晶闸管变压.docx

系别专业班级姓名学号指导教师完成时间张疆勇2011/4/22扬州市职业大学毕业设计（论文）论文题目： 晶闸管变压-电阻炉加热汽车与电气工程系电气自动化08电气3班周汉松［摘要］ 2第一章 绪论 31.1 电阻炉 31.2晶闸管变压 5第二章 常见电力电子器件介绍 62.1晶闸管 62.2二极管 82.3 单结晶体管 10第三章 方案比较 123.1 方案一 123.2方案二 133.3 方案比较结果 14第四章 设计方案 144.1 设计方案和实现功能 144.2 工作原理： 15第五章 调试结果 275.1 电压的调节 275.2 脉冲和改变控制角 275.3 电阻炉加热 28［心得体会］ 29［参考文献］ 30［摘要］本次毕业设计以晶闸管变压为主要设计对象主要阐述了通过调节触发电路 中电阻的大小来控制触发脉冲，再通过触发脉冲来控制晶闸管的控制角大小，最 终通过控制输出电压的大小来调节电阻炉的加热从而实现较高的能量使用效 率本设计的第一章为绪论，主要阐述了晶闸管变压及电阻炉炉的基本情况第 二章为方案比较的介绍第三章为一些器件的介绍第四章是晶闸管变压电阻炉 的设计方案第四章为调试结果。

最后一章是心得体会电阻炉是工农业生产中常用的电加热设备，广泛应用于冶金、机械、建材等 行业，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中可控整流是晶闸管组成 的整流器可以在交流电压不变的情况下，改变直流输出电压的大小通过对晶闸管电压的设计，使我对电气工程的主干课程有一个较为全面，系 统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我独立分析和 解决电力工程设计问题的能力［关键词］电阻炉 电路 控制 晶闸管 调压 单结晶体管第一章绪论在生产和生活中大量需要电压可调的直流电源，如电机调速，同步电机励磁， 电阻炉加热，电焊，电镀，电解等用晶闸管组成的相控整流电路，可以方便地 把交流电变换成大小可调的直流电，具有体积小，重量轻，效率高一击可控灵敏 等优点，获得广泛应用不同性质的负载，对晶闸管电压器的工作状态有不同的 影响在相控变流中使用的器件是晶闸管，根据使用的元件不同和负载的不同的 要求，可组成多种电路本次设计晶闸管电压电阻炉加热，其负载性为电阻性负 载电阻炉是一种通过电热体将电能转换成热能，以加热工件的装置按工作原 理分类、电阻炉、电弧炉、感应炉本次设计的晶闸管变压电阻炉加热的电阻炉 其工作原理为电阻炉。

1.1电阻炉?电阻炉定义电阻炉是一种通过电热体将电能转换成热能，以加热工件的装置按工作原 理分类、电阻炉、电弧炉、感应炉g电阻炉简介电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件 和物料的热加工设备根据工业炉所用能源供给形式通常分为两类：一是燃料加热炉，二是电阻加 热炉获得高温的设备一般称高温炉，现在使用高温炉的能源大部分是电能由于 当前全球环境不断恶化的要求，各国限制CO2的排放几乎成为共识，因此对于使 用燃气的工业炉而言，其发展前景暗淡，所以一般高温炉在某种实际意义上就是 指电阻加热炉根据加热方式的不同，电炉又分为电阻炉、电弧炉、电子束炉等等 其中用得比较多的是电阻炉在电阻炉中又分为管式炉、坩埚炉、马弗炉电阻炉按传热方式又分为辐射式、对流式及传导式辐射式电阻炉是以辐射 传热为主，对流较少对流式电阻炉是以对流传热为主，辐射为辅，这些炉型一 般称作空气循环炉，此类炉型常用于650°C以下的低温电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成炉体由炉壳、加热器、炉衬 （包括隔热屏）等部件组成电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示 及电气部件等辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不 同而已。

而本设计的晶闸管变压电阻炉是农用的新式的普通电饭锅g电阻炉的优点•热效率高电阻炉不需要燃烧气体，没有派出因燃烧气体而产生的废气造 成的热损失炉膛室内热强度高，能达到较高的温度，是高熔点金属得熔化由保护气氛来保证炉内气氛的清洁比如保护气氛改为真空，可以将炉内的 残余气体抽走，保护气氛改为氢气，各种可随之运出高纯度的氢气，气含氧量 可小于0.lppm，气露点小于一70C能够满足工作空间温度场均匀分布和恒温 的精度要求比如在48小时内温度漂移土0.5C整个工艺过程能用微机和智能化程序控制有利于连锁保护，报警、防爆、 数显、曲线记录操作简单，寿命长，安全有保障场所利用率大，噪声较稳定g电阻炉发展情景电阻炉将向多元化，多功能化发展而且将应用于各个领域，新材料的出现 和发展将会给电阻炉带来性的机遇，将会不断的提高电阻炉的温度和使用效率各种电气化工程自动化系统及计算机控制等都会会也将应用于电阻炉领域，会是 电阻炉自动化智能化方向发展1.2晶闸管变压通过调节触发电路中电阻的大小来控制触发脉冲，再通过触发脉冲来控制晶 闸管的控制角大小，最终通过控制输出电压的大小晶闸管变压其电路有两部分组成，其一为触发电路。

触发电路是使用单结晶 体管通过晶闸管的张弛振荡电路，而晶闸管的张弛振荡电路利用单结管的负阻 特性及阻容电路的充放电特性组成频率可调的振荡电路其中通过调节电阻阻值 的大小来控制脉冲其二为变压电路变压电路是以晶闸管为主体的整流电路用触发信号来控 制晶闸管的开断，从而调节负载端的电压大小，达到边压的效果晶闸管（可控硅）在我国工农业生产和民用方面主要应用在：交流调压、可 控整流以及无触点功率静态开关等领域可控整流是晶闸管（可控硅）组成的整流器可以在交流电压不变的情况下， 改变直流输出电压的大小晶闸管可控整流已用于直流拖动调速装置，广泛应用 于轧钢、电解、电镀、机床、造纸、纺织、励磁等领域第二章 常见电力电子器件介绍2.1晶闸管2.1.1 概述1. 定义和分类定义（1）晶闸管被称为可控硅整流器，简称为可控硅；（2）晶闸管是 PNPN 四层半导体结构， 它有三个极： 阳极，阴极和门极（3）晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；分类 晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、 逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、温控晶闸管和光控晶闸管等多种2. 工作原理和工作条件工作原理晶闸管VT在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组 成晶闸管的主电路，晶闸管的门极 G和阴极K与控制晶闸管的装置连接， 组成晶闸管的控制电路。

工作条件（1）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都 处于关断状态 2 ）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶 闸管才导通3） 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电 压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用4） 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零 时，晶闸管关断2.1.2主要参数：1•额定正向平均电流IF :在环境温度小于40度和标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的工频(50Hz)正弦波半波电流平均值2•维持电流IH :在控制极开路且规定的环境温度下，晶闸管维持导通的最小阳极电流阳极电流Ia

2.1.3使用注意事项1、 选用可控硅的额定电压时，应参考实际工作条件下的峰值电压的大小，并留出一定的余量2、 选用可控硅的额定电流时，除了考虑通过元件的平均电流外，还应注意正常工作时导通角的大小、散热通风条件等因素在工作中还应注意管壳温度不超过相应电流下的允许值3、 使用可控硅之前，应该用万用表检查可控硅是否良好发现有短路或断路现象时，应立即更换4、 严禁用兆欧表(即摇表)检查元件的绝缘情况5、 电流为5A以上的可控硅要装散热器，并且保证所规定的冷却条件为保证散热器与可控硅管心接触良好，它们之间应涂上一薄层有机硅油或 硅脂，以帮于良好的散热6、 按规定对主电路中的可控硅采用过压及过流保护装置7、 要防止可控硅控制极的正向过载和反向击穿极管2.2.1 概述定义二极管又称晶体二极管 ,简称二极管;它是一个只往一个方向传送电流的电 子零件具有按照外加电压的方向使电流流动或不流动的性质特性（1）二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降 0.7V 2）二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联 的时候要接相适应的电阻2.2.2 二极管的应用1、整流二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方 向的脉冲直流电。

2、开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通 的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的 开关利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路3、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为 0.7V ，锗管 为 0.3V ）利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制 在一定范围内4、继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用5、稳压二极管是代替稳压电子二极管的产品是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管 作为控制电压和标准电压使用而制作的工作在反向击穿状态，硅材料制 作，动态电阻 RZ 很小，一般为 2CW 型；将两个互补二极管反向串接以减 少温度系数则为 2DW 型2.2.3 工作原理和导电特性工作原理晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结，在其界 面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等 而处于电平衡状态当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互 相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压 偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与 反向偏置电压值无关的反向饱和电流 10当外加的反向电压高到一定程度 时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产 生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿 现象导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性在电路中，电流只能从二极管 的正极流入，负极流出1. 正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端， 二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置必须说明，当加在二极 管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流 十分微弱只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为 “门坎电压 ”，又称 “死区电压”，锗管约为0.1V，硅管约为0.5V ）以后，二极管才能真正导通 导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为。