周波控制技術(shù)在電阻爐中的應(yīng)用

首先來明確幾個概念：移相觸發(fā)、周期過零觸發(fā)和周波過零觸發(fā)。
1.1 移相觸發(fā)
在交流電的半個周期（正半周期或負(fù)半周期）內(nèi)通過控制（移動）觸發(fā)脈沖的相位，來調(diào)整導(dǎo)通時間（又稱導(dǎo)通角）和關(guān)斷時間（又稱控制角）的比例來達(dá)到改變輸出電壓平均值的目的。
1.2 周期過零觸發(fā)
在一個較長的固定周期內(nèi)通過觸發(fā)電路控制導(dǎo)通周波的個數(shù)和關(guān)斷周波的個數(shù)的比值（又稱為占空比或時間比例）來控制負(fù)載功率的平均值。?
1.3 周波過零觸發(fā)
周波過零觸發(fā)方式是從周期過零觸發(fā)方式演變而來的。即在滿足過零觸發(fā)和輸入信號時間占空比的關(guān)系兩個前提條件下，盡可能縮短控制周期，間歇的變時基的控制周波導(dǎo)通個數(shù)來控制負(fù)載功率的平均值。
2? 基本原理
2.1 周波控制技術(shù)的基本原理
周波就是交流電的變化或電磁波的振蕩從一點(diǎn)開始完成一個過程再到這一點(diǎn)，叫一個周波，簡稱周波。周波控制技術(shù)顧名思義就是對周波進(jìn)行控制的信號處理技術(shù)，主要是與SSR配合使用，周波控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
基本原理：周波組件是一個軟硬件結(jié)合體，硬件由高性能單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，軟件由用戶根據(jù)周波控制技術(shù)特定的數(shù)學(xué)模型編制的應(yīng)用程序。儀表把負(fù)反饋元件隨溫度的變化量轉(zhuǎn)化為4-20mA的線性化電流，這個電流輸入周波組件，通過一個250歐精密電阻再轉(zhuǎn)換為1-5V的電壓量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得到一系列脈沖數(shù)字量。轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量與4-20mA的電流成正比對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)這個比例關(guān)系算出單位時間內(nèi)所需要的周波數(shù)。同時把這些數(shù)字量置入移位寄存器，用一個時基20ms的定時器作為同步輸出觸發(fā)信號。根據(jù)數(shù)字信號的大小向SSR輸出變時基觸脈沖發(fā)信號，使輸出功率在最大功率的0%-100%之間線性調(diào)整。
2.2 SSR工作原理
周波控制技術(shù)是SSR的觸發(fā)信號處理技術(shù)，為了更好地應(yīng)用周波控制技術(shù)，有必要研究一下SSR的工作原理。按負(fù)載電源的類型可將SSR分為交流SSR和直流SSR。交流SSR是以雙向晶閘管作為開關(guān)器件，用來接通或斷開交流負(fù)載電源。按交流SSR的控制觸發(fā)方式不同，又可分為過零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種。過零觸發(fā)型交流SSR是當(dāng)控制信號輸入后，在交流電源經(jīng)過零電壓附近時導(dǎo)通，故干擾很小。隨機(jī)導(dǎo)通型SSR則是在交流電源的任一相位上導(dǎo)通或關(guān)斷，因此在導(dǎo)通瞬間可能產(chǎn)生較大的干擾。
過零觸發(fā)型交流SSR為四端器件，其內(nèi)部電路如圖2所示。1、2為輸入端，3、4為輸出端。R0為限流電阻，光耦合器U將輸入與輸出電路在電氣上隔離開，V1構(gòu)成反相器，R4、R5、V2和晶閘管V3組成過零檢測電路，UR為雙向整流橋，由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開啟的雙向觸發(fā)脈沖，R3、R7為分流電阻，分別用來保護(hù)V3和V4，R8和C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。
需要指出的是所謂“過零”并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在10~25V或-(10~25)V區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖3所示。圖中交流電壓分三個區(qū)域，Ⅰ區(qū)為-10V~+10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號時不能使SSR導(dǎo)通。Ⅱ區(qū)為10~25V和-(10~25)V范圍，稱為響應(yīng)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號，SSR立即導(dǎo)通。Ⅲ區(qū)為幅值大于25V的范圍，稱為抑制區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號，SSR的導(dǎo)通被抑制。
當(dāng)輸入端未加電壓信號時，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和，V3和V4因無觸發(fā)電壓而截止，此時SSR關(guān)閉。當(dāng)加入輸入信號時，光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時若V3兩端電壓在-(10~25)V或10~25V范圍內(nèi)時，只要適當(dāng)選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發(fā)導(dǎo)通，從而使V4的控制極上得到從R6→UR→V3→UR→R7或反方向的觸發(fā)脈沖，而使V4導(dǎo)通，使負(fù)載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的Ⅲ區(qū)內(nèi)時，則因V2飽和而抑制V3和V4的導(dǎo)通，而使SSR被抑制，從而實(shí)現(xiàn)了過零觸發(fā)控制。由于10~25V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過零電壓粗略地定義為0~±25V，即認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)，只要加入輸入信號，過零觸發(fā)型交流固態(tài)繼電器都能導(dǎo)通。