恒功率中頻爐使用說明書

1. 控制電路原理
整個(gè)控制電路除逆變末級(jí)觸發(fā)電路板外，做成一塊印刷電路板結(jié)構(gòu)，從功能上分為
整流觸發(fā)部分、調(diào)節(jié)器部分、逆變部分、啟動(dòng)演算部分。詳細(xì)電路見《控制電路原理圖》。
1. 1 整流觸發(fā)工作原理
這部分電路包括三相同步、數(shù)字觸發(fā)、末級(jí)驅(qū)動(dòng)等電路。觸發(fā)部分采用的是數(shù)字
觸發(fā)，具有可靠性高、精度高、調(diào)試容易等特點(diǎn)。數(shù)字觸發(fā)器的特征是用計(jì)（時(shí)鐘脈沖）
數(shù)的辦法來實(shí)現(xiàn)移相，該數(shù)字觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖振蕩器是一種電壓控制振蕩器，輸出脈
沖頻率受移相控制電壓Uk 的控制，Uk 降低，則振蕩頻率升高，而計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是固
定的（256），計(jì)數(shù)器脈沖頻率高，意味著計(jì)一定脈沖數(shù)所需時(shí)間短，也即延時(shí)時(shí)間短，
α角小，反之α角大。計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)時(shí)刻同樣受同步信號(hào)控制，在α=0 時(shí)開始計(jì)數(shù)。
現(xiàn)假設(shè)在某Uk 值時(shí)，根據(jù)壓控振蕩器的控制電壓與頻率間的關(guān)系確定輸出振蕩頻率為
25KHZ，則在計(jì)數(shù)到256 個(gè)脈沖所需的時(shí)間為（1/25000）×256=10.2（ms）相當(dāng)于約180
°電角度，該觸發(fā)器的計(jì)數(shù)清零脈沖在同步電壓〔線電壓〕的30°處， 這相當(dāng)于三相
全控橋式整流電路β=30°位置, 從清零脈沖起， 延時(shí)10.2ms 產(chǎn)生的輸出觸發(fā)脈沖, 也
即接近于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(zhǔn)確的α=150°
觸發(fā)脈沖, 可以略微調(diào)節(jié)一下電位器W4。顯然有三套相同的觸發(fā)電路，而壓控振蕩器和
Uk 控制電壓為公用，這樣在一個(gè)周期中產(chǎn)生6 個(gè)相位差60°的觸發(fā)脈沖。
數(shù)字觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定，特別是用HTL 和CMOS 數(shù)字集成電路，可以有很強(qiáng)
的抗干擾能力。
IC16A 及其周圍電路構(gòu)成電壓----頻率轉(zhuǎn)換器，其輸出信號(hào)的周期隨調(diào)節(jié)器的輸出
電壓Uk 而線性變化。W4 微調(diào)電位器是最低輸出頻率調(diào)節(jié)(相當(dāng)于模擬電路鋸齒波幅值調(diào)
節(jié))。
三相同步信號(hào)直接由晶閘管的門極引線K4、K6、K2 從主回路的三相進(jìn)線上取得，
由R23、C1、R63、C40、R102、C63 進(jìn)行濾波、移相，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°、占空比略小于50%的矩形同步信號(hào)。
IC3、IC8、IC12(4536 計(jì)數(shù)器)構(gòu)成三路數(shù)字延時(shí)器。三相同步信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行
復(fù)位后,對(duì)電壓---頻率轉(zhuǎn)換器的輸出脈沖每計(jì)數(shù)256 個(gè)脈沖便輸出一個(gè)延時(shí)脈沖,因計(jì)
數(shù)脈沖的頻率是受Uk 控制的, 換句話說Uk 控制了延時(shí)脈沖。
計(jì)數(shù)器輸出的脈沖經(jīng)隔離、微分后變成窄脈沖，送到后級(jí)的NE556，它既有同步分
頻器功能，亦有定輸出脈沖寬度的功能。輸出的窄脈沖經(jīng)電阻合成為雙窄脈沖，再經(jīng)晶
體管放大，驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器輸出。具體時(shí)序圖見附圖。
1.2 調(diào)節(jié)器工作原理
調(diào)節(jié)器部分共有四個(gè)調(diào)節(jié)器：中頻電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、阻抗調(diào)節(jié)器、逆變角
調(diào)節(jié)器。
其中電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器組成常規(guī)的電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。在啟動(dòng)和運(yùn)行
的整個(gè)階段，電流調(diào)節(jié)器始終參與工作，而電壓環(huán)僅工作于運(yùn)行階段。另一阻抗調(diào)節(jié)器
從輸入上看，它與電流調(diào)節(jié)器LT2 的輸入完全是并聯(lián)關(guān)系，區(qū)別僅在于阻抗調(diào)節(jié)器的負(fù)
反饋系數(shù)較電流調(diào)節(jié)器略大，再者就是電流調(diào)節(jié)器的輸出控制的是整流橋的輸出直流電
壓，而阻抗調(diào)節(jié)器的輸出控制的是中頻電壓與直流電壓的比例關(guān)系，即逆變功率因數(shù)角。
調(diào)節(jié)器電路的工作過程可以分為兩種情況：一種是在直流電壓沒有達(dá)到最大值的
時(shí)候，由于阻抗調(diào)節(jié)器的反饋系數(shù)略大，阻抗調(diào)節(jié)器的給定小于反饋，阻抗調(diào)節(jié)器便工
作于限幅狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的為最小逆變?chǔ)冉?，此時(shí)可以認(rèn)為阻抗調(diào)節(jié)器不起作用，系統(tǒng)完全
西是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。另一種情況是直流電壓巳經(jīng)達(dá)到最大值，電流調(diào)
節(jié)器開始限幅不再起作用，電壓調(diào)節(jié)器的輸出增加，而反饋電流卻不變化，對(duì)阻抗調(diào)節(jié)
器來說，當(dāng)反饋電流信號(hào)比給定電流略小時(shí)，阻抗調(diào)節(jié)器便退出限幅開始工作，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，直流電流也隨之增加，達(dá)到新的平
衡。此時(shí)，就只有電壓調(diào)節(jié)器與阻抗調(diào)節(jié)器工作，若負(fù)載等效電阻RH 繼續(xù)增大，逆變
θ角亦相應(yīng)增大，直到最大逆變?chǔ)冉恰?BR>逆變角調(diào)節(jié)器用于使逆變橋能在某一θ角下穩(wěn)定地工作。
中頻變壓器過來的中頻電壓信號(hào)由CON2-1 和CON2-2 輸入后，分為兩路：一路送
到逆變部分；另一路經(jīng)D7-D10 整流后，又分為三路：一路送到電壓調(diào)節(jié)器；一路送到
過電壓保護(hù)；另一路用于電壓閉環(huán)自動(dòng)投入。
電壓PI 調(diào)節(jié)器由IC13A 組成，其輸出信號(hào)由IC13D 進(jìn)行鉗位限幅。IC13C 和IC21C
組成電壓閉環(huán)自動(dòng)投入電路，DIP-3 開關(guān)用于電壓開環(huán)調(diào)試。內(nèi)環(huán)采用了電流PI 調(diào)節(jié)器
進(jìn)行電流自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制精度在1%以上，由主回路交流互感器取得的電流信號(hào)，從
CON2-3、CON2-4、CON2-5 輸入，經(jīng)二極管三相整流橋整流后分為三路：一路作為電流保
護(hù)信號(hào)；另一路作為電流調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)；還有一路作為阻抗調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)。由
IC17B 構(gòu)成電流PI 調(diào)節(jié)器，然后由IC17A 隔離后控制觸發(fā)電路的電壓---頻率轉(zhuǎn)換器。
IC17C 構(gòu)成阻抗調(diào)節(jié)器，它與電流調(diào)節(jié)器是并列關(guān)系，用于控制逆變橋的引前角。
其作用可間接地達(dá)到恒功率輸出，或者可提高整流橋的輸入功率因數(shù)。DIP-1 可關(guān)掉此
調(diào)節(jié)器。
IC19B 構(gòu)成逆變角調(diào)節(jié)器，其輸出由IC19C 為其鉗位限幅。
1.3 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)。由于自動(dòng)調(diào)頻的需要，雖然逆
變電路采用的是自勵(lì)工作方式，控制信號(hào)也是取自負(fù)載端，但是主回路上無需附加的起
動(dòng)電路，不需要預(yù)充磁或預(yù)充電的起動(dòng)過程，因此主電路得以簡(jiǎn)化，但隨之帶來的問題
是控制電路較為復(fù)雜。
起動(dòng)過程大致是這樣的：在逆變電路起動(dòng)前，先由一個(gè)高于槽路諧振頻率的它激
信號(hào)去觸發(fā)逆變晶閘管，當(dāng)電路檢測(cè)到主回路直流電流時(shí)，便控制它激信號(hào)的頻率從高
向低掃描，當(dāng)它激信號(hào)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(hào)的頻率掃描，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(hào)，此時(shí)它激信號(hào)
便會(huì)一直掃描到最低頻率。重復(fù)起動(dòng)電路一旦檢測(cè)到它激信號(hào)進(jìn)入到最低頻段，便進(jìn)行
一次再起動(dòng)，把它激信號(hào)再推到最高頻率，重新掃描一次，直至起動(dòng)成功。重復(fù)起動(dòng)的
周期約為0.5 秒，完成一次起動(dòng)到滿功率運(yùn)行的時(shí)間不超過1 秒鐘。
由CON2-1 和CON2-2 輸入的中頻電壓信號(hào)，經(jīng)變壓器隔離送到ZPMK（中頻起動(dòng)模
塊），ZPMK3 腳、4 腳輸出的信號(hào)經(jīng)微分后由IC18B 和IC20B 變成窄脈沖輸出，驅(qū)動(dòng)逆變
末級(jí)MOS 管。IC20A 構(gòu)成頻率--電壓轉(zhuǎn)換器，用于驅(qū)動(dòng)頻率表。W7 用于校準(zhǔn)頻率表的讀
數(shù)。IC18A 構(gòu)成過電壓保護(hù)振蕩器，當(dāng)逆變橋發(fā)生過電壓時(shí)，振蕩器開始起振，使逆變
橋的四只晶閘管均導(dǎo)通，以利于釋放電抗器能量。
IC19D 為起動(dòng)失敗檢測(cè)器，其輸出控制重復(fù)起動(dòng)電路。IC19A 為起動(dòng)成功檢測(cè)器，
其輸出控制中頻電壓調(diào)節(jié)器的輸出限幅電平，即主回路的直流電流。
W6 為逆變它激信號(hào)的最高頻率設(shè)定電位器。
1.4 啟動(dòng)演并工作原理
過電流保護(hù)信號(hào)經(jīng)IC13B 倒相后，送到IC5A 組成的過電流截止觸發(fā)器，封鎖觸發(fā)脈沖（或拉逆變），同時(shí)驅(qū)動(dòng)“過流”指示燈亮和報(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(hào)或通過關(guān)機(jī)后再開機(jī)進(jìn)行上電復(fù)位，方可再次起動(dòng)。通過W2 微調(diào)電
位器可整定過流電平。
當(dāng)三相交流輸入缺相時(shí)，本控制板均能對(duì)電源實(shí)現(xiàn)保護(hù)及指示。其原理是由K4、
K6、K2 晶閘管的陰極分別取A、B、C 三相電壓信號(hào)，經(jīng)光電耦合器隔離后送到IC14 及
IC16B 進(jìn)行檢測(cè)和判別，一旦出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，除了封鎖觸發(fā)脈沖外，還驅(qū)動(dòng)“缺相”指
示燈以及報(bào)警繼電器。
為了使控制電路能夠更可靠地運(yùn)行，控制電路上還設(shè)置了啟起定時(shí)器和控制電源
欠壓檢測(cè)保護(hù)。在開機(jī)的瞬間，控制電路的工作是不穩(wěn)定的，設(shè)置一個(gè)3 秒鐘左右的定
時(shí)器，待定時(shí)后，才容許輸出觸發(fā)脈沖。這部分電路由C11、R20 等元件構(gòu)成。若由于
某種原因造成控制板上直流供電電正過低，也會(huì)使控制出錯(cuò)。設(shè)置一個(gè)欠壓檢測(cè)電路（由
DW4、IC9B 等組成），當(dāng)VCC 電壓低于12.5V 時(shí)便封鎖觸發(fā)脈沖，防止不正確的觸發(fā)。
自動(dòng)重復(fù)起動(dòng)電路IC9A 組成。DIP-2 開關(guān)用于關(guān)閉自動(dòng)重復(fù)起動(dòng)電路。
IC5B 組成電壓截止觸發(fā)器，封鎖整流橋觸發(fā)脈沖（或拉逆變），驅(qū)動(dòng)“過壓”指示
燈亮和驅(qū)動(dòng)報(bào)警繼電器。另通過Q9 使過壓保護(hù)振蕩器IC18A 起振。過電壓觸發(fā)器動(dòng)作
后，也象過流觸發(fā)器一樣，只有通過復(fù)位信號(hào)或通過關(guān)機(jī)后再開機(jī)進(jìn)行上電復(fù)位，方可
再次起動(dòng)。調(diào)節(jié)W1 微調(diào)電位器可整定過壓電平。
Q7 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8 秒。
復(fù)位開關(guān)信號(hào)由CON2-6、CON2-7 輸入，閉合時(shí)復(fù)位。