集成化可控硅中頻電源技術(shù)說(shuō)明書

1、集成化可控硅中頻電源技術(shù)說(shuō)明書 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 使用條件 (一)、環(huán)境條件及建筑設(shè)施、本設(shè)備應(yīng)安裝于無(wú)劇烈震動(dòng)，無(wú)導(dǎo)電塵埃，無(wú)腐蝕性氣體，氣溫不高于40，相對(duì)濕度不大于85%，的室內(nèi)。、本電源室應(yīng)有防蟲，防鼠，防蛇的措施，應(yīng)有排氣通風(fēng)的設(shè)備，應(yīng)有消防設(shè)備。、地溝應(yīng)有防水水泥結(jié)構(gòu)，上鋪木板或水泥板并有排水設(shè)備，通風(fēng)和散熱良好。、本電源主機(jī)外殼應(yīng)良好接地，(按一般低壓電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)接地，并允許重復(fù)接地)應(yīng)有人身安全措施及電氣防護(hù)用品。、在設(shè)計(jì)冷卻設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮外界停電時(shí)，能向爐子供給冷卻水的備用水源。 (二)、對(duì)冷卻水的要求 、PH值:     

2、;  68、電阻率：    20k/cm、無(wú)沙石雜物、進(jìn)水溫度：  530、進(jìn)口水壓：  0.120.15Mpa、水量：      8 噸/時(shí)、出水管內(nèi)徑大于英寸(開放式出水箱出水管) (三)、主接線 、電源進(jìn)線，采用銅芯電纜線，每相截面積：100kW不小于 70mm2，160kW不小于95mm2，250kW不小于185mm2，500kW不小于300mm2。、電源逆變輸出線采用矩形銅排：100kW：3×40mm2，160kW：3×50mm2.250kW：3×

3、;60mm2。500kW：5×80mm2。750kW：8×80mm2。 (四)、電網(wǎng)電壓應(yīng)為正弦波，總諧振(HTD)失真不大于50%，電網(wǎng)輸入為三相交流壓為380V(高壓設(shè)備為660V)，電壓持續(xù)波動(dòng)范圍不得超過(guò)±20%，電網(wǎng)電壓的頻率變化不得超過(guò)±2%，即頻率應(yīng)保持在50±1Hz范圍內(nèi)，三相電壓間不平衡度應(yīng)小于±5%。 (五)、其它注意事項(xiàng) 為防止在運(yùn)輸中，中頻電容受震動(dòng)而跌倒，本裝置的電容器上裝有上壓緊件和下壓緊件，用戶廠在安裝時(shí)須拆去，以免運(yùn)行時(shí)，電容器對(duì)地短路。 第三節(jié) 技術(shù)規(guī)范 (一)、設(shè)備額定輸入:  三相交流電

4、、頻率為50赫茲(60赫茲)、線電壓為380伏(高壓設(shè)備有660V,750V,950V,1050V,1250V,1450V等多種)(二)、設(shè)備額定輸出：如表一所示；在額定電壓或額定負(fù)載下，輸出功率可平滑連續(xù)調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍為額定功率的5% 100%；(三)、能防止開關(guān)操作時(shí)的過(guò)電壓（如QF開合、RS熔斷等）； （四）當(dāng)輸出電壓超過(guò)最大輸出電壓的1.11.2倍或超過(guò)電壓整定值時(shí)，過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，使裝置自動(dòng)停止工作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)點(diǎn)亮儀表箱過(guò)壓指示燈； （五）當(dāng)逆變橋直通短路時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)立即動(dòng)作，使裝置自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出過(guò)流指示信號(hào)點(diǎn)亮儀表箱過(guò)流指示燈； （六）如輸出電流超過(guò)整定值時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)同

5、樣使裝置自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出過(guò)流指示信號(hào)點(diǎn)亮儀表箱過(guò)流指示燈； （七）水冷系統(tǒng)工作壓力低于一定值時(shí)，本機(jī)能自動(dòng)停機(jī)，并點(diǎn)亮面板上的水壓指示燈； （八）本機(jī)設(shè)有限流、限壓環(huán)節(jié)，使輸入電流和輸出電壓限制在設(shè)定值內(nèi)。 表一序號(hào)型  號(hào)中頻頻率Hz中頻功率kW最大中頻電壓V最大直流電流A1KGPS-25/8800025720502KGPS-50/2.52500507201003KGPS-50/88000507201004KGPS-100/110001007202005KGPS-100/440001007202006KGPS-160/110001607203207KGPS-160/44000160

6、7203208KGPS-250/110002507505009KGPS-250/4400025075050010KGPS-500/11000500750100011KGPS-1000/110001000750200012*KGPS-1000/1100010001200120013*KGPS-1250/0.550012501200140014*KGPS-1500/0.550015001200160015*KGPS-2000/0.5500200012002200     注：     (1)中頻輸出不同與表一 時(shí)，本公

7、司可根據(jù)用戶要求按照GBK46001-87，GB10067.3-88，GB5959.3-88標(biāo)準(zhǔn)另行設(shè)計(jì)制造。     (2)表中所列數(shù)據(jù)打*號(hào)的型號(hào)三相進(jìn)線電壓為660伏。其余型號(hào)三相進(jìn)線電壓為380伏     (3)線路形式：交流-直流-交流(并聯(lián)或串并聯(lián)逆變) 第四節(jié)  工作原理本機(jī)的主電路框圖如圖1所示。整流器采用三相橋式全控整流電路，逆變器采用單相橋式逆變電路，負(fù)載為并聯(lián)諧振形式，直流濾波環(huán)節(jié)為大電感濾波，以滿足并聯(lián)逆變器的輸入要求。  圖1  

8、 交直交變換器  （1）三相橋式全控整流電路圖2      三相橋式全控整流電路的輸出電壓為：Ud=2.34U2cosa（1）    式中，U d輸出直流電壓平均值；           U2電網(wǎng)相電壓           a 觸發(fā)移相角圖3給出了在不同a角下的輸出電壓的波形（在感性負(fù)載和

9、電流非斷續(xù)狀態(tài)下）。其中a>90°的狀態(tài)稱為整流的逆變工作狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。   整流觸發(fā)電路采用數(shù)字集成電路構(gòu)成，所采用芯片的型號(hào)、功能及有關(guān)說(shuō)明如表二所示。表 二編  號(hào)名  稱型  號(hào) 用  途U101四運(yùn)放LM324限幅放大U102、U103四異或門CD4070過(guò)零檢測(cè)及整形U104U1062輸入或非門CD4001或非邏輯U107U10914級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器CD 4020分頻U110U112雙時(shí)基電路556脈沖整形調(diào)制U113單時(shí)基電路555產(chǎn)生調(diào)制脈沖本裝置的整流觸發(fā)同步

10、信號(hào)由同步變壓器提供，經(jīng)RC濾波及比較放大，找出觸發(fā)同步信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，再由數(shù)字計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)延時(shí)。觸發(fā)脈寬由555構(gòu)成的單穩(wěn)確定，并由555進(jìn)行高頻調(diào)制，以減小觸發(fā)脈沖變壓器的體積。本觸發(fā)電路具有抗干擾能力強(qiáng)、延時(shí)準(zhǔn)確、調(diào)試方便、觸發(fā)可靠、功耗低及體積小的優(yōu)點(diǎn)。（二）單相橋式并聯(lián)逆變電路圖4并聯(lián)逆變器的基本線路如 圖4所示。圖中V7 V10組成了一個(gè)橋式逆變電路，Ld為直流濾波電感，Lr為感應(yīng)爐等效電路，C為補(bǔ)償電容，由L、r、C組成一個(gè)并聯(lián)諧振電路。Ld使整流橋輸出的直流電流連續(xù)，電流紋波減小，這樣可近似地把整流橋輸出電流看成一平直電流。Ld的另一個(gè)作用是限制中頻電流進(jìn)入工頻電網(wǎng)，起隔離作用；當(dāng)

11、逆變失敗時(shí)，它也起限制浪涌電流的作用。逆變橋由四只橋臂構(gòu)成，每一臂為一只晶閘管和一個(gè)限流電抗器串聯(lián)組成。限流的作用是限制逆變晶閘管導(dǎo)通時(shí)的電流上升率(di/dt),使它不超過(guò)允許的數(shù)值。如果橋臂中V7、 V10和V8、V9輪流導(dǎo)通，便將直流Id逆變?yōu)樵谪?fù)載中流動(dòng)的電頻電流。為使逆變器正常工作，其工作頻率應(yīng)高于負(fù)載諧振頻率。此時(shí)負(fù)載回路對(duì)輸入的中頻梯形電流中的高次諧波電流呈現(xiàn)低阻抗，對(duì)中頻梯形波電流中的基波電流呈現(xiàn)高阻抗，因而使輸出電壓接近正弦波。逆變電路有關(guān)波形示于圖5。  圖4 逆變主電路及觸發(fā)檢測(cè)電路 由于逆變工作頻率略高于負(fù)載諧振頻率,使晶閘管獲得一定的換相

12、關(guān)斷時(shí)間tj,從圖5可以看出,j也是負(fù)載功率因數(shù)角.從數(shù)學(xué)分析可知,中頻負(fù)載電壓對(duì)輸主直流電壓有如下關(guān)系:UL=1.11Ud/cosj（2）為了提高輸出額定功率因數(shù)角,應(yīng)盡量減小tj,但tj的減小就意味著逆變晶閘管道關(guān)斷時(shí)間的減小,這不利于逆變器的可靠工作.,加外通常加大換相關(guān)斷時(shí)間tf會(huì)增加晶閘管的電壓定額.因此需兩者兼顧,通常取j=30°左右.由于中頻電源負(fù)載參數(shù)(L、r)隨著工件的多少和工件溫度 的變化而變化,因此負(fù)載頻率也是隨時(shí)間變化的.為了獲得恒定的引前時(shí)間以保證可靠換流,逆變頻率必須隨著負(fù)載諧振頻率而變,并始終略高于負(fù)載諧振頻率,這就是說(shuō),逆變觸發(fā)電路不能采用恒定的頻率的

13、他激方式,而必須采用自激方式,即自動(dòng)跟蹤負(fù)載頻率。逆變觸發(fā)同步信號(hào)是由中頻輸出電壓和補(bǔ)償電容電流的取樣信號(hào)合成的，該合成信號(hào)滯后于補(bǔ)償電容電流而超前于中頻輸出電壓，其過(guò)零時(shí)刻即為逆變觸發(fā)時(shí)刻。可見逆變觸發(fā)頻率始終略高于負(fù)載諧振頻率。逆變觸發(fā)同步信號(hào)為中頻正弦信號(hào)，經(jīng)高靈敏度的比較器LM311轉(zhuǎn)換為方波，在方波的上跳沿及下跳沿各送出一個(gè)寬度一定的脈沖到相應(yīng)的逆變晶閘管，即可完成頻率自動(dòng)跟蹤的逆變觸發(fā)。第五節(jié)  中頻電源的調(diào)功、控制、保護(hù)及起動(dòng)一、調(diào)功中頻電源的功率就是逆變器的輸入功率，它可以用下式表示：      Pout=UL2/Ro

14、e（3）式中，UL負(fù)載中頻電壓；       Roe負(fù)載回路的交流等效阻抗。對(duì)采用并聯(lián)逆變的中頻電源，其中頻電壓UL可用（2）式表示，它對(duì)直流電壓成正比關(guān)系。由此可見，調(diào)節(jié)整流橋輸出電壓的大小，就可調(diào)節(jié)中頻電源的輸出功率，而整流輸出電壓是通過(guò)控制整流觸發(fā)移相角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在第四節(jié)中曾指出，整流觸發(fā)脈沖的延時(shí)是通過(guò)數(shù)字計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。由于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)設(shè)定值是一定的，因此改變計(jì)數(shù)脈沖的周期就可改變觸發(fā)脈沖的延遲時(shí)間。電壓控制電路中的CD4046集成芯片就是用來(lái)構(gòu)成壓控振蕩器的，調(diào)功旋鈕輸出的電壓信號(hào)送到壓控振蕩器的壓控輸入端，就可改變振蕩

15、頻率，從而改變整流觸發(fā)移相角。   二、控制對(duì)并聯(lián)逆變中頻電源而言，設(shè)計(jì)的控制電路有電流負(fù)反饋控制電路、限流調(diào)節(jié)電路和限壓調(diào)節(jié)電路。電流負(fù)反饋信號(hào)隨交流電網(wǎng)輸入電流的增加而線性增加，該信號(hào)輸入到壓控振蕩器的壓控端，逐漸降低壓控振蕩器的振蕩頻率，起到電流負(fù)反饋的作用，調(diào)節(jié)電位器P303可調(diào)節(jié)負(fù)反饋的強(qiáng)弱。限流調(diào)節(jié)電路和限壓調(diào)節(jié)電路實(shí)際上是兩個(gè)P I調(diào)節(jié)器，它們分別由U203：C和U303：C構(gòu)成，監(jiān)視電源的電網(wǎng)輸入電流和中頻輸出電壓，如發(fā)現(xiàn)超出設(shè)定值（分別由電位器P302和P202設(shè)定），就輸出一定的電壓去降低壓控振蕩器的頻率，也即增大整流相控觸發(fā)角，降低整流輸出電

16、壓，從而限制了電流和電壓的繼續(xù)增加，起到自動(dòng)控制作用。本裝置的控制電路具有限壓限流特性陡峭、穩(wěn)定、沒有低頻振蕩或蕩幅極小的優(yōu)點(diǎn)。需要說(shuō)明的是，所有的控制信號(hào)及手動(dòng)調(diào)功信號(hào)通過(guò)加法器U203：A合成為一個(gè)電壓信號(hào)來(lái)控制壓控振蕩器的振蕩頻率的。三、保護(hù)中頻電源的保護(hù)功能是針對(duì)電源的各種異常和故障而設(shè)計(jì)的。主要有過(guò)電流保護(hù)電路和過(guò)電壓保護(hù)電路。在第四節(jié)曾經(jīng)指出，整流觸發(fā)移相角a>90° 的狀態(tài)稱為整流橋的逆變工作狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量，利用這一特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)電源的自我快速保護(hù)。例如，當(dāng)電源出現(xiàn)負(fù)載短路或逆變橋直通時(shí)，直流電流和電網(wǎng)輸入電流將迅速增加，保護(hù)電路監(jiān)測(cè)到有這信號(hào)后，

17、立即將整流移相角增大至大于90°（一般150°左右），則電流開始下降，濾波電感中儲(chǔ)存的能量全部反饋回電網(wǎng)，從而起到保護(hù)作用。過(guò)電流保護(hù)電路監(jiān)視三相進(jìn)線電網(wǎng)電流。當(dāng)電流超過(guò)整定值時(shí)，由U301：A構(gòu)成的比較器輸出負(fù)脈沖，將觸發(fā)器U301：B的輸出置位為高電平“1”，該信號(hào)使壓控振蕩器停振（此時(shí)整流觸發(fā)移相角增至150°），即整流橋進(jìn)入逆變工作狀態(tài)，同時(shí)點(diǎn)亮過(guò)流指示燈以報(bào)警。過(guò)電壓保護(hù)電路用于保護(hù)逆變晶閘管免受中頻電壓（即并聯(lián)補(bǔ)償電容的電壓過(guò)高）的損壞，其工作原理與電流保護(hù)電路是一樣的，但過(guò)電壓信號(hào)除使壓控振蕩器停振和點(diǎn)亮過(guò)電壓指示燈外，還短時(shí)間開啟一個(gè)高頻振蕩器（振

18、蕩頻率大于10kHz），高頻振蕩器的工作時(shí)間大約為100mS，高頻脈沖同時(shí)加到四只逆變管的門極，致使逆變橋直通，即逆變晶閘管不承受電壓，補(bǔ)償電容的能量在負(fù)載中迅速消耗，而儲(chǔ)能電感中的能量反饋回電網(wǎng)，并自動(dòng)停機(jī)。本裝置的保護(hù)電路具有保護(hù)速度快（尤其是過(guò)電壓保護(hù)電路）、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。四、起動(dòng)在逆變器及其觸發(fā)電路一節(jié)中已談及，為使逆變器正常工作，逆變觸發(fā)頻率應(yīng)略高于負(fù)載諧波頻率。因負(fù)載參數(shù)隨工件的多少及工件的溫度等因素而變化。故逆變器觸發(fā)信號(hào)應(yīng)來(lái)自負(fù)載本身。但是逆變器未工作時(shí)是無(wú)信號(hào)可取的，這就產(chǎn)生了逆變器起動(dòng)的問(wèn)題。本裝置采用獨(dú)有的直接起動(dòng)法（或稱為零電壓起動(dòng)）：1、在電流取樣電路中串聯(lián)了正反向相并二極管，由于二極管的非線性伏安特性，在起動(dòng)之初，電流信號(hào)較強(qiáng)，起動(dòng)的角度較大，因而逆變管的關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，彌補(bǔ)了起動(dòng)時(shí)關(guān)斷