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摘要：交流電焊機在建筑施工現場是一種不可缺少的焊接工具之一，但是在實際的使用過程中，電焊機的空載時間甚至超過了操作時間，其空載損耗一般約在200W左右。這不僅白白浪費了許多電能，還會降低電網的功率因數，甚至會造成人身觸電傷亡事故。至此，我利用普通晶閘管可關斷電源的電路，來實現電焊機空載節電電路，只要隨手關掉焊鉗手柄上的開關，即可實現斷電的節電電路。并在實際操作中取得了良好的節電效果。其特點是：功耗低、操作方便、動作簡捷、靈敏可靠、實用性強等優點。

關鍵詞：晶閘管控制節電提高功率因數

我公司屬于地鐵、熱力管線、電力隧道及人防等地下暗挖工程的施工企業，由于施工中的主要材料為大量的鋼筋拱架、網片及金屬管道焊接等工作，每天都有幾十臺的電焊機同時工作，在電焊工作中，從焊好一道焊縫到焊接下一到焊縫時，經常要做很多輔助的工作。這時的電焊機就處于空載運行狀態，電焊機變壓器的初級繞組中仍有空載電流流過，有時工人吃飯或下班都忘記關掉電源。這樣，就白白浪費掉許多電能。為了減少這些無功電能損耗，使電焊機工作時有電，停焊時就能斷電的控制，我采用了兩個單向或一個雙向晶閘管作為交流電焊機的電源開關。因為雙向晶閘管在正、反相電壓下都不能導通，要想導通必須經控制級和陰極所加一個觸發電壓才能導通。所以可以用它做電焊機的交流開關，利用雙向晶閘管作電子開關比機械開關更加優越。因為只需很低的控制功率，就能控制相當大的電流，它不存在觸點抖動問題，動作速度極快，在關斷時也不會出現電弧現象。

一.晶閘管的工作原理：

經閘管是由兩層P型和兩層N型半導體交叉迭裝而成，在這四層半導體的交界面處形成3個PN結，從一端的P區引出一個陽極（A），從另一端的N區引出一個陰極（C），在中間層的P區引出一個控制極（G）?？梢?，經閘管是一種四層三端器件，電路中用V表示。當經閘管的陽極A加正向陽極電壓，可以理解為一個PNP型和一個NPN型的三極管直接耦合而成的。

<圖1>晶閘管的外形及圖形符號

二、可控硅的特性:

可控硅分單向可控硅、雙向可控硅。單向可控硅有陽極A、陰極K、控制極G三個引腳。雙向可控硅有第一陽極A1（T1），第二陽極A2（T2）、控制極G三個引腳。只有當單向可控硅陽極A與陰極K之間加有正向電壓，同時控制極G與陰極間加上所需的正向觸發電壓時，方可被觸發導通。此時A、K間呈低阻導通狀態，陽極A與陰極K間壓降約為1V。單向可控硅導通后，控制極G即使失去觸發電壓，只要陽極A和陰極K之間仍保持正向電壓，單向可控硅繼續處于低阻導通狀態。只有把陽極A電壓撤除或陽極A、陰極K之間電壓極性發生改變（交流過零）時，單向可控硅才由低阻導通狀態轉換為高阻截止狀態。單向可控硅一旦截止，即使陽極A和陰極間又重新加上正向電壓，仍需在控制極G和陰極K之間重新加上正向觸發電壓方可導通。單向可控硅的導通與截止狀態相當于形成的閉合和斷開狀態，用它可制成無觸點開關。

三.電焊機空載節電控制開關電路設計

主電路由雙向晶閘管、熔斷器、電焊機變壓器、開關等組成，控制電路則由晶閘管VS的觸發極G微動開關SA2組成。當電焊機工作時其工作原理如下：（詳見圖2）

<圖2>雙向晶閘管的控制原理圖

圖2當合上開關SA1，接通380V電源，在焊機未焊接前，即當焊鉗按鈕開關SA2處于斷開狀態時，晶閘管的陽極A和陰極K之間只是加上一個正向電壓，由于控制極G未加觸發電壓，晶閘管內部有一個PN結處于反相偏置，因此其中只有很小的電流流過，這個電流為正向漏電流。這時，晶閘管陽極和陰極之間表現出很大的內阻，處于阻斷（截止）狀態，此時晶閘管VS無觸發信號而不導通。當焊接工作開始時，只要操作人員按下SA2開關時，雙向晶閘管VS經控制極（G）和陰極（K）加正向電壓被觸發導通。焊機接通電源即可以進行焊接。當焊接結束時，只要工作人員關掉SA2開關，維持元件繼續導通的最小電流為維持電流IH。當晶閘管的正向電流小于這個電流時，晶閘管將自動關斷。這里的R、C是保護電路，其作用主要是防止電壓突變時使VS損壞。

<圖3>兩個單向晶閘管控制原理圖

圖3為采用兩個單向晶閘管實現的節電電路。其工作原理和雙向晶閘管的工作原理差不多。工作時手握焊鉗，用手指按下按鈕開關SA2后,VS1、VS2的控制極便靠對方的漏電流相互觸發至使兩個單向晶閘管同時導通，焊機接通電源后，便處于工作狀態，即可焊接。當要停焊時，再按一下SA2,后，VS1,VS2便會在電壓過零時迅速關斷，從而斷開電焊機的電源，電路中壓敏電阻RV用于吸收操作高峰電壓，保護VS1,VS2。要控制交流負載，必須將兩只單項晶閘管反極性并聯，讓每只SCR控制一個半波，為此需兩套獨立的觸發電路。

四、元器件選擇

雙向晶閘管VS由于能承受較大電壓，因此安全系數不必過大。在380V交流回路中，一般取600V即可。雙向晶閘管的額定電流以有效值計算，因此元件額定電流的選擇只要大于負載電流有效值即可。為安全起見，可取焊機初級最大電流的1.2倍左右。我公司電焊機均使用BX3－500型電焊機，一次最大電流為75A乘以1.2倍得90A，可選KS-100-8-21型，其中KS表示雙向可控（閘流）額定通斷電流100A，斷態重復峰值電壓8級（800V）斷態電壓臨界上升率（Dv/Dt）2級（不小于200V/VS）換向電流臨界下降率（Di/dt）1級（不小于1％額定通斷電流＝1A/us）。即可，為了限制加在雙向晶閘管上的（Du/Dt）值，防止誤導通，在元件兩端要并聯阻容電路，通常取R=50~100Ω;C=0.1uf。電容C和電阻R是常用的過電壓保護方法，是加一個阻容吸收電路，利用電容器電壓不能突變的特點，把尖峰電壓吸收。其實質是當電流切斷的瞬間，把電感回路內的磁場吸收過來，轉變成電場，能儲存在電容器中，然后電容器通過電阻放電，把聚積的能量逐漸散掉。阻容吸收電路中的電阻，不僅可以減小放電時的電流沖擊，而且還可以抑制電容與負載電感可能引起的自激振蕩。并聯在晶閘管上的阻容吸收電路要盡量靠近元件，引線要短，最好采用無感電阻。通常這種阻容元件參數可按下表的經驗數據選用。在大容量的晶閘管電路中，也可接入非線性電阻器件（如壓敏電阻或硒堆），用來抑制電網上侵入的很大的、持續時間較長的浪涌電壓。

單向晶閘管VS1，VS2應選用型號同規格的元件，其額定電壓為1200V，額定電流不低于最大初級電流的1.5倍，即75×1.5＝112A，選120A即可。RV采用MY31—1100/5型的。按鈕開關應盡量選用小型按鈕，同時要便于操作。有條件者，可將圓形的膠布手柄改為手槍柄似的長方形手柄，同時將按鈕開關安裝在手柄里。

五.制作與調試：

按圖上所示安裝，由于電路簡單，只要將元器件焊接在接線架上，而無需使用印制電路板，即可成功。

此電路經過使用，取得良好的節電效果。按每天每臺焊機節約幾度電來計算，幾十幾臺電焊機一年要節約上萬度電以上，可為單位節約大量的電力能源，并在大部分電焊機停用時可提高系統的功率因數等。

主要參考文獻：

秦曾煌主編的電工學，高等教育出版社1998年

鄭忠杰主編的晶閘管變流技術，機械工業出版社1988年

許經鸞秦守信主編的電子技術基礎煤炭工業出版社1994年

建設部人事教育司編寫的建筑電工2002年等文獻