滨州力冠机械设备有限公司

可控硅（Silicon Controlled Rectifier，简称SCR）是一种半导体器件，广泛应用于电加热系统的控制中。它可以通过控制其导通角来调节输出功率，从而实现对电加热器的精确控制。以下是详细的说明及案例分析：

可控硅控制电加热的原理

1. 基本结构与工作原理：

   

   • 可控硅由四层半导体材料组成，具有三个PN结。它有三个电极：阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）。
   • 当阳极与阴极之间施加正向电压，且控制极施加一个正向触发电压时，可控硅导通，电流从阳极流向阴极。
   • 一旦导通，控制极失去控制作用，直到电流降至零或反向，可控硅才会关断。

2. 导通角控制：

   • 在交流电系统中，可控硅的导通角是指在一个周期内，可控硅开始导通的时间点。
   • 通过改变导通角，可以控制通过电加热器的电流大小，从而调节加热功率。
   • 例如，在50Hz的交流电中，一个周期为20ms。如果可控硅在周期开始后的5ms导通，导通角为90度，输出功率为50%。

3. 触发控制电路：

   • 触发控制电路通常由微控制器、定时器或专用触发芯片组成。
   • 这些电路根据设定的温度或功率需求，计算并输出适当的触发信号到可控硅的控制极。

案例分析：电热水器的可控硅控制

背景： 一家制造商希望开发一款智能电热水器，能够根据用户设定的温度自动调节加热功率，以提高能效和用户体验。

解决方案：

1. 系统设计：

   • 电热水器采用电阻丝作为加热元件，功率为3kW，工作电压为220V交流电。
   • 使用可控硅作为功率调节器件，配合温度传感器和微控制器实现智能控制。

2. 硬件组成：

   • 可控硅：选用额定电流为25A的单向可控硅（如BT151）。
   • 温度传感器：采用NTC热敏电阻，安装在热水器内部，实时监测水温。
   • 微控制器：使用STM32系列微控制器，处理温度数据并生成触发信号。
   • 触发电路：由微控制器输出PWM信号，经过光耦隔离和放大，驱动可控硅的控制极。

3. 软件逻辑：

   • 微控制器周期性读取温度传感器的数据，并与用户设定的目标温度进行比较。
   • 根据温度差值，计算所需的加热功率，并转换为相应的导通角。
   • 微控制器输出触发信号，控制可控硅的导通时间，从而调节加热功率。

4. 运行效果：

   • 当水温低于设定值时，可控硅在交流电的每个周期早期导通，输出最大功率。
   • 当水温接近设定值时，可控硅的导通角逐渐后移，输出功率降低，实现恒温控制。
   • 系统能够快速响应温度变化，节能效果显著，用户满意度提高。

总结

可控硅通过导通角控制实现对电加热器的精确功率调节，广泛应用于各种电加热设备中。通过合理的硬件设计和软件控制，可以实现高效、智能的温度控制，提升设备性能和用户体验。