中频炉控制电路原理

控制电路原理整个控制电路除逆变末级触发电路板外，做成一块印刷电路板结构，从功能上分为整流触发部分、调节器部分、逆变部分、启动演算部分。详细电路见控制电路原理图 。1. 1 整流触发工作原理这部分电路包括三相同步、数字触发、末级驱动等电路。触发部分采用的是数字触发，具有可靠性高、精度高、调试容易等特点。数字触发器的特征是用计（时钟脉冲）数的办法来实现移相，该数字触发器的时钟脉冲振荡器是一种电压控制振荡器，输出脉冲频率受移相控制电压 Uk 的控制，Uk 降低，则振荡频率升高，而计数器的计数值是固定的（256） ，计数器脉冲频率高，意味着计一定脉冲数所需时间短，也即延时时间短， 角小，反之 角大。计数器开始计数时刻同样受同步信号控制，在 =0 时开始计数。现假设在某 Uk 值时，根据压控振荡器的控制电压与频率间的关系确定输出振荡频率为25KHZ，则在计数到 256 个脉冲所需的时间为（1/25000）×256=10.2（ms）相当于约 180°电角度，该触发器的计数清零脉冲在同步电压线电压的 30°处， 这相当于三相全控桥式整流电路 =30°位置, 从清零脉冲起， 延时 10.2ms 产生的输出触发脉冲, 也即接近于三相桥式整流电路某一相晶闸管 =150°位置，如果需要得到准确的 =150°触发脉冲, 可以略微调节一下电位器 W4。显然有三套相同的触发电路，而压控振荡器和Uk 控制电压为公用，这样在一个周期中产生 6 个相位差 60°的触发脉冲。数字触发器的优点是工作稳定，特别是用 HTL 和 CMOS 数字集成电路，可以有很强的抗干扰能力。IC16A 及其周围电路构成电压-频率转换器，其输出信号的周期随调节器的输出电压 Uk 而线性变化。W4 微调电位器是最低输出频率调节(相当于模拟电路锯齿波幅值调节)。三相同步信号直接由晶闸管的门极引线 K4、K6、K2 从主回路的三相进线上取得，由 R23、C1 、 R63、C40、 R102、C63 进行滤波、移相，经 6 只光电耦合器进行电位隔离，获得 6 个相位互差 60°、占空比略小于 50%的矩形同步信号。IC3、IC8、IC12(4536 计数器)构成三路数字延时器。三相同步信号对计数器进行复位后,对电压-频率转换器的输出脉冲每计数 256 个脉冲便输出一个延时脉冲,因计数脉冲的频率是受 Uk 控制的, 换句话说 Uk 控制了延时脉冲。计数器输出的脉冲经隔离、微分后变成窄脉冲，送到后级的 NE556，它既有同步分频器功能，亦有定输出脉冲宽度的功能。输出的窄脉冲经电阻合成为双窄脉冲，再经晶体管放大，驱动脉冲变压器输出。具体时序图见附图。1.2 调节器工作原理调节器部分共有四个调节器：中频电压调节器、电流调节器、阻抗调节器、逆变角调节器。其中电压调节器、电流调节器组成常规的电压、电流双闭环系统。在启动和运行的整个阶段，电流调节器始终参与工作，而电压环仅工作于运行阶段。另一阻抗调节器从输入上看，它与电流调节器 LT2 的输入完全是并联关系，区别仅在于阻抗调节器的负反馈系数较电流调节器略大，再者就是电流调节器的输出控制的是整流桥的输出直流电压，而阻抗调节器的输出控制的是中频电压与直流电压的比例关系，即逆变功率因数角。调节器电路的工作过程可以分为两种情况：一种是在直流电压没有达到最大值的时候，由于阻抗调节器的反馈系数略大，阻抗调节器的给定小于反馈，阻抗调节器便工作于限幅状态，对应的为最小逆变 角，此时可以认为阻抗调节器不起作用，系统完全西是一个标准的电压、电流双闭环系统。另一种情况是直流电压巳经达到最大值，电流调节器开始限幅不再起作用，电压调节器的输出增加，而反馈电流却不变化，对阻抗调节器来说，当反馈电流信号比给定电流略小时，阻抗调节器便退出限幅开始工作，调节逆变角调节器的 角给定值，使输出的中频电压增加，直流电流也随之增加，达到新的平衡。此时，就只有电压调节器与阻抗调节器工作，若负载等效电阻 RH 继续增大，逆变 角亦相应增大，直到最大逆变 角。逆变角调节器用于使逆变桥能在某一 角下稳定地工作。中频变压器过来的中频电压信号由 CON2-1 和 CON2-2 输入后，分为两路：一路送到逆变部分；另一路经 D7-D10 整流后，又分为三路：一路送到电压调节器；一路送到过电压保护；另一路用于电压闭环自动投入。电压 PI 调节器由 IC13A 组成，其输出信号由 IC13D 进行钳位限幅。IC13C 和 IC21C组成电压闭环自动投入电路，DIP-3 开关用于电压开环调试。内环采用了电流 PI 调节器进行电流自动调节，控制精度在 1%以上，由主回路交流互感器取得的电流信号，从CON2-3、CON2-4、CON2-5 输入，经二极管三相整流桥整流后分为三路：一路作为电流保护信号；另一路作为电流调节器的反馈信号；还有一路作为阻抗调节器的反馈信号。由IC17B 构成电流 PI 调节器，然后由 IC17A 隔离后控制触发电路的电压-频率转换器。IC17C 构成阻抗调节器，它与电流调节器是并列关系，用于控制逆变桥的引前角。其作用可间接地达到恒功率输出，或者可提高整流桥的输入功率因数。DIP-1 可关掉此调节器。IC19B 构成逆变角调节器，其输出由 IC19C 为其钳位限幅。1.3 逆变部分工作原理本电路逆变触发部分，采用的是扫频式零压软起动。由于自动调频的需要，虽然逆变电路采用的是自励工作方式，控制信号也是取自负载端，但是主回路上无需附加的起动电路，不需要预充磁或预充电的起动过程，因此主电路得以简化，但随之带来的问题是控制电路较为复杂。起动过程大致是这样的：在逆变电路起动前，先由一个高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变晶闸管，当电路检测到主回路直流电流时，便控制它激信号的频率从高向低扫描，当它激信号频率下降到接近槽路谐振频率时，中频电压便建立起来，并反馈到自动调频电路。自动调频电路一旦投入工作，便停止它激信号的频率扫描，转由自动调频电路控制逆变引前角，使设备进入稳态运行。若一次起动不成功，即自动调频电路没有抓住中频电压反馈信号，此时它激信号便会一直扫描到最低频率。重复起动电路一旦检测到它激信号进入到最低频段，便进行一次再起动，把它激信号再推到最高频率，重新扫描一次，直至起动成功。重复起动的周期约为 0.5 秒，完成一次起动到满功率运行的时间不超过 1 秒钟。由 CON2-1 和 CON2-2 输入的中频电压信号，经变压器隔离送到 ZPMK（中频起动模块） ，ZPMK3 脚、4 脚输出的信号经微分后由 IC18B 和 IC20B 变成窄脉冲输出，驱动逆变末级 MOS 管。 IC20A 构成频率-电压转换器，用于驱动频率表。W7 用于校准频率表的读数。IC18A 构成过电压保护振荡器，当逆变桥发生过电压时，振荡器开始起振，使逆变桥的四只晶闸管均导通，以利于释放电抗器能量。IC19D 为起动失败检测器，其输出控制重复起动电路。 IC19A 为起动成功检测器，其输出控制中频电压调节器的输出限幅电平，即主回路的直流电流。W6 为逆变它激信号的最高频率设定电位器。1.4 启动演并工作原理过电流保护信号经 IC13B 倒相后，送到 IC5A 组成的过电流截止触发器，封锁触发脉冲（或拉逆变） ，同时驱动“过流”指示灯亮和报警继电器。过电流触发器动作后，只有通过复位信号或通过关机后再开机进行上电复位，方可再次起动。通过 W2 微调电位器可整定过流电平。当三相交流输入缺相时，本控制板均能对电源实现保护及指示。其原理是由 K4、K6、K2 晶闸管的阴极分别取 A、B、C 三相电压信号，经光电耦合器隔离后送到 IC14 及IC16B 进行检测和判别，一旦出现缺相现象，除了封锁触发脉冲外，还驱动“缺相”指示灯以及报警继电器。为了使控制电路能够更可靠地运行，控制电路上还设置了启起定时器和控制电源欠压检测保护。在开机的瞬间，控制电路的工作是不稳定的，设置一个 3 秒钟左右的定时器，待定时后，才容许输出触发脉冲。这部分电路由 C11、R20 等元件构成。若由于某种原因造成控制板上直流供电电正过低，也会使控制出错。设置一个欠压检测电路（由DW4、IC9B 等组成） ，当 VCC 电压低于 12.5V 时便封锁触发脉冲，防止不正确的触发。自动重复起动电路 IC9A 组成。DIP-2 开关用于关闭自动重复起动电路。IC5B 组成电压截止触发器，封锁整流桥触发脉冲（或拉逆变） ，驱动“过压”指示灯亮和驱动报警继电器。另通过 Q9 使过压保护振荡器 IC18A 起振。过电压触发器动作后，也象过流触发器一样，只有通过复位信号或通过关机后再开机进行上电复位，方可再次起动。调节 W1 微调电位器可整定过压电平。Q7 及周围电路组成水压过低延时保护电路，延时时间约 8 秒。