗糙。而晶闸管调压调温的特点是体积小，无噪声、调节方便，但它会对电网会产生一定影响。晶闸管温度调节装置适用于各种需要频繁调节温度的场合，随著电子器件的不断发展和成熟，高性能和低价位使其逐步取代了笨重的调压器和继电器。随着控制电路的愈加多样化，如何使其在满足性能要求的前提下使线路变得更简单更可靠，是今后需要研究和改进的主要方向1。本文将对利用晶闸管设计的温度控制电路做具体的介绍和分析。1.2 选题背景及目的 可控硅温度调节装置适用于各种需要频
11、繁调节温度的场合。随著电子器件的不断发展、成熟，高性能和低廉的价格使其逐步替代笨重的调压器和继电器,控制电路的开工可以多种多样，如何使其在满足性能要求的前提下。线路变得更简单更可靠、是今后需要研究和改进的方向。随着工业技术的飞速发展,可控硅在调压、调速、调光、温控、充电等方面的应用越来越普遍。在三相电路中,目前国内外一般都使用三个以上的可控硅控制。可控硅是一种新型的半导体器件，它具有体积小、质量轻、效率高、寿命长、动作快以及使用方便等优点。目前，交流调压器多采用可控硅调压。可控硅在建材工业自动控制系统中应用广泛，如玻璃厂自动配料系统对电子秤给料机的控制也采用可控硅控制。普通晶闸管(VS)实质上
12、属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。而这些可控硅均要求触发信号同步调节,连接相位方式有严格的要求,触发系统较为复杂,调整技术要求较高,可靠性较差,因此希望通过本次研究能够找到一种性能良好的控温电路。1.3 晶闸管温控器的发展状况和趋势 由于普通的晶闸管只具有控制导通的能力，并不具有自主关断的能力，它的关断需要依靠外部电路创造一定的
13、条件，应用在斩波控制中时，需要有辅助关断的电路，这使电路的结构变得更加复杂，同时也降低了装置的可靠性。因此在晶闸管出现后又陆续研究发展了具有能自主控制导通和关断能力的电力电子器件，如电力晶闸管、可关断晶闸管、电力电子效应管、IGBT等一系列可以控制导通和关断的电力电子器件系列。现在的电力电子器件正在不断地研究发展中，制造工艺也在不断的改进，一些性能不高的器件逐渐被淘汰，如电力晶闸管已经基本淡出市场，场控晶闸管也已经停止了继续研发，高耐压、高频、大电流、易驱动、低损耗的电力电子器件的研发已成为主要的发展方向，并且电力电子器件的模块化、集成化和智能化也成为器件生产制造的趋势。模块化是将多个电力电子
14、器件组成的电路封装到一个模块中；集成化是将功率模块和驱动、检测、保护等功能集成而为一，使器件使用更方便安全。相应的，晶闸管温控器也越来越向模块化、集成化、智能化以及数字化发展。1.4 课题的主要工作 本设计在前人研究设计的基础上，使用理论知识与实际控制过程相结合的研究设计方法，采用PID控制规律，通过控制主电路中晶闸管的触发导通、关断和导通时间长短，从而控制温度的变化。本次试验是以晶闸管温控器的控制电路为主要研究对象，将其分为多个模块进行分别研究，通过比较不同的实现方法找出最能满足试验要求的设计方法。 设计过程中尽量将客观因素考虑进去，采用多种保护电路的技术，确保试验顺利完成。本论文设计的四个
15、模块分别是直流电源模块，同步模块，脉冲生成模块，PID控制模块。2晶闸管温控器的总体设计2.1 晶闸管温控器的控制思想 把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。通过控制加在晶闸管控制极触发脉冲的触发时刻(即触发角的大小)即可实现加热功率或温度的调节。在每半个周期内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便调节输出电压的有效值。将此电源施加在加热管上，就可以改变加热功率，即加热温度。这种调压控制方法可以实现0V380V的电压变化，也就可以实现加热功率从0kw到最大加热功率，从而实现温度无级连续可调。2.2 触发脉冲输出设计思路 本设计的触发脉冲移相是以三相的自然换相点为基准的，三相电源U、V、W输入经过两两相减并整流以后得到周期为20 ms、相位差为120的三路方波A、B、C(如图2所示)，作为顶层模块的同步输入。分析触发脉冲可以发现，不管移相触发角为多少，以A相的过零点作为同步点，则从同步点开始的一个周期360内，必然产生6次输出脉冲。本设计采用双窄脉冲，每次有两路输出。6个晶闸管的触发分别由A、B、C的正、负电平周期内进行延时。例如：A的正电平周期内，以图2.1 三项全控桥整流电路A的上升沿为起始点，经由移相角决定的延时后，发出VT1的触发脉冲；在双窄脉冲应用中，同时发出VT6的触发脉冲。2.3 总体方案的设计 1. 方案一：三相全控可控硅调压
