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实验室电炉温控仪表和控制电路的改进

发布时间:2015/8/27 13:44:48 点击量::723

 

     实验室传统电炉,是由动圈两位温控表控制交流接触器的吸合与断开,从而给加热体通电或断电,交流接触器起的是一个开关作用。如果选用智能仪表和晶闸管(可控硅SCR)及其模块等无触点开关替换温控仪表和交流接触器,可以解决传统电炉所存在的一系列问题。

一、实验室电炉控制原理

    可控硅反并联调压电路图主要由温控表、触发板和晶闸管组成,是典型的电炉温度控制电路。工作过程是,热电偶将电炉的温度转换成电信号给温控表,温控表根据电炉的设定温度与实际温度的差值,经过PID调整输出一个4~20mA的电流(直流)至触发板,触发板依据输入电流的大小,通过移相控制晶闸管的导通角,从而控制晶闸管输出电压的有效值。它使控制回路不再是只有∀通#或∀断#两种状态,而是根据电炉的温度将电压调整到一个适当值。通过触发板也可以手动精确控制输出电压,这一点对于以硅钼棒为加热体的电炉非常有意义。在应用时有两点值得注意:一个是触发板的三相电源的相序(R2、S2、T2)与操作回路的相序要一致;另一个是要解决晶闸管的过压保护问题,需要在每个支路都并联一个可以通过数千安浪涌电流的压敏电阻和有储能作用的吸收模块。

二、实验室电炉温控表的选择

    市场出售的温控表种类很多,如:DY2000智能仪表、智能化精密温度控制仪、SR90系列PID调节器等。虽然目前这类仪表没有统一命名,型号也不统一,但所选仪表应注意以下事项:①具有PID调节功能,且PID三个参数可由用户调节,并可自整定。它是精确控温的保证,可以使炉温波动范围在%1之内。②具有断偶保护和超温报警功能。③输入特性:要区分是热电偶、热电阻和电压信号等区别。通常这类仪表可以适配各种分度号的热电偶。(输出特性:根据仪表所驱动的对象,如:晶闸管(模块)、固态继电器或三相智能模块来选择仪表的输出特性。)一些仪表本身具备触发功能,可以不用触发板而直接驱动单相或三相负载的控制元件。④有些高级仪表可以进行多达九条十段的程序温度控制,可设定升温速度,也可设定保温时间,使复杂的程序控温成为可能。

三、晶闸管及其模块应用

    在操作回路中起开关作用的是反并联的晶闸管,一些电力电子元件厂在普通晶闸管的基础上开发、研制出了双向晶闸管(TRIAC)、晶闸管模块、固态继电器(ACSSR)或三相智能模块等电力电子开关器件。

    双向晶闸管可以认为是一对反并联的普通晶闸管集成,它有两个主电极T1和T2,一个门极G.门极使器件在主电极的正反方向均可触发导通。它与一对反并联晶闸管相比具有结构简单、重量轻、体积小、维修方便等优点。晶闸管模块是由晶闸管按一定电路联成,并与辅助电路共同封装在一个绝缘的树脂外壳内而制成。它有3个功率端,配有不锈钢螺栓,可以把与阴极相连的两个短接成一个端,模块内的晶闸管构成∀反并联#连接。另有两对锡焊电线的引出端,分别对应于晶闸管的正极和门极控制端。模块外形尺寸和安装尺寸均已标准化,芯片间的连线已在模块内部联成,因而它与同容量的分立器件相比,具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好、便于维修和安装、结构重复性好、总价格比分立器件低等优点。

    固态继电器模块是一种4端有源器件,其中两端为输入控制端,另外两端为输出受控端,中间采用光电隔离,以实现输入与输出之间的电气隔离。当输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断态转变成导通态,从而控制较大的交流负载。按触发形式可分为过零型(Z)和移相型(P)两种。其输入端可串联或并联,串联使用时,12~15V电压可驱动三支输入端串联的SSR。使用固态继电器模块的电路与使用晶闸管模块的电路相比,前者的总价格低,后者的控温精度高。

     三相智能模块,高度集成了晶闸管主电路、移相控制电路和自动调节电路,具有对电力进行调节、自动控制功能。模块还具有过热、过流、缺相等保护功能。可手动、仪表或微机控制,用0~12V电压即可对输出电压进行平滑调节。三相模块主电路交流输入无相序限制。它有3个输入端电极和3个输出端电极,一个控制端插口。由于将移相触发电路固化在模块中,虽然模块本身的价格偏高,但电路的总体造价却降低。并电路更简单,维修和安装更方便。

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