1、- 1 -KGPS-1型恒功率晶闸管中频电源控制板使用说明书一、 控制电路原理整个控制电路除逆变末级触发，做成一 块印刷电路板 结构，从功能上分 为，整流触发部分、调节器部分、逆变部分、启动演算部分。详细电路见后附原理图。（1） 整流触发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、调试容易等优点。数字触发器特征是用（时钟脉冲）计数的办法来实现移相，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 a 移相控制电压 Vk 的控制。Vk 降低，则振荡频率升高，而计数器的计量是固定的（ 256），计数器脉冲 频率高，
2、意味着计一定脉冲数所需时间短，也即延时时间短，a 角小，反之 a 角大。 计数器开始计数时刻同样受同步倍号控制。在 a=0 时，开始计数。现假设在某 Vk 值时，根据压控振荡器的控制压力与频率间的关系确定输出振荡频率为 25KHZ，则在计数到 256 个脉冲所需的时间为（1/50000 ）256=10.2（mS），相当于约 180 度电角度，该触发器的计数清零脉冲在同步电压（线电压）的 30 度处，这相当于三相全控桥 式整流电路的 =30 度位置，从清零脉冲起，延时 10.2mS 产生的输出触发脉冲，也即接近于三相 桥式整流 电路某一相晶闸管 a=150 度位置，如需要得到准确的 a=150
3、度触发脉冲，可以略微调节一下电位器 W4。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，这样在一个周期产生 6 个相位差 60 度的触发脉冲。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， 则有很强的抗干扰能力。IC16AA 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 W4 微调电位器是最低输出频率调节相当于模拟电路锯齿波幅调节。三相同步信号直接由晶闸管的门极引线 K4、K6、K2 从主回路的三相接线上取得，或由同步变压器 A、B、C、N 输出端接入。由 R23、C1、R63、C40、R102、C
4、63 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 60 度、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。三相同步信号对计数器进行复位后，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 NE556，它既有同步分频器功能，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。具体的时序图见附图。
5、(2)调节 器工作原理调节器部分共设有四个调节器：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- 2 -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 LT2 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，再者就是 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比例关系，即逆变功率因数角。调节器电路的工作过程可以分为两种情况：一种是在直流电压没有达到最大值的时候，由
6、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，阻抗 调节 器便工作于限幅状态，对应的为最小逆变 角，此时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；另一种情况是直流电压已经达到最大值， 电流调节器开始限幅，不再起作用， 电压调节器的输出增加，而反馈电流却不变化，对阻抗调节器来 说，当反馈电流比给定电流略小 时 ，阻抗调节器便退出限幅，开始工作，调节逆变角调节器的 角给定值，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，就只有电压调节器与阻抗调节器工作，若负载等效电阻 RH 的继续增大，逆变 角亦相应增大，直至最大逆变 角。逆变角调节器
7、用于使逆变桥能在某一 角下稳定的工作。中频电压互感器过来的中频电压信号由 CON2-1 和 CON2-2 输入后，分为两路，一路送到逆 变部分，另一路经 D7-D10 整流后，又分为三路，一路送到 电压调节器；一路送到 过电压保护；一路用于电压闭环自动投入。电压 PI 调节器由 IC13A 组成，其输出信号由 IC13D 进行钳位限幅 IC13C 和 IC21C 组成电压闭环自动投入电路、DIP-3 开关用于 进行电压开环调试。内 环采用了电流 PI 调节器进行电流自动调节，控制精度在 1% 以上，由主回路交流互感器取得的电流信号，从 CON2-3、CON2-4、CON2-5 输入，经二极管三
8、相整流桥（D11-D15）整流后，再分为三路。一路作为电 流保 护信号、另一路作为电流调节器的反馈信号，还有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。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，或者可提高整流 桥的输入功率因数。DIP 1 可关掉此调节器。IC19B 构成逆变角调节器，其输出由 IC19C 为其钳位限幅。(3) 逆变部分工作原理本电路逆变触发部分，采用的是 扫频式零压软起动。由于自动调频的需要，虽然逆变电路采用是自励工作方式，控
9、制信号也是取自负载端，但是主回路是无需附加的起 动电路，不需要预充磁或预充电起动过程，因此，主回路得以简 化，但随 带来的问题是控制电路较为 复杂。起动过程大致是这样的，在逆 变电路起动前，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，当电路检测到主回路直流 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频率扫描， 转 由自动调频电路控制引前角，使 设备进 入稳态运行。若一次起动不成功，既自动调频电 路没有抓住中频电压反 馈信号，此 时它激信号便会一直扫描最-
10、 3 -低频率，重复起动电路一旦检测 到它激信号进入最低频段，便进行一次再起动，把它激信号推到最高频率，重新扫描一次，直至起动成功。重复起动的周期约为 0.5 秒钟，完成一次起动到满功率运行的时间不超过 1 秒钟。由 CON2-1 和 C0N2-2 输入的中频电压信号， 经变压器隔离送到 IC25，IC25-13 脚、 14 脚输出的信号经微分后由 IC18B 和 IC20B 变成窄脉冲输出，用于 驱动逆变末级 MOS 晶体管。IC20A 构成频率电压转换器，用于驱动频率表， W7 用于整定频率表的读数。IC18AA 构成电压保护振荡器，当逆变桥发生过电压时，振荡器起振，使逆变桥的 4 只晶闸
11、管均导通。IC19D 是起动失败检测器，输出控制重复起动电路， IC19A 为起动成功检测器，其输出控制中频电压调节器，输出限幅电平控制主回路的 过流电流。W6 为逆变它激信号的最高频率设定电位器。(4) 启动演算工作原理过电流保护信号经 IC13B 倒相后，送到 IC5A 组成的过电 流截止触发器，封 锁触发脉冲（或拉逆变）；驱动“过流”指示灯亮和驱动报 警继电器。 过电流触发器动作后，只有通 过复位信号或通过关机后再开机进行“上电复位 ”，方可再次运行。通过 W2 微调电位器可整定 过流电平。当三相交流电输入缺相时，本控制板均能 对电源实现保护 和指示，其原理是：由 4#、6#、2#晶闸管
12、的阴极（K）分别取 A、B、C 三相电压信号（通过门极引线）， 经过光电耦合器的隔离送到 IC14 及 IC16B进行检测和判别，一旦出现“缺相”报警故障时，除了封锁触 发脉冲外，还驱动“ 缺相”指示灯以及报警继电器。为了使控制电路能更可靠准确的运行，控制电路上还设置了启 动定时器和控制电源欠压检测保护，在开机的瞬间，控制电路的工作是不 稳定的，设置一个 3 秒 钟左右的定 时器，待定时后，才容许输出触发脉冲。这部分电路由 C11、R20 等元件构成。若由于某种原因造成控制板直流供 电电压过低， 稳压器不能稳压，亦会使控制出错， 设置一个欠压检测电路（由 DW4、IC9B 等组成），当 VCC
13、 电压低于 12.5V 时便封锁触发脉冲，防止不正确的触 发。自动重复起动电路由 IC9A 组成。DIP-2 开关用于关闭自动重复起动电路。IC5B 组成的过电压截止触发 器，封 锁整流桥触发脉冲（或拉逆变）；驱动“ 过压”指示灯亮和驱动报警继电器；通过 Q9 使过压保护振荡器 IC18A 起振。 过电压触发 器动作后，也象过流触发器一样，只有通过复位信号或通过关机后再开机进“上电复位”，亦可再次运行，调节 W1 微调电位器可整定电压电平，Q7 及周围电路组成水压过低延 时保护电路，延进时间约 8 秒。复位开关信号由 CON2-6、CON2-7 输入， 闭合状态为复位暂停。二、调试（1）整流部
14、分的调试调试前，应该使逆变桥不工作。例如：把平波电抗器的一端断开或断开逆 变末级的输入线，使逆变桥的晶闸管无触发脉冲。再在整流 桥输出口接入一个约 1-2KW 的电阻性负载。电路板上的 If 微调电位器W2 顺时针旋至灵敏最高端，调试过程中发生短路时，可以提供过流保护。主控板上的 DIP 开关均拨向- 4 -ON 状态，用示波器做好测量整流输出直流电压波形的准备，把面板上的“给定”电位器逆时针旋至最小。送上三相供电（可以不分相序）， 检查是否有缺相报警指示，若有，可以检查进线快速熔断器是否损坏。把面板上的“给定” 电位器顺时针旋大，直流电压波形应该几乎全放开，再把面板上的“给定”电位器逆时针旋
15、至最小，调节控制板上的 W4 微调电位器，使直流 电压 波形全关闭，移相角 约 120 度。输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。把逆变桥接入，使逆变触发脉冲投入，把电路板上的 VF 微调电位器 W1 顺时针旋至灵敏最高端，（调试过程发生逆变过压时，可以提供过压保护）。把面板上的 给 定电位器顺时针稍旋大，这时逆变桥便工作。当出现直通现象时， 继续把面板给定电位器顺时针旋至一半，此时直流电流表应指示到额定电流的 25%左右，若电流表的指示不为额定值的 25%，可 调节控制板上的 W2 电流反馈微调电位器，使直流电流表指示到额定输出电流值的 25%左右。一旦逆 变起振后，直流 电流就可接
16、近额定电流值，精确的额定电流整定，要在满负荷运行 时才可进行。若把面板上的“给定” 电位器顺时针稍微旋大，逆变器便起振，不出现直通现象，可 调节中频电压互感器的相位，即把中频电压互感器 20V 绕组的输出线对调一下，就不会起振了。这样整流桥的调试就基本完成，可以 进行逆变桥的调试。（2）逆变部分的调试 2.1 首要应校准频率表，用示波器测逆变触发脉冲的它激频率（它激频率可以通过 W6 来调节），调节 W7 微调电位器，使 频率表的读数与示波器测得的相一致，2.2 起振逆变器，调节控制板上的 W6 微调电位器，使其略高于槽路的谐振频率，W3、W5 微调电位器旋在中间位置。把面板上的 “给定”电位
17、器顺时针稍微旋大，这时它激频率开始扫描，逆 变桥进入工作状态，当起动成功后，控制板上“P.P”指示灯会熄灭。可以把面板上的“给定”电位器旋大、旋小反复操作，这样，它激信号也反复作扫频动 作，若不起振，可调节中频电压互感器的相位，即中频电压互感器 20V绕组的输出线对调一下，此步 骤的调试，亦可使 DIP-2 和 DIP-3 开关处在 OFF 位置，此时加入了重复起动功能，电压环也投入工作。2.3 逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作，把 DIP-1 开关打在 OFF 位置，调节 W5 微调电位器，使中频输出电压与直流电压的比为 1.2 左右（若换相重叠角较大，可适当增大此比例值）；再把 DIP
18、-1 开关打在 ON 位置，调节 W3 微 调电位器，使中频输出电压与直流电压的比为 1.5 左右（或更高），此项调试工作可在较低的中频电压下进行。注意，必须先调 1.2 倍关系，再调 1.5 倍关系，否则顺序反了，会出现互相牵扯的问题。2.4 下一步可以在轻负荷的情况下整定电压外环。主控板上的 DIP 3 开关拨在 OFF 位置，W1 微调电位器均顺时针旋至最大，把面板上的 “给定”电位器顺时针旋至最大，逆时针调节 W1 微调电位器，使输出的中频电压达到额定值。在 这项调试中，可 见到阻抗调节 器起作用的现象，即直流电压不在上升，而中频输出电压却还能继续随“给定”电位器的旋大而上升。- 5
19、-（3） 过压保护控制电路上已经把过压保护电平固定在额定输出电压的 1.2 倍上，当进行额定电压整定时， 过压保护就自动整定好了。若觉得 1.2 倍不合适，可改 变控制板上的 R13 电阻值，增大 R13，过压保护电平增高；反之减小。（4） 过流保护控制电路上已经把过流保护电平固定在额定输出电压的 1.5 倍上，当进行额定电流整定时， 过流保护就自动整定好了。若觉得 1.5 倍不合适，可改 变控制板上的 R43 电阻值，增大 R43，过压保护电平增高；反之减小。（5） 额定电流整定在满负荷下，调节控制板上的 W2 电流反馈微调电位器，使直流电流表达到额定值。三、注意事项（1）调试前准备的工具一
20、台 20M 示波器，若示波器的 电源线是三芯插头，注意 “地 线”千万不能接，示波器外壳 对地需绝缘，仅使用一踪探头，示波器的 X 轴、Y 轴均需较准，探头在测试 信号下 补偿好。若无高压示波器探头，应用电 阻做一个分压器，以适 应 600V 或更高电压的测量。一个500、500W 的电阻性负载 。（2） 整流部分调试中的问题若在整流部分调试中，发现出不来 6 个整流波头， 则应检查 6 只整流晶闸管的序号是否接对，晶闸管的门级线是否接反或短路。在整流部分调试过程中也间接检查了面板上的“给定”电位器是否接反，接反了则会出现直流电压几乎为最大，只有把“ 给定”电位器顺时针旋到头时，直流 电压才会
21、减小的现象。（3）整流额定输出电流中的注意事项上电数秒后，把面板上的“ 给定”电位器顺时针慢慢地旋大，这时逆变桥会出现两种工作状态，一种是逆变桥起振，另一种是逆变桥 直通。此时需要的是逆变桥 直通，若逆 变桥为起振状态，可在停电的状态下，调节中频电压互感器的相位，即把中频电压互感器 20V 绕组的输出线对调一下，就不会起振了，在缓慢旋大面板上“ 给定” 电位器的操作中， 应密切注意电流表的反 应，若电流表的指示迅速增大， 则应迅速把“给定”电位器逆时针旋下来，此 时表明电流取样电路有 问题，系统处于电流开环状态， 应检查电流互感器是否接对，特别是 5A：0.1A 电流互感器的原、付 边是否接反
22、， 0.1A 绕组上的 68 电阻是否接上，正常的表现是随着“给定”电位器的缓慢加大，电流表的指示也跟着增大，当停下旋转“ 给定”电位器时， 电流表的指示能稳定地停在某一刻度上。当出现直通现象时，继续把面板上的 “给定”电位器顺时针旋大，使直流电流表指示到额定电流的 20%左右，用示波器观察主控板上 D15 的正极波形，即电流取样 波形，（示波器探头地线夹在主控板地线上）正常波形应该是 6 个负极性波头的高低一致，若波形相差太大，说明电流互感器的同名端没有接对，必须- 6 -改对，否则会影响电流调节器的正常工作。需要指出的是，当平波电抗器的直流 电阻较小时，在直通状态下作额定电流的整定，会出现
23、直流电流振荡的现象，可在直流回路里串一点 电阻加以解决，另外，水冷装置在作此 项调试时，必须通水冷却，当调试场地的电源供不出装置的额定电流时，额定电流的整定，可放在现场满负荷运行时进行，这与一般的中频电源的电流整定是一样的，但是， 应先在小电流的状况下，判定一下 电流取样回路的工作是正常。（4） 校准频率表若中频电源用的是专用中频频率表， 则可免去此步调试，但还是推荐使用直流毫安表头改制的频率表，这一方面是可以测得最高它激 频率，另一方面是价格便宜，（5）逆变脉冲的简便检查为了判断逆变晶闸管的门极线连接是否正确，首先 检查 逆变末级上的 LED 亮度是否正常，不太亮则说明逆变末级的 E 和 C
24、 接线 端子接反了；再把主控板上 CON3-5 对外的连接线解决掉，看熄灭的 LED逆变末级是否处在逆变桥的对角线位置。（6） 逆变不起振若在中频电压互感器 20V 绕组 的输出线对调后，仍然起动不起来，此时应确认一下槽路的谐振频率是否正确，可以用电容/ 电感表测量一下电热电容器的电容量及感应器的电感量，计算出槽路的谐振频率，当槽路的谐振频率处在最高它激 频度的 0.6-0.9 的范围内时 ，起动应该是很容易的，再着就是检查一下逆变晶闸管是否有损坏现象。（7） 整定逆变引前角的问题逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作，把 DIP-1 打在 OFF 位置，用示波器观察电压互感器100V 绕组的波
25、形，调节主控板上 W5 微调电位器，使逆 变换相引前角在 22 度左右，此时中频输出电压与直流电压的比为 1.2 左右（若换相重叠角较大，可适当增大此比例 值），此步整定的是最小逆 变引前角，一般希望它尽可能的小，当然，过小的逆变换相引前角会使逆变换相失败，表现为中频电压升高时，会出现重复起动。再把 DIP-1 开关打在 ON 位置，调节主控板上 W3 微调电位器，整定最大逆变换相引前角。根据不同的中频输出电压的要求，最大逆 变换相引前角亦不同，如中 频 装置的三相输入电压为 380V，额定中频电压为 750V 时，则要求最大逆变换相引前角在 42 度左右，此 时，中 频输出电压与直流电压的比
26、为 1.5；若中频装置的三相输入电压仍为 380V，而 额定中频输出电压为 1000V，则要求最大逆变换相引前角在56 度左右，此时，中频输出电压与直流电压的比为 2.0。一般希望它尽可能的大些， 这在系统输入电压偏低时，仍可保证中频电压到额 定值，当系统输入电压偏高时 ，由于有 电压调节器的作用，中频输出仍然不会出现过电压。此项调试工作可在较低的中频输出电压下进行，注意，必须先调最小逆变引前角，再调最大逆变引前角，否则顺序反了，会出现互相牵扯的问题。有 时由于电压表不准， 给调试带来错误的结论，所以应以- 7 -示波器测得的引前角为准。（8） 额定输出电压的整定在轻负荷的情况下整定额定输出电
27、压。在 这项调试中，可 见 到阻抗调节器起作用的现象，即直流电压不再上升，而中频输出电压 却还能继续随“ 给定”电位器的旋大而上升。在整定额定输出电压时，应在直流 电流低于额定条件下进 行，否 则会由于电流调节器的作用，使中频输出电压调不上去。（9） 它激频率一定要使它激频率高于槽路可能的最大谐振频率，否 则，系统由于它激频率的“ 拽着”而不能正常运行。它激频率一定要高于槽路可能的最大 谐振频率 1.2 倍是最合适的。在主控板右下角有一 C710 空位是装配调节频率电容的。若本降低 频率，则应装上 C710 电容。此 时，C710 与 C71 是并联关系。若要升高频率应改变 C71，使其减小。（10） 恒功率输出对熔炼负载来说，恒功率输出是很重要的，要想使恒功率区的范围大，就要使逆变引前角从最小变到最大的范围仅可能的大，同 时负载阻抗的匹配也很重要。即使不是熔 炼负荷，这样做也有利于提高整流的功率因数。四、附图（1）原理图（2）接线图
