回转窑油路电极棒加热器 恒压控温电路设计 张宇 （中钢集团吉林铁合佥股份有限公司 吉林中国 １３２００２） 摘要该设计采用可控硅调压恒温控制加热器电路设计。可控硅温度调节装置适用于各种需要 频繁调节温度的场合。随着电子器件的持续不断的发展、成熟的性能和低廉的价格使其逐步替代笨重的 调压器和继电器。控制电路的设计可以多种多样，本电路的设计在满足性能要求的前提下，线路 更简单更可靠。 关键词加热器恒温可控硅调压简单可靠 前言 在实际在做的工作和科研中，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 温度有时要一直地调节。常用的调节方法 有继电式调温、调压器调压调温和电子式 （多用可控硅）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，常规使用的寿命低。 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。而可控硅调压调温的 特点是体积小，无噪声、调节方便，但它对 电网会产生一定影响，适用于科研实验等小 功率加热器，本文将对利用可控硅设计的恒 温控制电路做具体的介绍和分析。 １可控硅恒压控温原理 加热器的温度控制电路结构如下图所 不： 图１加热器的温度控制电路结构图 上图中，ｕｔ为２２０Ｖ电压；Ｕｚ为可调的 交流电压；ＵＴ为反馈给移相控制电路的温度 电信号：Ｕ’ｔ为温度传感器传输给测温仪的 温度电信号；ｕ。为温度调节给定电压；ｕｘ为 移相电路的输入电压；Ｕ。为可控硅触发电 路的移相电压；ａ（电压信号）为可控硅的移 相触发信号，它受ｕ。控制。整个电路可分 成主电路、控制电路和测量显示电路三大部 分。 ２温控电路的设计与分析 ２．１主电路如下图所示：

  笠２２昼全垦丛金垒堂垄生目隧金监塞苤 ：！堕： 圈２主电路图 图中，ｓＣＲｌ和ＳｃＲ２为２只反向并联的 单向可控硅，其中ｇｌ、＆为它的控制极； Ｒｃ为阻容吸收电路，以吸收可控硅在关断 瞬问所产生的冲击电压；加热器内装有温度 传感器，常用的传感器是热电偶，温度传感 器的选用与加热器的工作时候的温度有关，当工作 温度较低时，也可采用热敏电阻作为感温元 件。２只可控硅分别在电源的正半波和负半 波轮流导通。加热器两端的电压受可控硅触 发角Ｑ的控制。经过控制加在可控硅控制极 ．触发脉冲的触发时刻（ｄ的大小）就可以实现 加热器的功率或温度的调节。当Ｑ增大时， Ｕ２降低。加热器功率下降，温度降低；反 之，则温度上升。 ２．１．１带电阻性负载 图２中为电阻负载单相交流调压电路。 图中的晶闸管ｓＣＲｌ和ｓｃＲ２也可以用一个 双向晶闸管代替。在交流电源Ｕ。的正半周 和负半周。分别对ｓｃＲｌ和ｓｃＲ２的开通角伍 来控制就能调节输出电压。正负半周ｎ 起始时刻（归０）均为电压过零时刻，稳态 时，正负半周的伍相等。又因负载电压波形 是电源电压波形的一部分，负载电流（也即 电源电流）和负载电压的波形相同，因此通 过触发延迟角ａ的变化就可实现输出电压的 控制。 ２．１．２计算与分析 负载电压有效值： 玑＝拦ｒ（√弛ｓｉｎ硼２ｄ（口）＝“怯ｓｉｎ撕＋等 故移相范围为Ｏ≤伍≤丌。脚时，输出 电压为最大， ｕ庐ｕ１。随着缸的增大，ｕｏ 降低，当归Ⅱ时，Ｕ瑚。 负载电流有效值： Ｌ＝鲁 晶闸管电流有效值： ‘＝怯ｒｃ亟产，２一㈥专店岛竺＋警， 功率因数： 五＝；＝器考＝怯缸ｎ撕＋等 ｓｕｌ厶ｑ、『功 石旺：ｏ时，功率因数九＝ｌ，ｑ增大，输入 电流滞后于电压且畸变，九降低。 ２．２触发电路 触发电路如下图所示：

  ：！堑： 釜！！鱼垒垦丛佥垒茔盔盟盐金鱼塞苤 Ｖ处Ｆ ｖｓ斗 ／Ｑ２ １。Ｕ ＫＩ ｒｖｌｌ ｑ２旦—驰 《口， Ｑｌ三一、越Ｌ一 黼Ｈ９生幽ｂ Ｌｑ２旦橙 北ｌ湖一 ∞ｑ拦毒ｌＬ＿一 图４触发电路图 图中ＴｃＡ７８５是温控触发电路的专用芯 片；Ｎｌ、Ｎ２为功率放大三极管（或ＶＭ０ｓ 管）；Ｔ．、Ｔｚ为隔离变压器：脉冲输出端 （ｇｔ、ｋ。）和（ｇ。、ｋｚ）分别接在主电路可 控硅ＳｃＲ．、ｓｃ＆的控制极和阴极。 ＴｃＡ７８５的１６脚接电源的正极（＋１５ Ｖ）ｉ １脚接电源的负极（ＧＮＤ）：１１脚为移 相控制脚，它通过电阻Ｒ１６连接到移相控制 输出端；５脚为同步信号输入端；１４、１５脚 为两路互差１８０的触发脉冲输出脚；９、ｌＯ脚 为脉冲宽度调整角，９脚接电阻（Ｒ，。＋‰， 一Ｅｅ １０脚接电容ｃ４。脉宽与（Ｒ，。＋＆），ｃ；成正 比；１２脚为芯片内部扫描斜率调整脚，其扫 描的斜率可通过调节外接的电容ｃ，得以调 整。只要控制移相电压ｕ。就能控制ｕ。的大 小，也即控制加热器的温度。脉冲宽度一般 控制在２ ｍｓ左右。变压器ＴＪ、ｋ的变比取 决于电源Ｅ的高低。其副边输出脉冲的幅值 为３～５ Ｖ，当Ｅｃ＝１５ Ｖ时，变比３：１是 适当的。Ｒ。ｓ是功放电路的电流限阻。 ２．３移相控制电路如下图所示 图５移相控制电路图 图１中ｕｇ为温度给定信号，ＵＴ为加热 器的实际温度信号；Ａ，、Ａｚ采用温漂较小 的运算放大器。为了使加热器达到恒温控制 的要求，整个移相控制电路由比较电路、ＰＩ 调节控制电路和差动放大电路组成。ＲＰ２为 Ｕａ 放大比例调整电位器。由于触发电路的工作 电压为１５ Ｖ，放大倍数应满足Ｕ。的调节范 围在０～＋１５ ｖ，放大倍数过大，则调节过 粗，调节的手感也较差；放大倍数过小，则 会造成ｕ ａ的调节范围过小，达不到设计所

  笠２２昼全国丛全垒芏：奎堑过金逢塞苤 ：！丝： 要求的调节范围。全电阻Ｒｌ、Ｒ２根据工 作电源的电压和热电偶的输出电压而定。 Ｒ３、Ｒ７的设置是为避免移相电路的调 节范围超出Ｖ１１（移相控制脚）所要求的 调节范围，以免引起脉冲的丢失。 当电路调试好后，移相电压ｕ。受给 定电压Ｕ。的控制，并成线性关系。由于 采用了无静差的ＰＩ调节电路，加热器的 温度在环境变化自然缓慢的情况下将非 常稳定。当然，环境条件的突然变化（如 突然开启炉门等）时，由于热惯性的存 在，调节到设定温度需要一定的时间。另 外，温度显示可采用与热电偶配套的温度 数显仪表。 ３结语 本论文的完成是我在助理工程师工作 过程中的一段重要的人生体验，在写作的过 程中，我查阅与收集了部分电力电子技术方 面的书籍，了解了可控硅是怎样的应用和如 何进行调试的，为日后的工作奠定了良好基 础，虽然此设计已经应用到实际生产的全部过程 中，并取得了良好的效果，但是我仍然觉得 此设计存在许多缺点和不足，希望可以在今 后的工作中继续完善。在这里我要向电气工 段长给予技术性指导表示感谢，同时也要向 分厂领导和同事对我的帮助和关心表示最 诚挚的谢意！