中頻電源主控板，中頻爐控制板簡介
簡介：
1、常規(guī)電路（單橋式六脈波，輸出功率在3000KW以下）：
本裝置的控制電路采用了我公司研制的全數(shù)字式恒功率可控硅中頻電源控制板。主要由電源、調(diào)節(jié)器、移相控制、保護(hù)電路、相序自適應(yīng)電路、啟動(dòng)演算電路、逆變頻率跟蹤、逆變脈沖形成、脈沖放大及脈沖變壓器組成。其核心部件采用美國生產(chǎn)的高性能、高密度、
大規(guī)模專用ASIC-2微處理器電路，使控制電路實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，整流觸發(fā)器部分不需要任何調(diào)整，而且具有可靠性高、脈沖對稱度高、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)：由于有相序自適應(yīng)電路，無需同步變壓器，所以，現(xiàn)場調(diào)試中免去了調(diào)相序、對同步的工作，僅需把整流可控硅的極線接入控制板相應(yīng)的接線端上，整流部分便能正常投入運(yùn)行。
逆變電路采用掃頻式零壓軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)性能優(yōu)于普通的零壓啟動(dòng)電路。并設(shè)有自動(dòng)重復(fù)啟動(dòng)電路，可防止中頻電源偶爾的啟動(dòng)失敗，使啟動(dòng)成功率達(dá)到100%。頻率跟蹤電路采用的是平均值取樣方案，提高了逆變的抗干優(yōu)能力，而且僅需取樣中頻電壓信號，而無需槽路電容器的電流信號，免去了外接中頻電流互感器，確定取樣電流相位的煩惱。因此，在調(diào)試和使用現(xiàn)場中，也不會(huì)由于中頻輸出線或取樣電流互感器的相位接反，而影響中頻電源啟動(dòng)。
逆變電路中還加有逆變角調(diào)節(jié)電路，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗的匹配，達(dá)到恒功率輸出，是“快速熔煉”的中頻電源（原理參見我廠《高整流功率因數(shù)的恒功率并聯(lián)諧振中頻電源》--《電力電子技術(shù)》雜志1998年第2期43頁。）達(dá)到節(jié)時(shí)、節(jié)電、提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的目的（此功能也可被關(guān)掉）。逆變部分的主要電路均在ASIC-2微處理器內(nèi)部，亦是數(shù)字電路。
本裝置整個(gè)控制電路板僅有7只集成電路、6只晶體管、6只微調(diào)電位器、32個(gè)引出端子，電路的集成化程度很高，故障率極低。
本電路在設(shè)計(jì)中征求了多方面的意見，采用了有效措施，使得調(diào)試極為方便，大多數(shù)參數(shù)的設(shè)定都由電路內(nèi)部自動(dòng)設(shè)定，需要用戶調(diào)整的只有6只電位器的參數(shù)設(shè)定，所以具有極強(qiáng)的通用性和互換性。
整個(gè)控制電路做成一塊印刷電路板結(jié)構(gòu)。功能上包括電源、整流觸發(fā)、調(diào)節(jié)器、逆變觸發(fā)、啟動(dòng)演算等，除調(diào)節(jié)器為模擬運(yùn)算電路外，其余均為數(shù)字電路。詳細(xì)電路見控制電路原理圖。
組成該控制板的核心集成電路為IC6，型號為ASIC-2，它是一塊專用大規(guī)模數(shù)字集成電路，相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。它有3路時(shí)鐘輸入口，31路輸入/輸出口；將運(yùn)行程序輸入并存儲(chǔ)在ASIC-2內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，形成了整流移相觸發(fā)、相序自適應(yīng)、逆變觸發(fā)、逆變引前角鎖定、逆變重復(fù)起動(dòng)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、水壓低保護(hù)、控制板欠壓保護(hù)等功能，另外還有三個(gè)0.2秒鐘的定時(shí)器。
2、雙橋十二脈波電路（輸出功率在3000KW以上）：
雙橋十二脈波電路控制板基本上是兩套單橋控制電路的合成，核心部分是增加了電流平衡電路，當(dāng)由于負(fù)載平平衡或進(jìn)線電壓不同造成兩橋電流不平衡時(shí)，它可以自動(dòng)調(diào)節(jié)兩橋的電流，使之趨向一致。
（二）、工作原理：
1、整流觸發(fā)電路工作原理
這部分電路包括三相同步、相序自適應(yīng)、壓控時(shí)鐘、數(shù)字觸發(fā)、末級驅(qū)動(dòng)等電路。
三相同步信號直接山晶閘管的門極引線K4，K6，K2從主回路的三相進(jìn)線上取行，由R3，C1，R7，C2，R11，C3進(jìn)行濾波，再經(jīng)6只光電耦合器進(jìn)行電位隔離，獲得6個(gè)相位互差60度的方波同步信號（低電平有效），輸入到IC6的第5腳～第10腳。在IC6的內(nèi)部有相序自適應(yīng)電路，確保了中頻電源的三相交流輸入可以不分相序。
IC1D及其周圍的電路構(gòu)成了壓控時(shí)鐘，其輸出信號的周期隨調(diào)節(jié)器的輸出電壓VK而線性變化。壓控時(shí)鐘信號輸入到IC6的第11腳，作為數(shù)字觸發(fā)的時(shí)鐘CLOKO。
數(shù)字觸發(fā)的特征是用計(jì)（時(shí)鐘脈沖）數(shù)的辦法來實(shí)現(xiàn)移相，六路整流移相觸發(fā)脈沖均山IC6產(chǎn)生。IC2C、IC2D及其周圍電路組成定輸出脈寬電路。六路整流移相觸發(fā)脈沖經(jīng)IC5晶體管陳列放大后，驅(qū)動(dòng)整流脈沖變壓器輸出。這里，脈沖變壓器采用的是反激工作方式。
2、調(diào)節(jié)器工作原理
共設(shè)有2個(gè)調(diào)節(jié)器：中頻電壓/電流調(diào)節(jié)器、逆變角調(diào)節(jié)器。其中電壓/電流調(diào)節(jié)器（IC3C），是常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器，在啟動(dòng)和運(yùn)行的整個(gè)階段，該環(huán)始終參與工作，逆變角調(diào)節(jié)器（IC3B組成）用于使逆變橋能在某 0角下穩(wěn)定的工作。
調(diào)節(jié)器電路的工作過程可以分為兩種情況：一種是在直流電壓設(shè)有達(dá)到極大值的時(shí)候，即IC3D沒有限幅，而IC3A工作于限幅狀態(tài)，對應(yīng)的為最小逆變θ角，此時(shí)系統(tǒng)完全是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓/電流閉環(huán)系統(tǒng)：另一種情況是直流電壓已經(jīng)達(dá)到到極大值，即IC3D開始限幅，整流橋的調(diào)節(jié)不再起作用，而IC3A退出限幅狀態(tài)開始工作，調(diào)節(jié)逆變角調(diào)節(jié)器的θ角給定值，使輸出的中頻電壓增加，達(dá)到新的平衡。此時(shí)，就有電壓/電流調(diào)節(jié)器與逆變角調(diào)節(jié)器雙環(huán)同時(shí)工作。微動(dòng)開關(guān)DIP-2用于關(guān)閉逆變角調(diào)節(jié)器，此時(shí)電路在極大逆變θ角下工作。中頻電壓互感器送來的中頻電壓信號由CON201和CON202輸入后，分為兩路，一路由ICIA進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后送到IC6的第30腳，另一路經(jīng)D7--D10整流后，又分為兩路，一路送到電壓/電流調(diào)節(jié)器，另一路送到過電壓保護(hù)。
從主回路交流互感器取得的電流信號，先在外部轉(zhuǎn)換成電壓信號，從CON203、CON204、CON205輸入，經(jīng)二極管D11～D16整流后，再分為兩路。一路作為過流保護(hù)信號，另一路作為電壓/電流調(diào)節(jié)器的反饋信號。
3、逆變部分工作原理
本電路逆變觸發(fā)部分，采用的是掃頻式零壓軟起動(dòng)，只需取一路中頻電壓反饋信號，無需槽路中頻電容器上的電流信號，其本質(zhì)上相當(dāng)于它激轉(zhuǎn)自激電路，屬于平均值反饋電路。由于主回路上無需附加任何起動(dòng)電路，不需要預(yù)充磁或預(yù)充電的起動(dòng)過程，因此，主回路得以簡化，調(diào)試過程簡單。
起動(dòng)過程：在逆變電路起動(dòng)前，先以一個(gè)高于槽路諧振頻率的它
激信號去觸發(fā)逆變可控硅，當(dāng)電路檢測到主回路開始有直流電流時(shí)，便控制它激信號的頻率從高向低掃描，同時(shí)繼續(xù)加大主回路的直流電流，當(dāng)它激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時(shí)，中頻電壓便建立起來，并反饋到自動(dòng)調(diào)頻電路。自動(dòng)調(diào)頻電路一旦投入工作，便停止它激信號的頻率往低掃描動(dòng)作，轉(zhuǎn)由自動(dòng)調(diào)頻電路控制逆變引前角，使設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。若一次起動(dòng)不成功，即自動(dòng)調(diào)頻電路沒有抓住中頻電壓反饋信號，此時(shí)，它激信號便會(huì)一直掃描到極大頻率，重復(fù)起動(dòng)電路一旦檢測到它激信號進(jìn)入到極小頻段，便進(jìn)行一次再起動(dòng)，把它激信號再推到極大頻率，重新掃描一次，直到起動(dòng)成功。重復(fù)起動(dòng)的周期約為 0.5秒鐘。自動(dòng)重復(fù)起動(dòng)電路在IC8內(nèi)部。微動(dòng)開關(guān)DIP-1用于關(guān)閉自動(dòng)重復(fù)起動(dòng)電路。從CON201和CON202輸入的中頻電壓信號，經(jīng)ICIA轉(zhuǎn)換成方波信號，輸入到IC6的第30腳。由IC6的第15腳、第16腳輸出的逆變觸發(fā)信號，經(jīng)IC7A隔離放大后，驅(qū)動(dòng)逆變觸發(fā)MOS晶體管Q5、Q6。IB和IC構(gòu)成逆變壓控時(shí)鐘，輸入到IC6的第33腳CLOK2；同時(shí)又由IC7B進(jìn)行頻壓轉(zhuǎn)換后用于驅(qū)動(dòng)頻率表。W6微調(diào)電位器用于設(shè)定壓控時(shí)鐘的極大頻率（即逆變它激信號的極大頻率），W5微調(diào)電位器用于校準(zhǔn)外接頻率表的讀數(shù)，微動(dòng)開關(guān)DIP-3用于大范圍改變逆變它激信號的極大頻率。
另外，當(dāng)發(fā)生過電壓保護(hù)時(shí)，IC6內(nèi)部的過電壓保護(hù)振蕩器起振，輸出2倍于極大逆變頻率的觸發(fā)脈沖，使逆變橋的可控硅均導(dǎo)通，釋放加在可控硅兩邊的過電壓，可靠保護(hù)可控硅。IA為起動(dòng)失敗檢測器，其輸出控制IC6內(nèi)部重復(fù)起動(dòng)電路。其輸入到IC6第35腳的時(shí)鐘信號CLOK1，其周期為20mS。
4、保護(hù)電路：
過電流保護(hù)信號經(jīng)Q3倒相后，送到IC6的第20腳，封鎖整流觸發(fā)脈沖；驅(qū)動(dòng)“過流”發(fā)光二極管亮和驅(qū)動(dòng)報(bào)警繼電器。過電流觸發(fā)器動(dòng)作后，只有通過復(fù)位信號或通過關(guān)機(jī)后再開機(jī)進(jìn)行“上電復(fù)位”，方可再次運(yùn)行。
當(dāng)三相交流輸入電源出現(xiàn)缺相故障時(shí)，本控制板均能實(shí)現(xiàn)保護(hù)和指示。其原理是:山4 6 2#品閘管的陰極（K）分別取A，B，C三相電壓信號（通過門極引線）,經(jīng)過光電耦合器的隔離送到IC6進(jìn)行檢測和判別，一旦出現(xiàn)“缺相”故障時(shí)，除了封鎖整流觸發(fā)脈沖外，還驅(qū)動(dòng)“缺相”發(fā)光二極管以及報(bào)警繼電器。
為了使控制電路能夠更可靠準(zhǔn)確的運(yùn)行，控制電路上還設(shè)置了啟動(dòng)定時(shí)器和控制電源欠壓檢測保護(hù)。在開機(jī)的瞬間，控制電路的工作是不穩(wěn)定的，電路中設(shè)置了一個(gè)3秒鐘左右的定時(shí)器，待定時(shí)過后，才容許輸出觸發(fā)脈沖。這部分電路由IC2B等元件構(gòu)成。若由于某種原因造成控制板上直流供電電壓過低，穩(wěn)壓器不能穩(wěn)壓，亦會(huì)使控制電路出錯(cuò)。這里設(shè)置一個(gè)欠壓檢測電路（山IC2A等組成），當(dāng)Vcc電壓低于12.5V時(shí)便封鎖整流觸發(fā)脈沖，防止不正確的觸發(fā)，同時(shí)點(diǎn)亮“欠壓”發(fā)光二極管和驅(qū)動(dòng)報(bào)警繼電器。
Q2組成中頻過電壓檢測，輸入到IC6的第29腳，封鎖整流觸發(fā)脈沖；驅(qū)動(dòng)“過壓” LED 指示燈亮和驅(qū)動(dòng)報(bào)警繼電器;同時(shí)使過壓保護(hù)振蕩器起振。過電壓保護(hù)動(dòng)作后，也象過流保護(hù)一樣，只有通過復(fù)位信號或通過關(guān)機(jī)后再開機(jī)進(jìn)行“上電復(fù)位”，方可再次運(yùn)行。
ID及周圍電路組成水壓過低延時(shí)保護(hù)電路，延時(shí)時(shí)間約3秒。信號輸入到IC6的第27腳，封鎖整流觸發(fā)脈沖；驅(qū)動(dòng)“缺水”LED指示燈亮和驅(qū)動(dòng)報(bào)報(bào)警繼電器。當(dāng)水壓正常后，電路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。復(fù)位開關(guān)信號由CON206、CON207輸入，閉合狀態(tài)為復(fù)位/暫停。上面介紹的是單橋控制電路的工作原理，雙橋控制電路原理基本與之相同，不再介紹。
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