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1、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
2、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
3、螺栓，安装时必须良好的接地（要求连接电源变压器中性三、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
4、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a(a =900)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 5 10V或0 8 9 0 V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
5、5 10V或0 8 9 0 V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 当控制角a =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12 0。 共阴极组与共阳极组自然换流点的相位差为6 0,所以6只晶闸管的控制极触发脉冲相 位差也互差6 0；同时触发脉冲宽度应大于60。一般整流触发脉冲宽
6、度T CN,9 0Vt CNV120。 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=1.35ULCOSa上式表明，只需调节控制角a，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400lOKHz 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
7、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：U a=1.1 Ud /cos0 a上式说明功率因数0 a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
8、电路用途：i. 指示灯序号代号用途1过流过电流指示2过压过电压指示3水压不足水压不足指示4电压反馈电压环投入指示5缺相缺相指示6启动成功启动成功指示7电源指示电源指示注意：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18 0V左右时亮。ii. 电位器iii. 5序号代号用途1截流（W1）电流额定值及过流整定调节2截压（W2）电压额定值及过压整定调节3小角度（W3）恒功率运行时最小角度调节4保护角度（W4）整流运行初始值整定调节五、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
9、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a 小,反之a大。 计数器开始计数时刻同样受同步信号控制，在a =0时开始计数。现假设在某VK值时， 根据压控振荡
10、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）X256 =10.2 （ms），相当于180电角度，该触发器的清零脉 冲在同步（电压线电压）的30处，这相当于三相全控整流电路的B =30。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a =150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60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。 IC
11、16A 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60,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
12、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
13、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。 DIP1 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4角，最小e角调节 由小角度电位器（W3）调节，调节范围为032。此时
14、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3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9角亦相应增大，直至最大逆变9角，最大e角调节由小角度电位器（W3 ）调节，调节范围为4052。逆变角调节器用于使逆变桥能在 某一9角（9角正常工作范围为
15、3048，9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（D11D16）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。启动过程大致是这样的，在逆变电路启动之前，先以一个高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变可控硅，当电路检测到主电路直流电流时，便控制它激信号的频率从高向低扫描， 当它激信号的频率下降到接近槽路谐振频率时，中频电压便建立起来，并反馈到自动调频 电路。自动调频电路一旦投入工作，便停止它激信号的扫描，转由自动调
