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數字集成式QKG--2恒功率控制板

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8數字集成式QKG--2恒功率控制板.jpg

QKG--2型恒功率晶閘管中頻電源控制板

使用說(shuō)明書(shū)

 

一 概述

QKG--2恒功率晶閘管中頻電源控制板主要由電源、調節器、移相控制電路、保護電路、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。電路除調節器外,其余均實(shí)現數字化,整流觸發(fā)器部分不需要任何調整,具有可靠性高、脈沖對稱(chēng)度高、抗干擾能力強、反應速度快等特點(diǎn),又由于有相序自適應電路,無(wú)需同步變壓器,所以,現場(chǎng)調試中免去了調相序、對同步的工作,僅需把KP晶閘管的門(mén)極線(xiàn)接入控制板相應的接線(xiàn)端上,整流部分便能投入運行。

二 技術(shù)要求

(一)正常使用條件

1海拔不超過(guò)2000米。

2環(huán)境溫度不低于-10℃,不高于+40℃。

3空氣最大相對濕度不超過(guò)90%(20℃±5℃時(shí))。

4運行地點(diǎn)無(wú)導電及爆炸性塵埃,無(wú)腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽。

5無(wú)劇烈振動(dòng)和沖擊。

(二)主要技術(shù)參數

1主電路進(jìn)線(xiàn)額定電壓:100V~660V(50HZ)

2控制供電電源:?jiǎn)蜗?7V/2A。

3中頻電壓反饋信號:AC  12V/15mA。

4電流反饋信號:AC  12V/5mA三相輸入。

5整流觸發(fā)脈沖移相范圍:α=0~130°。

6整流觸發(fā)脈沖不對稱(chēng)度:小于1°。

7整流觸發(fā)脈沖信號寬度:≥600μS、雙窄、間隔60°。

8整流觸發(fā)脈沖特性:觸發(fā)脈沖峰值電壓:≥12V

觸發(fā)脈沖峰值電流:≥1A

觸發(fā)脈沖前沿陡度:≥0.5A/μS

9逆變頻率:400HZ~10KHZ。

10逆變觸發(fā)脈沖信號寬度:50μS。

11逆變觸發(fā)脈沖特性:觸發(fā)脈峰值電壓:≥22V

觸發(fā)脈峰值電流:≥1.5A

觸發(fā)脈沖前沿陡度:≥2A/μS

(逆變的觸發(fā)脈沖變壓器是外接的)

12最大外型尺寸:295×205×40mm。

13故障信號輸出:

控制板在檢測到故障信號時(shí),輸出一組接點(diǎn)信號,該接點(diǎn)容量為AC:5A/220V:DC:10A/28V。

三 變頻器工作原理

1 主回路工作原理

可控硅中頻電源的基本工作原理,就是通過(guò)一個(gè)三相橋式整流電路,把50HZ的工頻交流電流整流成直流,再經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波器(直流電抗器)進(jìn)行濾波,最后經(jīng)一逆變器將直流變?yōu)閱蜗嘀蓄l電流以供給負載,所以這種逆變器實(shí)際上是一只交流——直流——交流變換器。

2 控制電路特點(diǎn)及原理

KGPS-1恒功率中頻電壓控制板是我廠(chǎng)開(kāi)發(fā)研制的第四代控制電路,它具有以下特點(diǎn):

  該控制板適合并聯(lián)逆變。用于各種金屬的熔煉, 保溫及感應加熱設備 的電壓控制。

  控制板為單板全集成化控制板, 采用數字觸發(fā), 具有可靠性高、精度高、調試容易、繼電元件少。

  先進(jìn)的掃頻啟動(dòng)方式使操作者無(wú)需選擇啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)頻率就能實(shí)現100%的成功啟動(dòng)。

  自動(dòng)跟隨負載變化, 在運行時(shí)具有非故障性的自動(dòng)再啟動(dòng)功能以及功率自動(dòng)調節功能。

  具有理想的截流、截壓、精確的關(guān)斷時(shí)間和逆變控制角, 保證設備  可靠運行。

  適合控制100KW~2000KW/400~8000HZ中頻電源。

整個(gè)控制電路除逆變末級觸發(fā)電路板外,做成一塊印刷電路板結構。從功能上分為整流觸發(fā)部分、調節器部分、啟動(dòng)演算部分。(詳細電路見(jiàn)附圖)

1) 整流觸發(fā)工作原理

這部分電路包括三相同步、數字觸發(fā)、末級驅動(dòng)等電路。觸發(fā)部分采用的是數字觸發(fā),具有可靠性高,精度高,調試容易等特點(diǎn),數字觸發(fā)器的特點(diǎn)是用計數(時(shí)鐘脈沖)的辦法來(lái)實(shí)現移相,該數字觸發(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α移相控制電壓vk的控制,vk降低,則振蕩頻率升高,而計數器的計數量是固定的(256),計數器脈沖頻率高,意味著(zhù)計一定脈沖數所需時(shí)間短,也即延時(shí)時(shí)間短,α角小,把之α角大,計數器開(kāi)始計數時(shí)同樣受同步信號控制,在α=0°時(shí)開(kāi)始計數,現假設在某vk值時(shí),根據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,則在計數到256個(gè)脈沖所需的時(shí)間為(1/25000)×256=10.2(mS),相當于約180°電角度,該觸發(fā)器的計數清零脈沖在同步電壓(線(xiàn)電壓)30°處,這相當三相全控橋式整流電路的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,如果需要得到準確的α=150°觸發(fā)脈沖,可以略微調節一下電位器W4。顯然,有三套相同的觸發(fā)電路,而壓控振蕩器和VK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。

數字觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是工作穩定,特別是用HTL或CMOS數字集成電路,則可以有很強的抗干擾能力。

IC16A及其周?chē)娐窐嫵呻妷阂活l率變換器VFC,其輸出信號的頻率隨調節器的輸出電壓VK而線(xiàn)性變化。這里W4微調電位器是最低輸出頻率調節(相當于模擬電路鋸齒波幅值調節)。

三相同步信號直接由晶閘管的門(mén)極引線(xiàn)K4、K6、K2從主回路的三相進(jìn)線(xiàn)上取得,由R23、C1、R63、C40、R102、C63進(jìn)行濾波及移相,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、占空比小于50%的矩形波同步信號(如IC2C、IC2D)的輸出。

IC3、IC8、IC12(4、5、3、6)計數器構成三路數字延時(shí)器。三相同步信號對計數器進(jìn)行復位后,對電壓一頻率變換器的輸出脈沖每計數256個(gè)脈沖便輸出一個(gè)延時(shí)脈沖,因計數脈沖的頻率是受VK控制的,換句話(huà)說(shuō),VK控制了延時(shí)脈沖。

計數器輸出的脈沖經(jīng)隔離、微分后,變成窄脈沖,送到后級的LM556,它即有同步分頻器的功能,亦有定輸出脈寬的功能。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,驅動(dòng)脈沖變壓器輸出。具體的時(shí)序圖見(jiàn)附圖。

2) 調節器工作原理

調節器部分共設有四個(gè)調節器:電壓調節器、電流調節器、電阻調節器、逆變角調節器。

其中電壓調節器、電流調節器組成常規的電流、電壓雙閉環(huán)系統,在啟動(dòng)和運行的整個(gè)階段,電流環(huán)始終參與工作,而電壓環(huán)僅工作于運行階段;另一阻抗調節器,從輸入上看,它與電流調節器LT2的輸入完全是并聯(lián)的關(guān)系,區別僅在于阻抗調節器的負反饋系數較電流調節器的略大,再者就是電流調節器的輸出控制的是整流橋的輸出直流電壓,而阻抗調節器的輸出控制的是中頻電壓與直流電壓的比例關(guān)系,即逆變功率因數角。

調節器電路的工作過(guò)程可以分為兩種情況:一種是直流電壓沒(méi)有達到最大值的時(shí)候,由于阻抗調節器的反饋系數大,阻抗調節器的給定小于反饋,阻抗調節器便工作于限幅狀態(tài),對應的為最小逆變θ角,此時(shí)可以認為阻抗器不起作用,系統完全是一個(gè)標準電壓、電流雙閉環(huán)系統;另一種情況是直流電壓已經(jīng)達到最大值,是流調節器開(kāi)發(fā)始限幅,不再起作用,電壓調節器的輸出增加,而反饋電流卻不變化,對阻抗調節器來(lái)說(shuō),當反饋電流信號比給定電流略小時(shí),阻抗調節器工作,若負載等效電阻RH的繼續增大,逆變θ角亦相應增大,直至最大逆變θ角。

逆變角調節器用于使逆變橋能在某一θ角穩定的工作。

中頻電壓互感器過(guò)來(lái)的中頻電壓信號由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,一路送到電壓調節器;一路送到過(guò)電壓保護;一路用于電壓閉環(huán)自動(dòng)投入。

電壓P1調節器由IC13A組成,其輸出信號由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(kāi)關(guān)用于電壓開(kāi)環(huán)調試,內環(huán)采用了電流PL調節器進(jìn)行電流自動(dòng)調節,控制精度在1%以上,由主回路交流互感器取得的電流信號,從CON2-3、CON2-4、CON2-5輸入,經(jīng)二極管三相整流橋(D11~D16)整流后,再分為三路,一路作為過(guò)流保護信號,另一路作為電流調節器的反饋信號,還有一路作為阻抗調節器的反饋信號。由IC17B構成電流PI調節器,然后由IC17A隔離,控制觸發(fā)電路的電壓——頻率變換器VFC。

IC17C構成阻抗調節器,它與電流調節器是并列的關(guān)系。用于控制逆變橋的引前角,其作用可間接地達到恒功率因數,DIP-1可關(guān)掉此調節器。

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)調頻的需要,雖然逆變電路采用的是自激方式,控制信號也是取自負載端,但是主回路上無(wú)需附加起動(dòng)電路,不需要預充磁或預充電的起動(dòng)過(guò)程,因此,主回路得以簡(jiǎn)化,但隨之帶來(lái)的問(wèn)題是控制電路較為復雜。

啟動(dòng)過(guò)程大致是這樣的:在逆變電路啟動(dòng)前,先以一個(gè)高于槽路諧振頻率的它激信號去觸發(fā)逆變晶閘管,當電路檢測到主回路開(kāi)始有直流電流時(shí),便控制它激信號的頻率從高向低掃描,當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(lái),并反饋到自動(dòng)調頻電路控制逆變引前角,使設備進(jìn)入穩態(tài)運行。

若一次起動(dòng)不成功,即自動(dòng)調頻電路沒(méi)有抓住中頻電壓信號,此時(shí),它激信號便會(huì )一直掃描到最低頻段,便進(jìn)行一次再起動(dòng),把它激信號再推到最高頻率,重新掃描一次,直至起動(dòng)成功,重復起動(dòng)的周期約為0.5移鐘,完成一次啟動(dòng)到滿(mǎn)功率運行的時(shí)間不超過(guò)1分鐘。

由CON2-1和CON2-2輸入的中頻電壓信號,經(jīng)變壓器隔離送到中頻啟動(dòng)電路,由啟動(dòng)電路輸出的信號經(jīng)微分后由IC18B和IC20B變成窄脈沖輸出,驅動(dòng)末級MOS晶體管。IC20A構成頻率電壓變換器FVC,用于驅動(dòng)頻率表。W7用于整定頻率表的度數,IC18A構成過(guò)電壓保護震蕩器,當逆變橋發(fā)生過(guò)電壓時(shí),震蕩器起振,使逆變橋的晶閘管導通。

IC19D為啟動(dòng)失敗檢測器,其輸出控制重復啟動(dòng)電路,IC19A為啟動(dòng)成功檢測器,其輸出控制中頻電壓調節器的輸出限幅電平,即主回路的直流電流,W6為逆變它激信號的最高頻率設定電位器。

4) 啟動(dòng)演算工作原理

過(guò)電流保護信號經(jīng)IC13B倒相后,送到IC5A組成的過(guò)電流截止觸發(fā)器,,封鎖觸發(fā)脈沖(或拉逆變):驅動(dòng)“過(guò)流”指示燈和驅動(dòng)報警繼電器。過(guò)電流觸發(fā)器動(dòng)作后,只有通過(guò)復位信號或通過(guò)關(guān)機后再開(kāi)機進(jìn)行“上電復位”,方可再啟動(dòng)。通過(guò)W2電位器可整定過(guò)流電平。

當三相交流輸入缺相時(shí),本控制板均能實(shí)現保護和指示。其原理是:由4#、6#、2#晶閘管的陰極(K)分別取A、B、C三相電壓信號(通過(guò)門(mén)極引線(xiàn)),經(jīng)過(guò)光電耦合器的隔離送到IC14及IC16進(jìn)行檢測和判別,一旦出現“缺相”故障時(shí),除了封鎖整流觸發(fā)脈沖外,還驅動(dòng)“缺相”指示燈以及報警繼電器。

為了使控制電路能夠更可靠準確的運行,控制電路上還設置了啟動(dòng)定時(shí)器和控制電源欠壓檢測保護。在開(kāi)機的瞬間,控制電路的工作是不穩定的,設置一個(gè)3秒鐘左右的定時(shí)器,待定時(shí)過(guò)后,才容許輸出觸發(fā)脈沖。這部分電路由IC11、R20等元件構成。若由于某種原因造成控制板上直流供電電壓過(guò)低,穩壓器不能穩壓,亦會(huì )使控制出錯。設置一個(gè)欠壓檢測電路(由DW4、IC9B等組成),當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“L.Y”LED批示燈和驅動(dòng)報警繼電器。

自動(dòng)重復起動(dòng)電路在IC9A組成。DIP-2開(kāi)關(guān)用于關(guān)閉自動(dòng)重復起動(dòng)電路。

IC5B組成電壓截止觸發(fā)器,封鎖整流橋觸發(fā)及脈沖(或拉逆變);驅動(dòng)“過(guò)壓”指示燈和驅動(dòng)報警繼電器;通過(guò)Q9使過(guò)壓保護振蕩器起振,IC18A起振。過(guò)電壓觸發(fā)器動(dòng)作后,也像過(guò)流觸發(fā)器一樣,只有通過(guò)復位信號或通過(guò)關(guān)機后再開(kāi)機進(jìn)行“上電復位”,方可再次運行,調節W1微調電位器可整定過(guò)壓電平。

Q7及周?chē)娐方M成水壓過(guò)低延時(shí)變換電路,延時(shí)時(shí)間約8秒。

復位開(kāi)關(guān)信號由CON2-6、CON2-7輸入,閉合狀態(tài)為復位/暫停。

四 調試

1 整流部分的調試

調試前,應該使逆變橋不工作。例如:把平波電抗器的一端斷開(kāi)或斷開(kāi)逆變末級的輸入線(xiàn),使逆變橋的晶閘管無(wú)觸發(fā)脈沖,再在整流橋直流口接入一個(gè)約1~2KW的電阻性負載。電路板上的IF微調電位器W2順時(shí)針旋至靈敏最高端(調試過(guò)程發(fā)生短路時(shí),可以提供過(guò)流保護)。主控板上的DIP開(kāi)關(guān)撥在ON位置;用示波器做好測量整流橋輸出直流電壓波形的準備;把面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋至最小。

送上三相供電(可以不分相序),檢查是否有缺相報警報示,若有,可以檢查進(jìn)線(xiàn)快速熔斷器是否損壞。

把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋大,直流電壓波形應該幾乎全放開(kāi),再把面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋至最小,調節控制板上的W4微調電位器,使直流電壓波形幾乎全關(guān)閉,此時(shí)的α角約為120度。輸出直流波形在整個(gè)移相范圍內應該是連續平滑的。

把逆變橋接入,使逆變觸發(fā)脈沖投入,把電路板上的Vf微調電位器W1順時(shí)針旋至靈敏最高端,(調試過(guò)程中發(fā)生逆變過(guò)壓時(shí),可以提供過(guò)壓保護)。把面板上的“給定”電位器順時(shí)針?shù)N微旋大,這時(shí)逆變橋便工作,當出現直通現象時(shí),繼續把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋至一半,此時(shí)直流電流表應指到額定電流的25%,可調節控制板上的W2電流反饋微調電位器,使直流電流表指示以額定輸出電流的25%左右。一旦逆變起振后,直流電流就可接近額定電流值,精確的額定電流整定,要在滿(mǎn)負荷運行時(shí)才可進(jìn)行。

若把面板上的“給定”電位器順時(shí)針稍微旋大,逆變器起振,不出現直通現象,可調整中頻電壓互感器的相位,即把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線(xiàn)對調一下,就不會(huì )起振了。

這樣整流橋的調試就基本完成,可以進(jìn)行逆變橋的調試。

2、逆變部分的調試

(1)校準頻率表。有示波器測逆變觸發(fā)脈沖的它激頻率(它激頻率可以通過(guò)W6來(lái)調節),調節W7微調電位器,使頻率表的讀數與示波器測得相一致。

(2)啟振逆變器,調節控制板上的W6微調電位器,使其略高于槽路的諧振頻率,W3、W5微調電位器旋在中間位置。把面板上“給定”電位器順時(shí)針稍微旋大,這時(shí)它激頻率開(kāi)始掃描,逆變橋進(jìn)入工作狀態(tài),當起動(dòng)成功后,控制板上“PP”指示燈會(huì )熄滅可以把面板“給定”電位器旋大、旋小反復操作,這樣,它激信號也反復作掃頻動(dòng)作,若不起振,可調整中頻電壓互感器的相位,即把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線(xiàn)對調一下,此步驟的調試,亦可使DIP-2和DIP-3開(kāi)關(guān)處在OFF位置,此時(shí)加入了重復起動(dòng)工能,電壓環(huán)也投入工作。

(3)逆變起振后,可做整定逆變引前角的工作,把DIP-1開(kāi)關(guān)打在OFF位置,調節W5微調電位器,使中頻輸出電墳與直流電壓的比為1.2左右(若換相重疊角較大,可適當增大此比例值);再把DIP-1開(kāi)關(guān)打在ON位置調節W3微調電位器,使中頻輸出電壓與直流電壓的比為1.5左右(或更高)此項調試工作在較低的中頻輸出電壓下進(jìn)行。注意,必須先調1.2倍關(guān)系,再調1.5倍關(guān)系,否則順序反了,會(huì )出現相互牽扯的問(wèn)題。

(4)下一步可以在輕負荷的情況下整定電壓外環(huán)。主控板上的DIP-3開(kāi)關(guān)撥在OFF位置,W1微調電位器順時(shí)針旋至最大,把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋至最大,逆時(shí)針調節W1微調電位器,使輸出的中頻電壓達到額定值,在這項調試中,可見(jiàn)到阻抗器起作用的現象,即直流電壓不再上升,而中頻輸出電壓卻還能繼續隨“給定”電位器的旋大而上升。

3、過(guò)壓保護

控制電路上已經(jīng)把過(guò)壓保護電平固定在額定輸出電壓的1.2倍上,當進(jìn)行額定電壓整定時(shí),過(guò)壓保護就自動(dòng)整定好了,若覺(jué)得1.2倍不合適,可改變控制板上R13電阻值,增大R13,過(guò)壓保護電平增高;反之減小。

4、額定電流整定

在滿(mǎn)負荷下,調節控制板上的W2電流反饋微調電位器,使直流電流表達到額定值。

五、控制電路板各故障顯示燈

序號代號用途1D.V過(guò)壓指示2D.C過(guò)流指示3L.V欠壓指示4W.P.L水壓不足5V.LOP電壓環(huán)投入6D.P缺相指示7P.P啟動(dòng)成功8POWER電源指示9CLK壓控振蕩器工作     注意:P.P指示燈在啟動(dòng)前為亮狀態(tài),啟動(dòng)成功后熄滅。

六、DIP(S1)開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)

開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)DIP-1逆變角度開(kāi)關(guān):打在OFF時(shí),小角度;打在ON時(shí),大角度。DIP-2重復起動(dòng)開(kāi)關(guān):打在OFF時(shí),重復起動(dòng)開(kāi);打在ON時(shí),重復起動(dòng)關(guān)。DIP-3電壓環(huán)控制:打在OFF時(shí),電壓環(huán)投入,打在ON時(shí),電壓環(huán)斷開(kāi)。七、電位器

W1(VF)最大中頻輸出電壓設定電位器,當有電壓反饋時(shí)可設定最大中頻輸出電壓,順時(shí)針?lè )较驗樽钚,最大調節范圍約2倍。

W2(IF)最大輸出電流設定電位器,當有電流反饋時(shí)可設定最大輸出電流,順時(shí)針?lè )较驗樽钚,最大調節范圍約2倍。

W3(MAXB)最大逆變引前角設定電位器,順時(shí)針?lè )较驗樵龃,最大調節范圍約為40°-60°。

W4(偏移調整)出廠(chǎng)時(shí),已基本調好。

W5(MINB)最小逆變引前角設定電位器,順時(shí)針?lè )较驗樵龃,最大調節范圍約為20°-40°。

W6(MAXF)最大它激逆變頻率設定電位器,順時(shí)針?lè )较驗樵龃,最大調節范圍約2倍。

W7(FP)外接頻率表校準。


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