周波控制技术在电阻炉中的应用

首先来明确几个概念：移相触发、周期过零触发和周波过零触发。
1.1 移相触发
在交流电的半个周期（正半周期或负半周期）内通过控制（移动）触发脉冲的相位，来调整导通时间（又称导通角）和关断时间（又称控制角）的比例来达到改变输出电压平均值的目的。
1.2 周期过零触发
在一个较长的固定周期内通过触发电路控制导通周波的个数和关断周波的个数的比值（又称为占空比或时间比例）来控制负载功率的平均值。 
1.3 周波过零触发
周波过零触发方式是从周期过零触发方式演变而来的。即在满足过零触发和输入信号时间占空比的关系两个前提条件下，尽可能缩短控制周期，间歇的变时基的控制周波导通个数来控制负载功率的平均值。
2  基本原理
2.1 周波控制技术的基本原理
周波就是交流电的变化或电磁波的振荡从一点开始完成一个过程再到这一点，叫一个周波，简称周波。周波控制技术顾名思义就是对周波进行控制的信号处理技术，主要是与SSR配合使用，周波控制系统原理图如图1所示。
基本原理：周波组件是一个软硬件结合体，硬件由高性能单片机及其外围电路构成，软件由用户根据周波控制技术特定的数学模型编制的应用程序。仪表把负反馈元件随温度的变化量转化为4-20mA的线性化电流，这个电流输入周波组件，通过一个250欧精密电阻再转换为1-5V的电压量进行A/D转换后得到一系列脉冲数字量。转换得到的数字量与4-20mA的电流成正比对应关系，根据这个比例关系算出单位时间内所需要的周波数。同时把这些数字量置入移位寄存器，用一个时基20ms的定时器作为同步输出触发信号。根据数字信号的大小向SSR输出变时基触脉冲发信号，使输出功率在最大功率的0%-100%之间线性调整。
2.2 SSR工作原理
周波控制技术是SSR的触发信号处理技术，为了更好地应用周波控制技术，有必要研究一下SSR的工作原理。按负载电源的类型可将SSR分为交流SSR和直流SSR。交流SSR是以双向晶闸管作为开关器件，用来接通或断开交流负载电源。按交流SSR的控制触发方式不同，又可分为过零触发型和随机导通型两种。过零触发型交流SSR是当控制信号输入后，在交流电源经过零电压附近时导通，故干扰很小。随机导通型SSR则是在交流电源的任一相位上导通或关断，因此在导通瞬间可能产生较大的干扰。
过零触发型交流SSR为四端器件，其内部电路如图2所示。1、2为输入端，3、4为输出端。R0为限流电阻，光耦合器U将输入与输出电路在电气上隔离开，V1构成反相器，R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路，UR为双向整流桥，由V3和UR用以获得使双向晶闸管V4开启的双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，分别用来保护V3和V4，R8和C组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止对开关电路产生冲击或干扰。
需要指出的是所谓“过零”并非真的必须是电源电压波形的零处，而一般是指在10~25V或-(10~25)V区域内进行触发，如图3所示。图中交流电压分三个区域，Ⅰ区为-10V~+10V范围，称为死区，在此区域中加入输入信号时不能使SSR导通。Ⅱ区为10~25V和-(10~25)V范围，称为响应区，在此区域内只要加入输入信号，SSR立即导通。Ⅲ区为幅值大于25V的范围，称为抑制区，在此区域内加入输入信号，SSR的导通被抑制。
当输入端未加电压信号时，光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止，V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时SSR关闭。当加入输入信号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和，使V1截止。此时若V3两端电压在-(10~25)V或10~25V范围内时，只要适当选择分压电阻R4和R5，就可使V2截止，这样使V3触发导通，从而使V4的控制极上得到从R6→UR→V3→UR→R7或反方向的触发脉冲，而使V4导通，使负载接通交流电源。而若交流电压波形在图2中的Ⅲ区内时，则因V2饱和而抑制V3和V4的导通，而使SSR被抑制，从而实现了过零触发控制。由于10~25V幅值与电源电压幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就将过零电压粗略地定义为0~±25V，即认为在此区域内，只要加入输入信号，过零触发型交流固态继电器都能导通。