简易可控硅调压调温电路（可控硅特性,工作原理,作用与检测）

　　可控硅简介

　　可控硅（Silicon Controlled RecTIfier） 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。它具有体积小、效率高、寿命长等优点。在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。

　　可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲（或负脉冲）可使其正向（或反向）导通。这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因此特别适合做交流无触点开关使用。

　　可控硅的特性

　　可控硅分单向可控硅、双向可控硅。单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引脚。双向可控硅有第一阳极A1（T1），第二阳极A2（T2）、控制极G三个引脚。只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压，同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时，方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态，阳极A与阴极K间压降约为1V。单向可控硅导通后，控制极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压，单向可控硅继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（交流过零）时，单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。单向可控硅一旦截止，即使阳极A和阴极间又重新加上正向电压，仍需在控制极G和阴极K之间重新加上正向触发电压方可导通。单向可控硅的导通与截止状态相当于形状的闭合和断开状态，用它可制成无触点开关。

　　双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约1V。双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。

　　可控硅分类

　　（一）按关断、导通及控制方式分类：可控硅按其关断、导通及控制方式可分为普通可控硅、双向可控硅、逆导可控硅、门极关断可控硅（GTO）、BTG可控硅、温控可控硅和光控可控硅等多种。

　　（二）按引脚和极性分类：可控硅按其引脚和极性可分为二极可控硅、三极可控硅和四极可控硅。

　　（三）按封装形式分类：可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。其中，金属封装可控硅又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封可控硅又分为带散热片型和不带散热片型两种。

　　（四）按电流容量分类：可控硅按电流容量可分为大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三种。通常，大功率可控硅多采用金属壳封装，而中、小功率可控硅则多采用塑封或陶瓷封装。

　　（五）按关断速度分类：可控硅按其关断速度可分为普通可控硅和高频（快速）可控硅。

　　（六）过零触发-一般是调功，即当正弦交流电交流电电压相位过零点触发，必须是过零点才触发，导通可控硅。

　　（七）非过零触发-无论交流电电压在什么相位的时候都可触发导通可控硅，常见的是移相触发，即通过改变正弦交流电的导通角（角相位），来改变输出百分比。

　　可控硅主要参数

　　⒈ 额定通态电流（IT）即最大稳定工作电流，俗称电流。常用可控硅的IT一般为一安到几十安。

　　⒉反向重复峰值电压（VRRM）或断态重复峰值电压（VDRM），俗称耐压。常用可控硅的VRRM/VDRM一般为几百伏到一千伏。

　　⒊ 控制极触发电流（IGT），俗称触发电流。常用可控硅的IGT一般为几微安到几十毫安。

　　4，在规定环境温度和散热条件下，允许通过阴极和阳极的电流平均值

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　　什么是接近开关

　　接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（plc）装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无触点开关），它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。

　　接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等。

　　接近开关的性能特点

　　在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。

　　当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。但不同的接近开关检出距离也不同。

　　有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。

　　接近开关原理图

　　1.电感式接近开关工作原理

　　电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。工作流程方框图及接线图如下所示：

　　3.电容式接近开关工作原理

　　电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。工作流程方框图及接线图如下所示：

　　3.霍尔式接近开关工作原理

　　当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，

　　其表达式为U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。 由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。

　　霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。 霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。

　　霍尔开关的功能类似干簧管磁控开关，但是比它寿命长，响应快无磨损，而且安装时要注意磁铁的极性，磁铁极性装反无法工作。内部原理图及输入/输出的转移特性和接线图如下所示：

　　接近开关主要功能

　　1.检验距离

　　检测电梯、升降设备的停止、起动、通过位置；检测车辆的位置，防止两物体相撞检测；检测工作机械的设定位置，移动机器或部件的极限位置；检测回转体的停止位置，阀门的开或关位置。

　　2.尺寸控制

　　金属板冲剪的尺寸控制装置；自动选择、鉴别金属件长度；检测自动装卸时堆物高度；检测物品的长、宽、高和体积。

　　检测物体存在有否 检测生产包装线上有无产品包装箱；检测有无产品零件。

　　3.转速与速度控制

　　控制传送带的速度；控制旋转机械的转速；与各种脉冲发生器一起控制转速和转数。

　　4.计数及控制

　　检测生产线上流过的产品数；高速旋转轴或盘的转数计量；零部件计数。

　　5.检测异常

　　检测瓶盖有无；产品合格与不合格判断；检测包装盒内的金属制品缺乏与否；区分金属与非金属零件；产品有无标牌检测；起重机危险区报警；安全扶梯自动启停。

　　6.计量控制

　　产品或零件的自动计量；检测计量器、仪表的指针范围而控制数或流量；检测浮标控制测面高度，流量；检测不锈钢桶中的铁浮标；仪表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。

　　7.识别对象

　　根据载体上的码识别是与非。

　　8.信息传送

　　ASI（总线）连接设备上各个位置上的传感器在生产线（50-100米）中的数据往返传送等。

　　接近开关最大感应距离

　　接近开关型号不同，感应距离不同，如一般轴径8mm的接近开关，感应距离在0.15-1.5mm，12mm的感应距离在0.3-3mm，18mm的感应距离在0.6-6mm，30mm的感应距离在1-10mm。根据需要选择你需要的型号即可。接近开关的动作距离与被测物体的材质有关，而开关动作距离与开关的动作距离之间的关系。接近开关的作用距离和检测到的车身的厚度和尺寸都有一定的关系，检测到的材料是相同的。

　　我们具体看是什么类型的有接触式的有感应式的接触式的只有接触力达到一定程度（即接近开关的动触点闭合）才有作用。感应式是在一定的范围内可以检测到的。范围在一定程度上是可以调节的。参照说明书调节。接近开关的检测距离与具体型号有关，一般的检测距离在10毫米左右，如：NI25型的检测距离最大有15毫米，而NI35型的检测距离最大有25毫米。

　　一般有几种可能会使接近开关感应距离变短：

　　第一种：传感器使用时间长了感应线圈老化，造成感应距离不够

　　第二种：传感器电源电压偏低

　　第三种：传感器周围有物体或电磁干扰

　　

在接近开关传感器的选择中应遵循以下原则：

　　1.当金属材料检测，高频振荡型接近传感器应选择的，这是最敏感的检测和A3。铝、黄铜和不锈钢的检测灵敏度较低。

　　2.当检测体非金属材料，如木材、纸张、塑料、玻璃、水等，采用电容式接近传感器。

　　3.金属体和非金属进行远程检测和控制，应选择光电接近传感器或超声波接近传感器。

　　4.用于检测金属，如果检测灵敏度不高，可以使用低价格的磁力接近传感器或霍尔式接近传感器。

　　接近开关的接线方法

　　1、二线式接近开关的接线方法

　　对于二线式NPN型接近开关，棕色线与负载相连，蓝色线与零电位点相连；对于二线式PNP型接近开关，棕色线与高电位相连，负载的一端与接近开关的蓝色线相连，而负载的另一端与零电位点相连。图2-61和图2-62所示分别为二线式NPN型接近开关接线图和二线式PNP型接近开关接线图。

　　2、三线式接近开关的接线方法

　　对于三线式NPN型接近开关，棕色的导线与一端负载，同时与电源正极相连；黑色的导线是信号线，与负载的另一端相连；蓝色的导线与电源负极相连。对于三线式PNP型接近开关，棕色的导线与电源正极相连；黑色的导线是信号线，与负载的一端相连；蓝色的导线与负载的另一端及电源负极相连，如图2-63和图2-64所示。

　　初学者经常不能正确区分NPN型和PNP型的接近开关，其实只要记住一点：PNP型接近开关是正极开关，也就是信号从接近开关流向负载；而NPN型接近开关是负极开关，也就是信号从负载流向接近开关。

　　24v接近开关实物接线图

　　例：某设备用于检测PVC物块，当检测物块时，设备上的24V DC功率为12W的报警灯亮，请选用合适的接近开关，并画出原理图。

　　因为检测物体的材料是PVC，所以不能选用感应接近开关，但可选用电容式接近开关。报警灯的额定电流为：，查表2-20可知，直流接近开关承受的最大电流为0.2A，所以采用图2-64的方案不可行，信号必须进行转换，原理图如图2-71所示，当物块靠近接近开关时，黑色的信号线上产生高电平，其负载继电器KA的线圈得电，继电器KA的常开触头闭合，所以报警灯EL亮。

　　由于没有特殊规定，所以PNP或NPN型接近开关以及二线或三线式接近开关都可以选用。本例选用三线式PNP型接近开关。