晶閘管中頻電源

晶閘管中頻電源是一種靜止變頻裝置,利用晶閘管元件將三相工頻電源變換成單相中頻電源。

簡介,控制電路原理,整流觸發原理,調節器原理,

簡介

此裝置對各種負載適應力強,主要用於各種金屬的熔煉、保溫、燒結、焊接、淬火、回火、透熱、金屬液淨化、熱處理、彎管、以及晶體生長等。在運行過程中自動調節輸出功率,使設備始終處於最大輸出功率的工作狀態。特別是對熔煉場合,有效的提高了熔煉速度。

控制電路原理

整流觸發原理

整個晶閘管中頻電源控制電路除逆變末級觸發電路板外,做成一塊印刷電路板結構,從功能分為整流觸發部分、調節器部分、逆變部分、啟動演算部分。
這部分電路包括三相同步、數字觸發、末級驅動等電路。觸發部分採用的是數字觸發,具有可靠性高、精度高、調試容易等特點。
晶閘管中頻電源數字觸發器的特徵是:用計(時鐘脈衝)數的辦法來實現移相,該數字觸發器的時鐘脈衝振盪器是一種電壓控制振盪器,輸出脈衝頻率受α移相控制電壓Vk 的控制,Vk 降低,則振盪頻率升高,而計數器的計數量是固定的(256),計數器脈衝頻率高,意味著計一定脈衝數所需時間短,亦即延時時間短,α角小,反之,α角大。計數器開始計數時刻受工頻同步信號控制,在α=0°時開始計數。現假設在某Vk 值時,根據壓控振盪器的控制電壓與頻率間的關係確定輸出振盪頻率 為25kHZ,則在計數到256個脈衝所需的時間為(1/25000)×256=10.2(mS),相當於180°電角度。
晶閘管中頻電源的計數清零脈衝在同步電壓(線電壓)的30°處,這相當於三相全控橋式整流電路的β=30°位置,從清零脈衝起,延時10.2mS產生的輸出觸發脈衝,也即接近於三相橋式整流電路某一相晶閘管α=150°位置,如果需要得到準確的α=150°觸發脈衝,可以略微調節一下電位器W4。顯然,有三套相同的觸發電路,而壓控振盪器和Vk 控制電壓為公用,這樣在一個周期中產生6個相位差60°的觸發脈衝。
晶閘管中頻電源數字觸發器的優點是工作穩定,特別是用HTL或CMOS數字積體電路,則可以有很強的抗干擾能力。
IC16A及其周圍電路構成電壓--頻率轉換器,其輸出信號的周期隨調節器的輸出電壓Vk 而線性變化。這裡W4微調電位器是最低輸出頻率調節(相當於模擬電路鋸齒波幅值調節)。
三相同步信號直接由晶閘管的門級引線K4,K6,K2從主迴路的三相進線上取得(630V進線場合,經隔離降壓變壓器取得),由R23,C1,R63,C40,R102,C63進行濾波及移相,再經6隻光電耦合器進行電位隔離,獲得6個相位互差60度、占空比略小於50%的矩形波同步信號(如IC2C,IC2D)的輸出。
IC3,IC8,IC12(14536計數器)構成三路數字延時器。三相同步信號對計數器進行復位後,對電壓--頻率轉換器的輸出脈衝每計數256個脈衝便輸出一個延時脈衝,因計數脈衝的頻率是受Vk 控制的,換句話說,Vk 控制了延時脈衝。計數器輸出的脈衝經隔離、微分後,變成窄脈衝,送到後級的LM556,它既有同步分頻器的功能,亦有定輸出脈寬的功能。輸出的窄脈衝經電阻合成為雙窄脈衝,再經電晶體放大,驅動脈衝變壓器輸出。

調節器原理

晶閘管中頻電源調節器電路的工作過程可以分為兩種情況:
一種是在直流電壓沒有達到最大值的時候,由於阻抗調節器的反饋係數略大,阻抗調節器的給定小於反饋,阻抗調節器便工作於限幅狀態,對應的為最小逆變θ角,此時可以認為阻抗調節器不起作用,系統完全是一個標準的電壓、電流雙閉環系統;
一種情況是直流電壓已經達到最大值,電流調節器開始限幅,不再起作用,電壓調節器的輸出增加,而反饋電流卻不變化,對阻抗調節器來說,當反饋電流信號比給定電流略小時,阻抗調節器便退出限幅,開始工作,調節逆變角調節器的θ角給定值,使輸出的中頻電壓增加,直流電流也隨之增加,達到新的平衡。此時,就只有電壓調節器與阻抗調節器工作,若負載等效電阻RH 的繼續增大,逆變θ角亦相應增大,直至最大逆變θ角。
晶閘管中頻電源逆變角調節器用於使逆變橋能在某一θ角下穩定的工作。
中頻電壓互感器過來的中頻電壓信號由CON2-1和CON2-2輸入後,分為兩路,一路送到逆變部分,另一路經D7-D10整流後,又分為三路,一路送到電壓調節器;一路送到過電壓保護;一路用於電壓閉環自動投入。
電壓PI調節器由IC13A組成, 其輸出信號由IC13D進行鉗位限幅。IC13C和IC21C組成電壓閉環自動投入電路, DIP-3開關用於進行電壓開環調試。內環採用了電流PI調節器進行電流自動調節,控制精度在1%以上,由主迴路交流互感器取得的電流信號,從CON2-3、CON2-4、CON2-5,經二級管三相整流橋(D11~D15)整流後,再分為三路。一路作為電流保護信號,另一路作為電流調節器的反饋信號,還有一路作為阻抗調節器的反饋信號。由IC17B構成電流PI調節器,然後由IC17A隔離,控制觸發電路的電壓--頻率轉換器。

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