中频加热电源技术说明

技术说明中频加热电源技术说明一、设备特点及应用：KGPS系列感应加热晶闸管变频装置时利用晶闸管将三相工频交流电（50HZ）变换成几百或几千赫兹的单相交流电。

设备具有控制方便、效率高、运行可靠、劳动强度低等特点。

中频感应加热技术常常应用于自动化生产线，不仅提高产品的产量，而且提高的产品的质量。

我公司生产的KGPS系列感应加热晶闸管变频装置采用了全数字电路控制，扫描式启动方式，无需任何中间继电器、同步变压器等配件元件。

此线路负载适应力强，可重载启动，应用于黑色金属和有色金属（钢、铸钢、不锈钢、铜、铝、金、银、合金钢等金属）的冶炼、真空冶炼、锻件的加热和钢管的弯曲、挤压成型、工件的预热、工件表面火、退火、回火等热处理、金属零件的焊接、粉末合金、输送高温工件的管道加热、晶体生长等不同场合。

二、安装方法：1.本装置对安装基础无特殊要求，但安装环境得参照本装置的使用条件，应安装在通风良好，不受雨水侵袭的室内，柜体与周围墙壁应保持1米以上的距离，保证柜体能fang便开启，维修，调试有足够的使用空间。

2.装置在出场前均按其技术条件经过出厂调试，但在运输过程中，由于不可避免的震动，肯能有线头松脱，螺丝松动和受潮等现象，应对上述现象进行检查、维护。

3.三相电源进线从柜顶接线柱或柜底电缆沟输入，中频输出线均从柜底电缆沟输出，有导线连接处应保持良好的接触。

4.本装置柜底内部设有接地螺栓，安装时必须良好的接地（要求连接电源变压器中性线）。

三、主回路工作原理：晶闸管中频电源是一种将工频电能变为高频电能的变频器。

它把工频交流电整流后，由逆变电路变换为较高频率的输出电流，且频率的变化范围不受电网频率的限制。

其电路可分为三大部分：整流、逆变、控制及保护部分。

每一部分具体电路原理分述如下：i.整流电路原理：1)整流电路的要求中频装置中整流电路的负载是逆变电路，逆变电路输出的有功功率是由整流电路提供的，所以要求整流电路的输出电压在规定范围内能够连续平滑的调节。

中频感应加热的负载变化很大，整流电路能够自动限制输出功率、电压、电流以及通过整流电路对系统进行过电流、过电压保护。

中频电源大都采用三相全桥式整流电路，这是因为它的电压调节大，而移相控制角α（α＝９０°－０°）变化范围小，有利于系统进行自动调节。

三相全控桥式整流电路的电压脉动频率较高，减轻了直流滤波环节的负担。

另外，它还可以工作在有源逆变状态，当中频逆变电路颠覆时，将储存在滤波电抗器中的能量通过有源逆变方式返回网侧，使逆变电路得到保护。

2)三相全控桥式整流电路的工作原理三相全控桥式整流电路主要是实现交流——直流变换。

三相全控桥式整流电路是将输入线电压为３８０Ｖ、５７５Ｖ或６６０Ｖ工频交流电经三相全控桥式整流电路转换为０——５１０Ｖ或０——８９０Ｖ的直流电，通过控制全控整流可控硅的导通角大小，实现输出０——５１０Ｖ或０——８９０Ｖ连续可调的直流电压输出。

简明电路如图一所示。

三相全控桥式整流电路的6只晶闸管可分成两组，SCR1、SCR3、SCR5为共阴极组；SCR4、SCR6、SCR2为共阳极组。

在任何导电时刻，电流总是从某一相流入，先经过共阴极组的晶闸管、直流平波电抗器Ld、负载Rd，再经过共阳极组的晶闸管，由另一相流出。

图一三相全控桥式整流电路①当控制角α=０°时，晶闸管在相电压相交点时刻被触发后每只晶闸管持续导通１２０°。

②共阴极组与共阳极组自然换流点的相位差为６０°，所以６只晶闸管的控制极触发脉冲相位差也互差６０°；同时触发脉冲宽度应大于６０°。

一般整流触发脉冲宽度τＣＮ，９０°＜τＣＮ＜１２０°。

③整流电压Ｕｄ与交流线电压（有效值ＵＬ）间的数量关系式如下：Ｕｄ＝1.35ＵLCOS α上式表明，只需调节控制角α，就可以改变整流电压。

b) 逆变电路原理： 逆变电路是把直流变成交流。

并联逆变电路具有较好的负载适应能力，运行比较稳定可靠，是中频装置中应用比重最大的线路。

该产品也采用了并联逆变器，其具体电路见图九所示。

它的主要作用是将三相整流电压Ud 逆变成单相400—10KHz的中频交流电。

它有四个桥臂组成，中频电容器C 与感应线圈L （熔炼炉线圈或感应圈）组成负载电路，并跨接在逆变桥的对角线上。

-图九并联逆变电路下面分析一下逆变器的工作过程，假设图九中，先是在SCR9、SCR8加触发脉冲，则直流电流Id由Ud+---Ld---L9---SCR9---LC---SCR8---L8---Ld---Ud-,如图中实现所示；经过半个周期后，触发晶闸管SCR7、SCR10，此时SCR9、SCR8因承受反压而关断，电流由Ud+---Ld---L7---SCR7---LC---SCR10---L10---Ld---Ud-，如图中虚线所示。

在这两个半周期中，负载上电流方向变化一次。

这样把直流电源输出的直流在负载LC上变成为交流电流。

中频电压Ｕa与整流电压Ｕｄ间的数量关系式如下：Ｕa=1.1Ｕｄ/cosΦa上式说明功率因数Φa越大，中频电压Ｕa就越高。

四、控制电路板各故障灯、电位器及集成电路用途：i.指示灯注意：启动成功指示灯在启动前为亮状态，启动成功后熄灭（恒功率电路）。

电压反馈指示灯在启动前为灭状态，中频电压升至１８０Ｖ左右时亮。

ii.电位器iii. 5五、控制系统工作原理：控制电路除逆变末及触发电路板以外，其余均做成一块印刷电路板结构，从功能上分为整流触发部分(包括整流末级触发)、调节器部分、逆变部分、启动保护部分。

c)整流触发部分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数（时钟脉冲）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VK的控制，VK降低，则振荡频率升高，而计数器的计数量是固定的（256），计数器脉冲频率升高，意味着计一定脉冲数所需的时间短，即延时时间短，移相角α小，反之α大。

计数器开始计数时刻同样受同步信号控制，在α﹦０º时开始计数。

现假设在某VK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 ，则计数到256个脉冲所需的时间为（1/25000）×256 =10.2（ms），相当于180º电角度，该触发器的清零脉冲在同步(电压线电压)的30º处，这相当于三相全控整流电路的β=30º位置，从清零脉冲起延时10.2ms产生的输出触发脉冲，也既三相桥式整流电路某一相晶闸管α=150º触发脉冲，可以略调一下保护角度（W4）微调电位器。

显然，有三套相同的触发电路，而压控振荡器和UK控制电压为共用，这样在一个周期中产生6个相位差60º的触发脉冲。

数字电路的工作优点是工作稳定，抗干扰能力强，特别是用HTL或COMS数字集成电路。

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VK而线性变化。

这里保护角度（W4）微调电位器是最低输出频率(调节相当于模拟电路的锯齿波幅值调节)。

三相同步信号直接由晶闸管的门极引线K4、K6、K2从回路的三相进线上取得，由R23、C1、R63、C40、R102、C63进行滤波及移相，在经6只光耦进行电位隔离，获得6个相位互差60º，占空比略小于50%的矩形波同步信号（如IC2C、IC2D）的输出。

IC3、IC8、IC12、（14536计数器）构成三路数字延时器。

三相同步信号对计时器进行复位后，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VK控制的，换句话说，VK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LM556，它既有同步分频器的功能，亦有定输出脉宽的功能。

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。

d)调节器工作原理调节器共设有四个调节器：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，组成常规的电流、电压双闭环系统，在启动和运行的整个阶段，电流环始终参与工作，而电压环仅工作于运行阶段；另一阻抗调节器，从输入上看，它与电流调节器的输入完全是并联的关系，区别仅在于阻抗调节器的负反馈系数较电流调节器的略大，再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关系，既逆变功率因数角。

1.阻抗调节器IC17C构成阻抗调节器，它与电流调节器是并列的关系，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，或者提高整流桥的功率因数。

DIP—1可关掉此调节器。

IC19B构成逆变角调节器，其输出由IC19C为钳位限幅。

调节器电路的工作过程可以分为两种情况：1）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量，阻抗调节器工作于限幅状态，对应的为逆变最小θ角，最小θ角调节由小角度电位器（W3）调节，调节范围为0——32º。

此时可以认为阻抗调节器不起作用，系统完全是一个标准的电压、电流双闭环系统；52）直流电压已经达到最大值，电流调节器开始限幅，不在起作用，电压调节器的输出增加，而反馈电流脉冲，则直流电流Id由Ud+---Ld---L9---SCR9---LC---SCR8---L8---Ld---U不略小时，阻抗调节器退出限幅状态，开始工作，逆变调节器的θ角给定值增加，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，此时只有电压调节器和阻抗调节器工作，若负载等效电阻继续增大，逆变θ角亦相应增大，直至最大逆变θ角，最大θ角调节由小角度电位器（W3）调节，调节范围为40——52º。

逆变角调节器用于使逆变桥能在某一θ角（θ角正常工作范围为30——48º，θ角大小由负载阻抗自己决定）下稳定的工作。

3.电流调节器内环采用了电流PI调节器，控制精度在1%以上，由主电路交流互感器取得的信号，从203、204、205输入，经二极管三相整流桥（D11—D16）整流后，再分为三路。

一路作为电流保护信号，一路作为电流调节器的反馈信号，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，控制触发电路的电压——频率转换器。

e)逆变部分工作原理（恒功率电路）该电路逆变触发部分采用的是扫频式软启动，由于自动调频的需要，逆变电路工作时采用的是自激工作方式，控制信号也是取自负载端，但是主电路上无需附加启动电路，不需要预充磁、预充电启动过程，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。