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晶閘管中頻電�
閱讀�5928時間�2011-03-06 15:34:15

  晶閘�中頻電源是一種高效率的靜止變頻裝�,利用晶閘管元件將平常電�(wǎng)中的三相工頻電變換成幾百赫或幾千甚至幾兆赫的單相中頻電源。常用來作為感應加熱的電源,具有控制方便、效率高、相對勞動強度低等特�,應用十分廣泛�

工作原理

  主電路原�

  晶閘管中頻電源將三相工頻交流電整流為直流, �(jīng)電抗器平波后,成為一個恒定的直流電流�,再經(jīng)單相逆變�,把直流電 流逆變成一定頻率的單相中頻電流. 負載是由感應線圈和補償電容器組成�. �(lián)接成并聯(lián)諧振電路.三相工頻交流�(550V,三相四線�)送至本裝置隔離開關的三個� 線端,自動空氣開關 ZK 作為主回路的電源開關.電流檢測采用電流互感�, 該電流信號被電流互感器及 5/0.1A 電流變換器二次轉(zhuǎn)換后送到控制電路� 《KSRL.SCH》作為電流閉�(huán)信號和過電流保護信號.快速熔斷器作為控制 電路失控時的短路保護.為了減少開關操作過電壓及� SCR 換相時產(chǎn)生的" 毛刺",在進線處設置了阻容濾波電路及壓敏過電壓吸收電路.

  本裝置采用三相橋式全控整流電�,可以獲得較為平滑的電流波�,并且通過 脈沖移相,可實�(xiàn)拉逆變工作狀�(tài).三相全控橋式整流電路的工作原理從�.

  2.控制電路原理

  整個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� � � 流觸 �(fā)� �, �(diào)節(jié) � 部分 ,� 變部 �, � 動演 算部 �. 詳細 � � � 《KSRL.SCH 控制電路原理圖�.

  2.1 整流觸發(fā)工作原理

  這部分電路包括三相同�,�(shù)字觸�(fā),末級�(qū)動等電路.觸發(fā)部分采用的是�(shù) 字觸�(fā),具有可靠性高,精度�,�(diào)試容易等特點.�(shù)字觸�(fā)器的特征是用� (時鐘脈沖)�(shù)的辦法來實現(xiàn)移相,該數(shù)字觸�(fā)器的時鐘脈沖振蕩器是一種電� 控制振蕩�,輸出脈沖頻率� α 移相控制電壓 Vk 的控�,Vk 降低,則振蕩頻� 升高,而計�(shù)器的計數(shù)量是固定�(256),計數(shù)脈沖頻率�,意味著計一定脈沖數(shù) 所需時間�,也即延時時間�,α 角減�,反之 α 角增�.計數(shù)器開始計�(shù)時刻 同樣受同步信號控�,� α=0°時開始計�(shù).�(xiàn)假設在某 Vk 值時 , 根據(jù)壓控 振蕩器的控制電壓與頻率間的關系確定輸出振蕩頻率為 25KHZ , 則在計數(shù)� 256 個脈沖所需的時間為 (1/50000)×256=10.2 (mS) ,相當于約 180°電角�,該觸 �(fā)器的計數(shù)清零脈沖在同步電�(線電�)� 30°�,這相當于三相全控橋式整流 電路� β=30°位置,從清零脈沖起,延時 10.2mS �(chǎn)生的輸出觸發(fā)脈沖,接近于三 相橋式整流電路某一相晶閘管 α=150°的位�.如果需要得到準確的 α=150° 觸發(fā)脈沖,可以略微�(diào)節(jié)一下電位器來實�(xiàn).顯然,有三套相同的觸發(fā)電路,而壓 控振蕩器� Vk 控制電壓為公�.這樣,在一個周期中�(chǎn)� 6 個相位差 60°� 觸發(fā)脈沖.�(shù)字觸�(fā)器的�(yōu)點是工作�(wěn)�,特別是用 HTL � CMOS �(shù)字集成電 �,則可以有很強的抗干擾能力.

  �(diào)節(jié)器的輸出信號到電壓——頻率轉(zhuǎn)換器,其輸出頻率隨�(diào)節(jié)器送來的輸入電 � VK 而線性變�.通過頻率的變化來控制 a �,達到�(diào)節(jié)功率第目�. 三相同步信號直接由晶閘管的門極引線從主回路的三相進線上取�, 由內(nèi)� IC 進行濾波及移�,再經(jīng) 6 只光電耦合器進行電位隔離,獲得 6 個相位互� 60 �,占空比略小于 50%的矩形波同步信號輸出. 三相同步信號對計�(shù)器進行復位�,對電壓——頻率轉(zhuǎn)換器的輸出脈沖每計數(shù) 256 個脈沖便輸出一個延時脈�,因計�(shù)脈沖的頻率是� VK 控制�,換句� �,VK 控制了觸�(fā)脈沖的延�. 計數(shù)器輸出的脈沖�(jīng)隔離,微分�,變成窄脈�,送到后級� IC,它既有同� 分頻器功�,亦有定輸出脈寬的功能.輸出的窄脈沖�(jīng)電阻合成為雙窄脈�, 再經(jīng)晶體管放�,�(qū)動脈沖變壓器輸出.

  2.2 �(diào)節(jié)器工作原�

  �(diào)節(jié)器部分共設有四個調(diào)節(jié)�:中頻電壓�(diào)節(jié)�,電流�(diào)節(jié)�,阻抗�(diào)節(jié)�,� 變角�(diào)節(jié)�.

  其中電壓�(diào)節(jié)�,電流�(diào)節(jié)�,組成常規(guī)的電�,電壓雙閉�(huán)系統(tǒng),在啟動和� 行的整個階�, 電流�(huán)始終參與工作, 而電壓環(huán)僅工作于運行階段;另一阻抗�(diào) 節(jié)�,從輸入上�,它與電流�(diào)節(jié)器的輸入完全是并�(lián)的關�,區(qū)別僅在于阻抗�(diào) 節(jié)器的負反饋系�(shù)較電流調(diào)節(jié)器的略大,再者就是電流調(diào)節(jié)器的輸出控制的是 整流橋的輸出直流電壓,而阻抗調(diào)節(jié)器的輸出控制的是中頻電壓與直流電壓的 比例關系,即逆變功率因數(shù)�.

  �(diào)節(jié)器電路的工作過程可以分為兩種情況:一種是在直流電壓沒有達到� 的時�,由于阻抗�(diào)節(jié)器的反饋系數(shù)略大,阻抗�(diào)節(jié)器的給定小于反饋,阻抗�(diào)節(jié) 器便工作于限幅狀�(tài),對應的為最小逆變 Θ �,此時可以認為阻抗�(diào)節(jié)器不起作 �,系統(tǒng)完全是一個標準的電壓,電流雙閉�(huán)系統(tǒng);另一種情況是直流電壓已經(jīng) 達到�,電流�(diào)節(jié)器開始限�,不再起作�,電壓�(diào)節(jié)器的輸出增加,而反� 電流卻不變化,對阻抗調(diào)節(jié)器來�,當反饋電流信號比給定電流略小�,阻抗�(diào)節(jié) 器便退出限�,開始工作,�(diào)節(jié)逆變角調(diào)節(jié)器的 Θ 角給定�,使輸出的中頻電壓 增加,直流電流也隨之增�,達到新的平衡.此時,就只有電壓調(diào)節(jié)器與阻抗�(diào)節(jié) 器工�,R 的繼�(xù)增大,直至到逆變 Θ �. 逆變角調(diào)節(jié)器使逆變橋能在某一 Θ 角下�(wěn)定的工作.

  2.3 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,由于自動�(diào)頻的需�,雖然� 變電路采用的是自勵工作方�,控制信號也是取自負載�,但是主回路上無需� 加起動電�,不需要預充磁或預充電的啟動過�,因此,主回路得以簡�,但隨� 帶來的問題是控制電路較為復雜. 起動過程大致是這樣�,在逆變電路起動�,先以一個高于槽路諧振頻率的它激 信號去觸�(fā)逆變晶閘�,當電路檢測到主回路直流電流時,便控制它激信號的頻 率從高向低掃�,當它激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時,中頻電壓便建� 起來,并反饋到自動�(diào)頻電�.自動�(diào)頻電路一旦投入工�,便停止它激信號� 頻率掃描,�(zhuǎn)由自動調(diào)頻電路控制逆變引前�,使設備進入�(wěn)�(tài)運行.若一次起 動不成功,即自動調(diào)頻電路沒有抓住中頻電壓反饋信�,此時,它激信號便會一� 掃描到頻�,重復起動電路一旦檢測到它激信號進入頻段,便進行一� 再起�,把它激信號再推到頻�,重新掃描一�,直至起動成功.重復起動� 周期約為 0.5 秒鐘,完成一次起動到滿功率運行的時間不超� 1 秒鐘.

  2.4 啟動演算工作原理

  過電流保護信號送到過電流截止觸�(fā)�,封鎖觸發(fā)脈沖(或拉逆變);�(qū)�"� �"指示燈亮和驅(qū)動報警繼電器.過電流觸�(fā)器動作后,只有通過復位或關� 后再開機進行"上電復位",方可再次運行.可調(diào)節(jié)電位器整定過流電�. 當三相交流輸入缺相時,本控制板能對電源實現(xiàn)保護和指�.一旦出�(xiàn)"� �"故障�,除了封鎖觸發(fā)脈沖�,還驅(qū)�"缺相"指示燈及報警繼電�. 為了使控制電路能夠更可靠準確的運�,控制電路上還設置了啟動定時器和控 制電源欠壓檢測保�.在開機的瞬間,控制電路的工作是不穩(wěn)定的,設置一� 三秒鐘左右的定時�,待定時后,才容許輸出觸�(fā)脈沖.若由于某種原因造成 控制板上直流供電電壓過低,�(wěn)壓器不能�(wěn)�,亦會使控制出�.設置一個欠 壓檢測電�,� VCC 電壓低于 12.5V 時便封鎖觸發(fā)脈沖,防止不正確的觸發(fā). 過電壓截止觸�(fā)�,封鎖整流橋觸�(fā)脈沖(或拉逆變);�(qū)�"過壓"指示燈亮 和驅(qū)動報警繼電器.使過壓保護振蕩器起振,逆變橋直通保�.過電壓觸�(fā)� 動作�, 也象過流觸發(fā)器一�,只有通過復位信號或通過關機后再開機進行"� 電復�",方可再次運行.可調(diào)節(jié)電位器整定過壓電�. 偶爾的水壓低,只要不超� 8S 控制系統(tǒng)可不作反�,中頻電源不必停止.最 大限度地保證了中頻電源工作的連續(xù)�.

應用

  晶閘管中頻電源采用中頻感應加熱技術常常能形成生產(chǎn)流水線或者自動線,提高產(chǎn)量和�(zhì)�,因此這種感應加熱技術已用于各種生產(chǎn)過程�,常見的如用于加工精密澆鑄鋼零件,不銹鋼或合金鋼的熔�,真空熔煉,鍛件的加�,鋼管的彎曲,擠壓成型工件的預熱,鋼零件的熱處理,表面淬火和退�,金屬零件的焊接,粉末冶�,以及輸送高溫工�(zhì)的管道加熱等�

  我國�79年代初發(fā)展此項技術至�,全國已在機�、冶�、電�、鐵道、紡�,以及國防工�(yè)等部門中廣泛采用�

常見故障及排�

  一、整流部�

  1、晶閘管損壞

  原因及處理方法:(1)冷卻水管堵。檢查水管是否結�、進雜物或水管打彎�(2)阻容吸收故障。清理晶閘管阻容吸收部分灰塵,若有備件可以更換阻容吸收來判斷是否是阻容吸收故��(3)整流脈沖故障造成晶閘管誤導�。用示波器測量整流脈沖輸�,看輸出脈沖是否正常�(4)干擾信號造成晶閘管誤導�。用示波器測量是否有干擾信號,若有采取以下措施:增加晶閘管控制極與陰極之間并�(lián)電容器的電容,一般可增大0.47�1uF(4)快熔選用不合適或快熔�(zhì)量差,不起保護作�??捎檬指杏|的方法檢測,若溫度燙�,快速熔斷器熔片易燒�,若感覺不到溫度,快熔熔片不易熔�,不起保護作用�(5)晶閘管質(zhì)量差。啟動的瞬間就擊穿或負載增加時晶閘管擊穿�

  2、快速熔斷器熔斷  原因及處理方法:(1)中頻電源輸出銅板或感應線圈有短路�?qū)Φ囟搪返牡�?。檢查銅板和感應線圈有無短路打火的地方�(2)整流橋一個橋臂的上下兩個晶閘管同時導�,燒斷快速熔斷器熔片。用萬用表電阻檔測量晶閘管有無擊穿�(3)快速熔斷器�(zhì)量不合格或選型偏��

  3、直流電壓波形不正常。而晶閘管和快速熔斷器沒損��

  原因及處理方法:(1)整流觸發(fā)脈沖缺失。整流觸�(fā)部分故障.用示波器測量有無觸�(fā)脈沖�(2)整流脈沖�,但幅值低或脈沖太�,不能觸�(fā)晶閘管導�。先用示波器測量找到?jīng)]觸發(fā)導通的晶閘管,再用示波器測量其觸發(fā)脈沖與其它的觸發(fā)脈沖進行比較�(3)晶閘管控制極回路斷開�

  4、整流橋無直流電壓輸�

  原因及處理方法:(1)主電路空氣開關沒閉合或接觸器沒吸�。合上空氣開關或啟動接觸器后測量其輸出是否有電�(2)整流觸發(fā)電路部分無脈沖輸�。整流觸�(fā)電路或功放電路無直流電源電壓。用萬用表或示波器測量整流觸�(fā)電路部分和功放電路的電源電壓�(3)功率�(diào)節(jié)的電位器�。斷電后用萬用表分別測抽頭電阻�(4)保護電路動作。檢查是否有故障指示燈亮。排查故障后復位�

  5、直流平波電抗器異常

  原因及處理辦法:(1)壓緊鐵芯的螺栓松�,電抗器有“嗡嗡”的沖擊聲,鐵芯�(fā)�。調(diào)整鐵芯后緊固螺栓�(2)直流平波電抗器線圈發(fā)�,線圈纏繞的阻燃絕緣材料�(fā)�,有焦糊味。斷電檢查電抗器線圈和水管是否水路不�,可先用壓縮風吹,若不通風,可用鋼絲疏�,如果結垢還必須用稀鹽酸沖洗銅管。如果線圈發(fā)�,不能確保絕緣良好還要更換新的電抗器或重新纏繞阻燃布并刷絕緣漆�(3)出現(xiàn)打火或焦糊味。電抗器線圈之間或電抗器線圈與鐵芯絕緣不�,造成短路打火。斷電后拆掉電抗器線�,檢查是否匝間短路或線圈與鐵芯短��

  二、逆變部分

  1、逆變不能啟動或啟動困�  原因和處理方法:(1)負載電路故障:a線圈匝間短路。感應圈因長時間冷卻效果不好,絕緣破壞,造成匝間短路。線圈灰塵、氧化皮等導電物造成匝間短路。啟動中頻時出現(xiàn)打火�(xiàn)象,過流指示燈亮,頻繁打火會引起爐線圈擊穿。清理線圈表面雜�,刷絕緣漆或墊石棉板。b線圈與中頻爐外殼短路。中頻爐線圈外殼松散,爐�(nèi)積灰太多,線圈通過爐子底座放電。加固中頻爐線圈,清理灰�。c中頻輸出與線圈連接的銅排短�。由于落異物或銅排沒固定造成銅排間短�。d中頻電容器外殼對地短�。檢查是否漏水,檢查電容器底座是否積灰太�,檢查電容器瓷底座是否缺�。e水冷電纜�、輸出到負載的銅排燒斷�

  (2)電流互感器絕緣燒壞或接線順序不正�,檢查調(diào)整電流信號的盤式電位器輸出值是否太�。拆掉電流互感器檢查絕緣是否燒壞,用萬用表測量線圈是否燒�,若有備件可更換新的。檢查調(diào)整電流信號的盤式電阻是否被調(diào)整過�

  (3)逆變晶閘管未觸發(fā)。原因和處理方法a晶閘管觸�(fā)控制線斷或連接不牢�。b無觸�(fā)脈沖輸出。用示波器從晶閘管控制極開始,從后向前測有無觸發(fā)脈沖查找故障點。c控制板有故障指示燈亮。根�(jù)故障指示燈確定是哪一類故�,例如相序錯�、缺項或控制電路保險燒壞��

  (4)整流部分故障。整流晶閘管燒壞、快熔燒斷或整流部分觸發(fā)電路故障引起的整流波形不完整�

  (5)電熱電容器擊�。原因和處理方法:a 無冷卻水。水管結�、有雜物造成水流不暢,進出水水管接錯造成水不能循�(huán)流動。b 電熱電容器型號規(guī)格不正確。檢查電熱電容器是否擊穿先觀察其外觀是否變形,接線柱是否有明顯松�。然后拆掉所有銅�,用兆歐表檢查每極是否擊�。若沒兆歐表還可以依次拆掉電容器上的陽極銅板再啟動中頻排除電容是否擊��

  (6)電壓互感器故障。原因和處理方法:檢查電壓互感器絕緣是否燒焦,檢查接線是否松動。不能排除時可以通過更換新的電壓互感器進行判斷�

  2、中頻功率不能增��  原因和處理方法:(1)電位器的輸出電壓值沒有變�。電位器損壞或電位器的電源電壓故��(2)過電流保護動作。a一次過電流保護或二次過電流保護設定值低,造成過電流保護電路動作。b 電路干擾造成過電流保護電路動��(3)負載大量增加。負載直流等效電阻過�,直流電壓低而直流電流卻很大,造成換流困難逆變電路顛覆�(4)負載輕。直流電壓和中頻電壓達到額定�,但中頻電流卻很?。蓄l功率達不到額定值�(5)電熱電容器耐壓降低或電熱電容器底座因灰�、水、油等造成電熱電容器放電。拆掉電容器上的銅板,用1 000V兆歐表檢�。清理電熱電容器底座上的灰塵、水,油��(6)感應線圈匝間短路或感應線圈對地短�,過壓保護電路或過流保護電路動作。檢查爐線圈確保線圈匝間清潔,清理感應線圈周圍灰��(7)逆變晶閘管燒毀。拆掉晶閘管,用萬用表量陰陽極電阻或啟動中頻后用示波器量晶閘管兩端電壓波形看是否是一條直�。若是一條直線證明此晶閘管擊��(8)逆變晶閘管關不斷。啟動中頻后用示波器量此晶閘管兩端電壓是否是一條直�,再斷電后用萬用表量此晶閘管陰陽極兩端看電阻是否為零,可確定此晶閘管運行時是否關不斷�(9)有逆變晶閘管沒觸發(fā)導通的。用示波器量此晶閘管的兩端電壓波�,為正弦波時證明此晶閘管沒導��

  3、正常運行時損壞逆變晶閘��

  原因和處理方法:(1)晶閘管冷卻水路不通或水流量小,晶閘管�(fā)熱使關斷時間增大而不能關斷,造成逆變顛覆。檢查水路�(2)電流互感器連接線松�,使交角法逆變脈沖形成電路的合成信號時有相位變�,時有提前觸�(fā)�(xiàn)�,造成逆變換流失敗�(3)主回路連接件接觸不�,比如水電纜斷裂.造成大電流工況下突然斷開回路,使平波電抗器產(chǎn)生很高的自感電勢,使逆變和整流晶閘管擊穿�

  �、保護電路部�

  保護電路主要是擔當中頻電源系�(tǒng)保衛(wèi)工作。如果保護電路誤動作,易引起中頻電源不運�。若出現(xiàn)故障而保護電路不動作,中頻電源容易損��

  1、誤動作。外界干擾影響。負載劇烈變�,檢測電路與強電路接�,引起干擾信號,造成檢測電流值或檢測電壓值發(fā)生變�,過流指示燈或過壓指示燈�,逆變停止�

  2、拒絕動�。a 檢測電路部分電源沒有電壓。比如檢測電路部分電子器件損壞或開焊� b檢測電路部分器件損壞�

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