【文章內容簡介】 1400 的晶閘管元件。其中晶閘管的額定電壓級別如表 所示。 表 額定電壓（ V） 100 200 300 400 500 600 700 級數 1 2 3 4 5 6 7 額定電壓（ V） 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 級數 8 9 10 12 14 16 18 額定電壓（ V） 2021 2200 2400 2500 2600 2800 3000 級數 20 22 24 25 26 28 30 (3) 低壓斷路器的選擇 低壓斷路器的選取原則： 1) 低壓斷路器的額定電壓應不低于所在線路的額定電壓。 2) 低壓斷路器的額定電流應不小于它所安裝的脫扣器額定電流 [10]。 由公式 ?c o s22 NNN IUmP ? ( 1cos ?? )得 到 VU N 3802 ? , AI N ? 因此選用DZ520/200 型的低壓斷路器。額定電壓 :380V(AC),額定電流： 20A，無脫扣，極數： 2 （ 4）交流接觸器的選擇 交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的 接觸器 也經常作為中間繼電器配合主電路使用。交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。 交流接觸器的選取原則： 1) 交流接觸器的額定電壓應大于或等于所在線路的額定電壓。 2) 交流接觸器的額定電流應大于或等于所在線路的額定電流 [11]。 由公式 ?c o s22 NNN IUmP ? ( 1cos ?? )得到 VU N 3802 ? , AI N ? ，所以選取CJ2040 型交流接觸器。額定電壓： 380V，額定電流： 40A 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 14 頁 共 56 頁 (5) 溫度傳感器的選擇 1） 工業(yè)中常用溫度傳感器的分類 溫度是測量頻度最高的物理參數，并且可采用各種各樣的傳感器來進行測量。所有這些傳感器均通過檢測某種物理特性的變化來推斷溫度。最常用的三種溫度傳感器是熱電偶、電阻溫度計 (RTD)和 NTC 熱敏電阻 ,見圖 所示。 ? 熱電偶 由兩個焊接在一起的異金屬導線 (以形成兩個結點 )所組成。結點之間的溫差會在兩根導線之間產生熱電電位 (即電壓 )。通過將參考結點保持在已知溫度上并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，而且體積極小。不過，它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺陷。 ? 電阻溫度計 (RTD) 是能夠顯示電阻值隨溫度變化情況的繞絲或薄膜螺旋管。雖然常用的金屬是銅、鎳和鎳鐵合金等，但采用鉑制成的 RTD具有最 佳的線性、可重復性和穩(wěn)定性。憑借其上佳的線性和無與倫比的長期穩(wěn)定性，鉑 RTD牢固確立了自己作為溫度參考傳遞國際標準的地位。盡管薄膜鉑 RTD提供了性能匹配，但標準等級線繞電阻則在成本、外形尺寸和便利性方面更勝一籌。早期的薄膜鉑 RTD飽受漂移的困擾，原因是它們具有較高的表面積與體積之比，因而令其對污染更加敏感。后來，薄膜隔離和封裝的改進消除了這些問題，使得薄膜 RTD一舉超越線繞電阻和 NTC熱敏電阻而成為溫度傳感器之首選。 ? NTC熱敏電阻 溫 度 溫 度 溫 度 電 壓 電 阻 電 阻 熱電偶 電阻溫度計（ RTD） 熱敏電阻 （ NTC） 圖 常用的三種溫度傳感器 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 15 頁 共 56 頁 由金屬氧化物陶瓷組成，是低成本、靈敏度最高的溫度傳感器。同時，它們也是線性 最差的溫度傳感器，并具有負溫度系數。熱敏電阻擁有各種外形尺寸、基極電阻值以及電阻 溫度 (RT)函數關系曲線，可供簡化封裝和輸出線性化電路之用。通常將兩個熱敏電阻組合起來使用，以使輸出具有較好的線性。常用的熱敏電阻具有 10%20%的互換性。雖然可提供 1%的精確互換性，但花費的成本往往要高于鉑 RTD。普通的熱敏電阻可在有限的工作溫度范圍內呈現出上佳的電阻穩(wěn)定性，而在較寬的溫度范圍內工作時則表現出中等水平的穩(wěn)定性 (在 125℃條件下為 2%/1000 小時 ) [12]。 綜上所述，并根據電阻爐的實際加熱情況選擇熱 電偶溫度傳感器。 2） 熱電偶的選取原則 由于本設計中的電阻爐加熱溫度為 1000℃，所以 選取 WRP130型熱電偶。分度號： S，測量范圍（℃）： 0℃～ 1300℃，保護管材料：高鋁質。 （ 6） 溫控調節(jié)儀表的選擇 溫度的自動控制由溫控調節(jié)儀表完成 ,現代溫控調節(jié)儀表具有下述功能 : 1）實測溫度和設定溫度的數字顯示； 2）溫度上限和下限報警的設置； 3）輸出控制功率執(zhí)行信號 ,模擬信號或邏輯信號； 4）使溫度上升不過沖和很快穩(wěn)定的 P、 I、 D 控制參數 , P、 I、 D參數可調范圍寬。停電后無須重新設置設定點；少量的操作 按鈕 ,面板整潔。 在本設計中選取 XMT8008C型溫控調節(jié)儀表，輸出 4～ 20mA控制信號并具有上述的各項功能。 主電路各保護元件的計算與選取 晶閘管對于熱、瞬態(tài)峰值電壓、瞬態(tài)峰值電流是很敏感的，所以調功器保護電路的設計應針對上述三個方面進行。 晶閘管的熱保護 選擇適當的散熱器，利用電風扇對晶閘管強迫風冷，進行溫度保護。 晶閘管過電壓保護 （ 1） 壓敏電阻過電壓保護 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 16 頁 共 56 頁 壓敏電阻器簡稱 VSR，是一種對電壓敏感的非線性過電壓保護半導體元件。它在電路中用文字符號 “RV” 或 “R” 表示 ，圖 是其電路圖形符號。 圖 壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對 IC 及其它設備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流（如雷擊等）而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的 IC 或設備電路上，當電壓瞬間高于某一數值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導通大電流，從而保護 IC 或電器設備；當電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設備的 正常工作。 壓敏電阻具有正反向陡峭的電壓特。利用該特性，將壓敏電阻并聯(lián)在調功器電源電壓的輸入端，就能把電源的尖峰電壓鉗制在壓敏電阻擊穿電壓值之內。選擇擊穿電壓 適當小于晶閘管反向重復峰值電壓的壓敏電阻，并考慮其適合的電流容量，就能使晶閘管受到保護。表 。從中我們可以看到，型號為20D201K的壓敏電阻器隨著外加電壓從 180V上升到 420V，其電阻值從 18MΩ下降為 Ω，在這個過程里，電壓僅上升了 倍，而電阻值下降了 4280 多萬倍。由此可見壓敏電阻器的電 阻值對外加電壓的變化是非常“敏感”的。 表 20D201K 壓敏電阻器的電阻值隨外加電壓的變化 U(V) 180 192 200 250 310 356 420 R(Ω ) 10 ? ? 103200? 250 31 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 17 頁 共 56 頁 圖 20D201K壓敏電阻電阻值與 外加電壓的關系 壓敏電阻額定電壓mAU1的選擇 mmA UU ? （ ） 式中：mU— 壓敏電阻承受的額定電壓峰值（ V） VU mA 6 9 93 8 ???? 壓敏電阻通流容量 pmI 的選擇 ? ? Npm II 250~20? （ ） 式中： NI2 — 調功器額定電流（ A） ? ? ? ?AII Npm 7 3 0~2 9 250~20 2 ?? 因此選取 MY311000/5 型壓敏電阻。 （ 2）阻容吸收過電壓保護 在實際晶閘管電路中，常在其兩端并聯(lián) RC串聯(lián)網絡，該網絡常稱為 RC阻容吸收電路。晶閘管有一個重要特性參數 — 斷態(tài)電壓臨界上升率。它表明晶閘管在額定結溫和門極斷路條件下，使晶閘管從斷態(tài)轉入通態(tài)的最低電壓上升率。若電壓上升率過大，超過了晶閘管的電壓上升率的值，則會在無門極信號的情況下開通。即使此時加于晶閘管的正向電壓低于其陽極峰值電壓，也可能發(fā)生這種情況。因為晶閘管可以看作是由三個 PN 結100 150 200 250 300 350 400 450 外加電壓（ V） +08 +07 +06 +05 +04 +03 +02 +01 +00 電阻值（Ω） 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 18 頁 共 56 頁 組成的。 在晶閘管 處于阻斷狀態(tài)下，因各層相距很近，其 J2 結結面相當于一個電容 C0。當晶閘管陽極電壓變化時，便會有充電電流流過電容 C0，并通過 J3 結，這個電流起了門極觸發(fā)電流作用。如果晶閘管在關斷時，陽極電壓上升速度太快，則 C0的充電電流越大，就有可能造成門極在沒有觸發(fā)信號的情況下，晶閘管誤導通現象，即常說的硬開通，這是不允許的。因此，對加到晶閘管上的陽極電壓上升率應有一定的限制 [13]。 為了限制電路電壓上升率過大，確保晶閘管安全運行，常在晶閘管兩端并聯(lián) RC阻容吸收網絡，利用電容兩端電壓不能突變的特性來限制電壓上升率。因 為電路總是存在電感的 (變壓器漏感或負載電感 )，所以與電容 C串聯(lián)電阻 R可起阻尼作用，它可以防止 R、 L、C電路在過渡過程中，因振蕩在電容器兩端出現的過電壓損壞晶閘管。同時，避免電容器通過晶閘管放電電流過大，造成過電流而損壞晶閘管。由于晶閘管過流過壓能力很差，如果不采取可靠的保護措施是不能正常工作的。 RC阻容吸收網絡就是常用的保護方法之一。 RC吸收電路，在晶閘管的兩個主端子之間并聯(lián) RC電路如圖 。 圖 晶閘管兩端阻容保護電路接法 由于電容兩端電壓不會突變，當電網出現瞬時過電壓的 dtdu 時， RC 電路可旁路過電壓，又能抑制 dtdu 。 RC 的參數根據晶閘管的電流，電壓參數選取。大多數情況下阻容保護的數值一般根據經驗選定，如下表 所示。 RC 電路如果并聯(lián)在調功器的電源輸入端，對電網的瞬時過電壓也有抑制（吸收） 作 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 19 頁 共 56 頁 用。 表 與晶閘管并聯(lián)的阻容經驗數據 晶閘管額定電流（ A） 10 20 50 100 200 500 1000 電容（ uF） 1 5 電阻（Ω ） 100 80 40 20 10 5 2 根據晶閘管的額定電流，查上表可知選取 C=， R=80Ω 電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 mU 的 ～ 倍。 ? ? mF UU ~? （ ） ? ? 23 8 ~ ??? ? ?V806~591? 因此選取 CJ31A 型金屬化紙介電容器。標稱容量： ,額定電壓： 400V，耐壓：600V。 電阻功率 RP 為： ? ?WfCUP mR 62 10 ??? （ ） ? ? WW 62 ??????? ????? ? 因此選取 RJ20 型功率型金屬膜電阻器。 RJ20 70℃額定功率： 3W，阻值范圍： 1Ω～390kΩ，最大工作電壓： 500V。 晶閘管過電流保護 采用快速熔斷器過電流保護，既對晶閘管進行熱保護，也進行瞬時過電流保護。 快速熔斷器的選取原則 [14]： （ 1） 快速熔斷器的額定電壓應大于線路正常工作電壓有效值。 （ 2） 快速熔斷器熔體的額定電流 RI 是指電流有效值，晶閘管額定電流是指通態(tài)電流平均值。 選用時要求 ： )( AVTRNR III ?? （ ） 式中： RI — 快速容斷器容體額定電流 ； 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 20 頁 共 56 頁 RNI — 快速容 斷器額定電流 ； （ 3） 熔斷器 (安裝熔體的外殼 )的額定電流應大于或等于熔體額定電流值。 由公式 ?co s22 NNN IUmP ? ( 1cos ?? )得到 VU N