品牌宏潤(rùn)型號(hào)0.5TZui大輸出功率400（kw）Zui大輸入功率400（kw）輸出中頻電壓1000（V）輸出中頻電流1000（A）輸出振蕩頻率1000（HZ）技術(shù)說明1

集成化可控硅中頻電源技術(shù)說明書

第一節(jié) 概述

kgps型可控硅中頻電源是一種靜止變頻裝置,利用可控硅元件將工頻三相交流電源變換成中頻單相交流電源,主要應(yīng)用于感應(yīng)加熱.感應(yīng)熔煉及其他需要中頻電源供電的場(chǎng)合.由于它具有整機(jī)效率高,重量輕,噪音小,起停迅速而且對(duì)電網(wǎng)無沖擊,頻率自動(dòng)跟蹤負(fù)載參數(shù)變化,功率調(diào)節(jié)方便等一系列優(yōu)點(diǎn).因而,它正在逐步取代中頻發(fā)電機(jī)組.本裝置主電路采用"交流——直流——交流"變換系統(tǒng)由三相全控橋式整流電路,電感慮波電路,并聯(lián)逆變電路組成.可控硅元件用水冷卻.其控制系統(tǒng)由集成電路組成性能穩(wěn)定,可靠.啟動(dòng)采用先進(jìn)的零電壓方式,安全,方便.維修簡(jiǎn)便,經(jīng)濟(jì),特別適用于金屬溶煉、加熱及熱處理工況.

第二節(jié) 使用條件

(一)、環(huán)境條件及建筑設(shè)施

1、本設(shè)備應(yīng)安裝于無劇烈震動(dòng)，無導(dǎo)電塵埃，無腐蝕性氣體，氣溫不高于40℃，相對(duì)濕度不大于85%，的室內(nèi)。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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

1、ph值: 6～8

2、電阻率： 20kω/cm

3、無沙石雜物

4、進(jìn)水溫度： 5～30℃

5、進(jìn)口水壓： 0.12～0.15mpa

6、水量： 8 噸/時(shí)

7、出水管內(nèi)徑大于3英寸(開放式出水箱出水管)

(三)、主接線

1、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。

2、電源逆變輸出線采用矩形銅排：100kw：3×40mm2，160kw：3×50mm2.250kw：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±20%，電網(wǎng)電壓的頻率變化不得超過±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、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% —；

（三）能防止開關(guān)操作時(shí)的過電壓（如qf開合、rs熔斷等）；

（四）當(dāng)輸出電壓超過Zui大輸出電壓的1.1—1.2倍或超過電壓整定值時(shí)，過電壓保護(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)出過流指示信號(hào)——點(diǎn)亮儀表箱過流指示燈；

（六）如輸出電流超過整定值時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)同樣使裝置自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出過流指示信號(hào)——點(diǎn)亮儀表箱過流指示燈；

（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

Zui大中頻電壓

v

Zui大直流電流

a

1

kgps-25/8

8000

25

720

50

2

kgps-50/2.5

2500

50

720

100

3

kgps-50/8

8000

50

720

100

4

kgps-100/1

1000

100

720

200

5

kgps-100/4

4000

100

720

200

6

kgps-160/1

1000

160

720

320

7

kgps-160/4

4000

160

720

320

8

kgps-250/1

1000

250

750

500

9

kgps-250/4

4000

250

750

500

10

kgps-500/1

1000

500

750

1000

11

kgps-1000/1

1000

1000

750

2000

12*

kgps-1000/1

1000

1000

1200

1200

13*

kgps-1250/0.5

500

1250

1200

1400

14*

kgps-1500/0.5

500

1500

1200

1600

15*

kgps-2000/0.5

500

2000

1200

2200

注：

(1)中頻輸出不同與表一時(shí)，本公司可根據(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] 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

過零檢測(cè)及整形

u104~u106

2輸入或非門

cd4001

或非邏輯

u107~u109

14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器

cd 4020

分頻

u110~u112

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

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)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,逆變觸發(fā)電路不能采用恒定的頻率的他激方式,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，其過零時(shí)刻即為逆變觸發(fā)時(shí)刻?？梢娔孀冇|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)

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/roe………………………………………………（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控制整流觸發(fā)移相角來實(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)pi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)。

需要說明的是，所有的控制信號(hào)及手動(dòng)調(diào)功信號(hào)通過加法器u203：a合成為一個(gè)電壓信號(hào)來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。主要有過電流保護(hù)電路和過電壓保護(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，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)亮過流指示燈以報(bào)警。

過電壓保護(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)償電容的電壓過高）的損壞，其工作原理與電流保護(hù)電路是一樣的，但過電壓信號(hào)除使壓控振蕩器停振和點(diǎn)亮過電壓指示燈外，還短時(shí)間開啟一個(gè)高頻振蕩器（振蕩頻率大于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)來自負(fù)載本身。但是逆變器未工作時(shí)是無信號(hào)可取的，這就產(chǎn)生了逆變器起動(dòng)的問題。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)斷反壓低、起動(dòng)能力弱的不足。正常工作時(shí)，二極管的等效阻抗低，j角又減小至正常工作要求值。

2、在起動(dòng)電路中，逆變觸發(fā)器脈沖形成電路采用了高靈敏度的電壓比較器lm311，從而提高了啟動(dòng)電路的靈敏度。

3、為使晶閘管中頻電源在a角的控制電壓ua的上升過程中直接自行起動(dòng)，本裝置設(shè)計(jì)了自起動(dòng)電路。比較器的u304：b監(jiān)視直流電流，比較器的u304：a監(jiān)視中頻電壓。當(dāng)直流電流信號(hào)已經(jīng)建立，而中頻信號(hào)仍然沒有，則直流信號(hào)使ua降至0，即自動(dòng)停機(jī)。待逆變橋恢復(fù)阻斷后，再重新上升，如中頻信號(hào)在直流信號(hào)之前建立，則標(biāo)明逆變電路已經(jīng)起振，起動(dòng)成功，此時(shí)直流信號(hào)不再起作用，ua繼續(xù)上升至給定值。

本裝置的起動(dòng)電路具有簡(jiǎn)單、快速、安全的優(yōu)點(diǎn)