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1、新型可控硅串联逆变装置中频控制板说明书-YXCL1.1 编写者：郭光辉 Tel:18037365996 QQ:277962570前 言感谢贵厂(公司)使用我中心Yx-cl系列中频感应加热控制板，为了更好地使用、领会本线路，请在使用前仔细阅读本说明书。我中心是一个具有独立开发能力的科研单位，所有控制板均系自主开发，具有独家知识产权。我公司本着易用性和可靠性的原则，博取众家之长，开发出具有多家知识产权新一代XCL。适用于三相380、575、660V等电压等级、6脉波和12脉波、功率10KW6000KW、频率范围200HZ8000HZ的可控硅串联逆变装置中。自投放市场使用以来得到电炉厂、设备维修人员
2、、设备使用厂家一致好评，取得了良好的经济效益，社会效益。该品牌线路板各项性能指标均优于目前市场同类产品。YXcl1.1是我中心专业针对可控硅串联变频装置开发的新型控制板，主要运用于感应透热、淬火机床、粉末冶金、贵重金属冶炼、科学实验等领域。一、YXCL1.1控制板特点：2 整机可实现傻瓜式操作，避免操作失误造成事故。2 整流逆变合调功一个功率电位器完成，缓冲软启动。自判断负载状态，如果负载短路或开路，均可以零冲击、微电流锁控逆变输出，避免故障进一步扩大。2 高功率因数，低谐波干扰。整机功率因数com0.95，无需配置无功补偿和消谐波装置,降低建厂投资.2 逆变脉宽和换流死区时间均可灵活调整，以
3、适应各种负载频率。2 高可靠性：众所周知，串联逆变最令人头痛的是直通保护困难，而产生直通的原因80%来自负载突变，控制线路为能够及时适应，或外磁场杂波干扰等造成逆变脉冲触发错位。本线路采用电压电流双重锁控脉冲位置，从根本上解决产生直通的因素。2 高启动成功率:任何负荷状态均可100%启动,具有极高的负载适应性能：即便在冻炉（冷炉）状态下仍可高功率因数满负荷输出2 启动方式：采用它激启动，启动成功后转自激，有电压信号锁定相位，电流信号锁定相位，大大提高了设备的稳定性。2 极高的节电效果：由于串联谐振属于自然换流，无换流重叠角，所以不存在关断损耗；又由于串联谐振逆变电路，逆变输出的每一分电流都流经
4、感应负载，并且无功分量极小，极大程度降低了槽路损耗，再加上低谐波无功损耗，相对并联谐振节电率达2030%，每吨节电100-300度，对于中频熔铁。2 环保性能好：相对并联谐振，整机运行声音平稳轻脆，无杂波噪音。对电网中频谐波极小。2 高频率特性：用普通KK逆变硅(关断时间20uS)，工作频率能达到4KHz，如果用KA或KG可控硅，频率能达到15KHz，达到超音频感应加热效果。由此可实现大功率超音频电源的生产。其成本远低于同等功率的IGBT电源，但其稳定性又远高于IGBT电源。二、主要技术参数：2 板型规格：210310 X2.0 (mm），安装尺寸：200300(mm),安装孔4.5mm。2
5、整流同步电压：3801250（V）光电隔离馈入，（针对不同的同步电压需修正同步输入电阻）2 逆变同步方式：电压电流双重控制。电压锁相，电流锁位。2 主控板交流供电:18V018V,功耗30W。2 整流移相调压，逆变移相调功。整流移相调压仅用于启动初期，其移相范围：=0150o。2 整流移相方式：过零同步，数字移相。调功给定电压：015V（正逻辑）。2 起动方式：它激转自激启动。2 调整方式：电流、电压双闭环PID调节。2 电压电流调节能力：静态调整率100，动态调整率97。2 “RE”端口：负逻辑、OC输入（15V，4mA)。2 逆变输出脉冲：宽度30120us（可调），前沿1us。2 死区时
6、间调整范围：2080us2 适用功率范围：5KW4000KW,适用频率范围：3002KHz2 功率因数：0.95（相对电网）, 起动性能：100（正常负荷）。2 应用范围：金属冶炼，热处理（透热，淬火，退火）三、工作原理 1、整流触发工作原理： 这部分电路包括三相同步、数字移相、脉冲分配、脉冲形成、末级驱动等电路。移相部分采用的是数字移相，具有可靠性高、精度高、调试容易等特点。数字移相的特征是用计数(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,而计数器的计数量是固定的(512),计数脉冲频率高,意味
7、着计一定脉冲数所需时间短,也即延时时间短,角减小,反之角增大。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 100KHz , 则在计数到 512 个脉冲所需的时间为 (1/100)512=5.12 (ms) ,相当于控制角=(5.12ms10ms)1803062o。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或CMOS数字集成电路,则可以有很强的抗干扰能力。 由于整流触发回路中A、B、C三相回
8、路结构相同，功能一致，我们仅分析A相触发回路。 IC24及其周围电路构成电压频率转换器，其输出频率随调节器送来的输入电压Uk而线性变化。 三相同步信号由控制电源开关送来三相进线电压信号或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RC网路进行滤波及移相，再经6只光电耦合器进行电位隔离，获得6个相位互差120度、占空比略小于50的矩梯波同步信号。 由光电耦合器IC6输出的梯形波同步信号，经IC2、IC2进行方波整形分成两路，一路进入IC2进行或非比较，形成计数复位脉冲。另一路经IC3D、IC3C反相后送到IC3A、IC3B作为脉冲分配之用。 IC1 (4020计数器)构成数
9、字延时器。由IC2送来的计数复位脉冲对计数器进行复位后，开始对IC24的输出时钟脉冲计数，当计数到512个脉冲便输出一个延时脉冲，该脉冲的上升沿便是整流触发脉冲产生的位置。因计数脉冲的频率是受Uk控制的，换句话说，Uk控制了触发脉冲的相位。 计数器输出的脉冲经IC3A、IC3B进行分配，形成-A、+A触发信号。该信号微分后，变成窄脉冲，送到后级的NE556，它既有输出脉定宽的功能，又有一定的驱动能力（为后级功放电路提供前级驱动），输出的窄脉冲经电阻矩阵合成为双窄脉冲，再经晶体管放大，驱动脉冲变压器输出。IC21及相关元件组成脉冲列调制电路，调制频率为510KHz。对整流脉冲进行调制，可以提高脉
10、冲前沿陡度，有利于触发大功率可控硅，并且可以减小主控板电源功耗，缩小脉冲变压器体积。 为了使控制电路能够更可靠准确的运行，整流触发回路还设置了上电延时、上电复位、欠压保护、缺相保护等检测线路。 缺相保护，当三相交流同步发生缺相时，由D23、D40、D55组成的缺相保护电路输出高电平，驱动IC20发出保护信号。 欠压保护由R85、DW7、D58等组成，当电源+15V电压低于12V时IC20的高触发阀值电平将由原来的10V变为8V以下，而D58阴极电位受稳压二极管DW7稳压作用，被箝位于8.0V电位上，此时， IC20-6电位大于IC20-5的阀值电平，IC20发生反转，输出保护信号。 上电延时，
11、在开机的瞬间，控制电路的工作是不稳定的，设置一个1秒钟左右的定时器（由IC20，E19构成），控制IC21的复位端。 缺相保护、欠压保护、上电延时、上电复位统称系统保护，一旦发生缺相和欠压故障IC20即发生发生反转，输出低电平，系统状态灯熄灭，通过IC21封锁直流脉冲，通过启动控制线路使移相回零。注意：为避免误操作，本控制板，上电后必须通过手动复位解除上电复位功能，否则整流无脉冲输出。 整流触发自诊断系统：由于脉冲指示灯串联在输出回路上，当整流硅控制极内部开路，或控制极走线发生断路时，脉冲灯将不能正常点亮。当整流硅控制极内阻过大或过小脉冲灯亮度将发生变化。当然，当主控板发生故障时相应的脉冲灯也
12、将作出相应指示。设置该灯有助于判断故障所在。2、逆变触发工作原理 逆变部分有IC33（4046）产生它激信号，经IC25,IC23组成的逆变波形发生器，产生逆变信号，再由IC30,IC22和IC25组成的逆变信号分配和综合保护器，产生两路堆成的逆变脉冲信号，输出的后级的NE556,并有它驱动功放管。 自激信号有两路组成，一路是取自逆变电流的电流信号，另一路是取自谐振电容器上的电压信号。两路信号相位相差90度。它激转自激的过程：如果启动成功后，锁频指示灯会灭，这时候会禁止IC33(4046)发出脉冲，它激信号关闭，自激信号开始工作，并控制后面的逆变波形，脉冲整形与分配电路。 3、启动演算电路 本
13、电路采用是它激转自激启动，由于串联逆变启动成功率高，只需向逆变桥发出一定频率的脉冲就可以起振，启动的频率有W4控制，它激频率的范围一般是低于谐振频率，大约在30%到50%左右。 启动前，先在逆变桥给予一定的直流电压，此电压有W10控制，此时发出逆变两路它激信号，如果此时检测到了逆变的电流电压信号，逆变启动成功，如果启动不成功，调一下电流电压信号相位就可以了。 IC4与周围电路构成给定积分器，实现全电压启动，实行慢升快降，更符合中频感应加热设备的操作。 控制板共有三个积分调节器，分别实现限压限流，中频限流，并有指示灯指示。这一部分电路主要有IC5和周围电路实现。 4、保护电路 过压保护：过压保护
14、设定在限压保护的1.2倍左右，增大R11可以增大比值。过压电路有IC8B(556)组成。 过流保护：过流保护设定在限流保护的1.5倍左后，增大R13可以增大比值，过流电路有IC8A(556)组成。 输出过流保护：输出过流保护设定在输出限流保护的1.5倍左后，增大R90可以增大比值，过流电路有IC12B(556)组成。 启动过流保护：启动不成功，过流保护值在限流值的0.25倍，具体有W10调整。 保护线路在得到保护信号后，分成两路，一路送往整流部分用与整流拉逆变，将整流能量拉回电网。一路送往逆变，封锁逆变脉冲，逆变停止工作。四、电位器与指示灯说明W1：限压 顺时针减小，逆时针增大W2: 限流 顺
15、时针减小，逆时针增大W3: 中频限流 顺时针减小，逆时针增大W4：他激频率调整，顺时针他激频率提高，逆时针降低W5：整流移相调整，顺时针减小，逆时针增大W6：起始角度 顺时针减小，逆时针增大W7：逆变斜率W8：频率表校正W9：死区调整 逆时针死区加宽，顺时针死区变窄W10：恒流电压 顺时针电压增高，逆时针减小W11：逆变脉冲宽度调节S1开关说明S1-1 它激启动开关，闭合时关闭它激启动S1-2 1-3 它激频率开关控制板指示灯：序号名称颜色ON（灯亮）OFF（灯灭）1限流红色交流限流2限压绿色中频限压3过流红色交流过流4过压绿色中频过压5重启红色二次过流6锁频绿色恒流起控调试整流7输出限流黄色中频电流限制8输出过流黄色中频电流过流启动成功9系统红色10电源灯-15V绿色控制板供电
