1.前言

        温度控制系统的最小构成，包括一个温度传感器，一个温度控制器和一个功率调节器。下图是一个实际控制系统的例子。

        本文从温度控制和功率损耗的视点，对功率调节器的工作原理，使用上的注意事项等进行说明。

2.功率调节器的种类和使用上的注意点

         功率调节器，从简单的电磁继电器到由复杂回路构成的逆变器，种类繁多。在此我们只说明温度控制系统中常用的功率调节器。
2.1电磁继电器的特点
        优点：
            ·机械接点，可以开闭大电流负载
            ·接点电阻小，功率损耗少
           ·电路配置简单，成本低

        缺点：
           ·利用电磁效应，接点动作迟延时间长
           ·不能电压过零切换，噪音大
        因为机械接点有使用寿命，所以希望延长输出周期，以延长接点寿命。这样一来就不适用于响应速度快的控制系统。

 

2.2过零型固态继电器（过零型SSR）
        固态继电器使用半导体开关，和电磁继电器相比能高速动作和实现过零切换。
        优点：
            ·对于电阻负载，总是在电压为零的附近进行ON/OFF切换
            ·电流突变小，开闭噪音小
            ·全波控制时不产生谐波电流
        缺点：
            ·当输出周期为0.1秒时，输出值的更新加快，电源频率为50Hz时，分辨率仅为1/10
            ·输出周期为10秒时，输出值的更新周期变慢，电源频率为50Hz时，分辨率变为1/10,000
            ·如果输出周期设置不当的话，控制温度可能会发生脉动

2.3连续比例型过零固态继电器（过零型SSR）
        连续比例型固态继电器是连续输出的固态继电器。和过零型固态继电器相比构造复杂，其优点如下。
        优点：
            ·和通常的过零型继电器相比，能实现连续平稳的功率控制
            ·谐波电流几乎为零，近年被广泛用于既要求控制性能，又限制谐波电流的场合

2.4相位控制器
        相位控制是对过零型固态继电器每半个周期，调整导通角连续控制功率的方式。其特点如下。

        优点：
            ·连续控制功率
            ·实现功率和输入的比例关系（功率的线性驱动）
            ·每半波限制电流，实现高速电流限制，限制常温下小阻值发热元件产生的浪涌电流，例如高速响应的加热负载（加热灯等）。
        缺点：
            ·控制电路复杂
            ·价格贵
            ·产生噪音和谐波电流

3.SSR的功率损耗

        固态继电器和相位控制器使用的是半导体开关元件，比如晶闸管和双向可控硅。其输出特性和二极管在导通时一样，其功率损耗与正向电压成比例。正向电压与加热器的电源电压无关是恒定的，因此加热器的平均电流越大功率损耗就越大。
        加热器的电热丝因材料而异，阻值小的加热器，仅需要大约AC20V的驱动电源。下表是我们比较1kW加热器在不同额定电压下产生的功率损耗。

电源电压	加热器电流有效值	功率损耗	驱动效率
AC20V	50A	58.5W	94.2%
AC100V	10A	11.7W	98.8%
AC200V	5A	5.9W	99.4%

*双向可控硅的电压降1.3V

         在低电压下控制功率时，如果使用晶闸管或双向可控硅的话，功率损耗就会增大。如果使用阻值小的FET等功率损耗就会减小，降低发热，减小放热器尺寸。

4.总结

        功率调节器各有特点，必须正确选择否则会出现如下问题。
            ·温度控制不能满足目标规格
            ·成本增加
            ·尺寸增大
            ·功率损耗增加
            ·给加热器增加额外热应力
        选择功率调节器的几点注意事项。
            ·对响应快的被控对象，选择迟延时间小的功率调节器
            ·考虑负载的电阻温度依存特性，选择功率调节器
            ·对低电压加热器，需计算功率调节器自身的功率损耗，注意发热
            ·使用相位控制器时，需考虑谐波电流和噪音，必要时使用噪音滤波器

 

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