中频炉控制电路原理.doc

控制电路原理
整个控制电路除逆变末级触发电路板外，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《控制电路原理图》。
1. 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、调试容易等特点。数字触发器的特征是用计（时钟脉冲）
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，而计数器的计数值是固
定的（256），计数器脉冲频率高，意味着计一定脉冲数所需时间短，也即延时时间短，
α角小，反之α角大。计数器开始计数时刻同样受同步信号控制，在α=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
25KHZ，则在计数到256 个脉冲所需的时间为（1/25000）×256=10.2（ms）相当于约180
°电角度，该触发器的计数清零脉冲在同步电压〔线电压〕的30°处， 这相当于三相
全控桥式整流电路β=30°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α=150°位置，如果需要得到准确的α=150°
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 和CMOS 数字集成电路，可以有很强
的抗干扰能力。
IC16A 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Uk 而线性变化。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值调
节)。
三相同步信号直接由晶闸管的门极引线K4、K6、K2 从主回路的三相进线上取得，
由R23、C1、R63、C40、R102、C63 进行滤波、移相，经6 只光电耦合器进行电位隔离，
获得6 个相位互差60°、占空比略小于50%的矩形同步信号。
IC3、IC8、IC12(4536 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Uk 控制的, 换句话说Uk 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，亦有定输出脉冲宽度的功能。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。具体时序图见附图。
1.2 调节器工作原理
调节器部分共有四个调节器：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压、电流双闭环系统。在启动和运行
的整个阶段，电流调节器始终参与工作，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 的输入完全是并联关系，区别仅在于阻抗调节器的负
反馈系数较电流调节器略大，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θ角，此时可以认为阻抗调节器不起作用，系统完全
西是一个标准的电压、电流双闭环系统。另一种情况是直流电压巳经达到最大值，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，当反馈电流信号比给定电流略小时，阻抗调节器便退出限幅开始工作，调节逆
变角调节器的θ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 继续增大，逆变
θ角亦相应增大，直到最大逆变θ角。
逆变角调节器用于使逆变桥能在某一θ角下稳定地工作。
中频变压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；另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，经二极管三相整流桥整流后分为三路：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 隔离后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。
1.3 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
变电路采用的是自励工作方式，控制信号也是取自负载端，但是主回路上无需附加的起
动电路，不需要预充磁或预充电的起动过程，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。
起动过程大致是这样的：在逆变电路起动前，先由一个高于槽路谐振频率的它激
信号去触发逆变晶闸管，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
调频电路控制逆变引前角，使设备进入稳态运行。
若一次起动不成功，即自动调频电路没有抓住中频电压反馈信号，此时它激信号
便会一直扫描到最低频率。重复起动电路一旦检测到它激信号进入到最低频段，便进行
一次再起动，把它激信号再推到最高频率，重新扫描一次，直至起动成功。重复起动的
周期约为0.5 秒，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CON2-2 输入的中频电压信号，经变压器隔离送到ZPMK（中频起动模
块），ZPMK3 脚、4 脚输出的信号经微分后由IC18B 和IC20B 变成窄脉冲输出，驱动逆变
末级MOS 管。IC20A 构成频率--电压转换器，用于驱动频率表。W7 用于校准频率表的读
数。IC18A 构成过电压保护振荡器，当逆变桥发生过电压时，振荡器开始起振，使逆变
桥的四只晶闸管均导通，以利于释放电抗器能量。
IC19D 为起动失败检测器，其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的输出限幅电平，即主回路的直流电流。
W6 为逆变它激信号的最高频率设定电位器。
1.4 启动演并工作原理
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），同时驱动“过流”指示灯亮和报警继电器。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，方可再次起动。通过W2 微调电
位器可整定过流电平。
当三相交流输入缺相时，本控制板均能对电源实现保护及指示。其原理是由K4、
K6、K2 晶闸管的阴极分别取A、B、C 三相电压信号，经光电耦合器隔离后送到IC14 及
IC16B 进行检测和判别，一旦出现缺相现象，除了封锁触发脉冲外，还驱动“缺相”指
示灯以及报警继电器。
为了使控制电路能够更可靠地运行，控制电路上还设置了启起定时器和控制电源
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上直流供电电正过低，也会使控制出错。设置一个欠压检测电路（由
DW4、IC9B 等组成），当VCC 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IC9A 组成。DIP-2 开关用于关闭自动重复起动电路。
IC5B 组成电压截止触发器，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。另通过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行上电复位，方可
再次起动。调节W1 微调电位器可整定过压电平。
Q7 及周围电路组成水压过低延时保护电路，延时时间约8 秒。