无芯感应电炉控制电路的原理及常见故障处理.doc

中频无芯感应电炉控制电路的原理及常见故障处理作者：谢庆军中频电源我单位原来炼钢用的中频电源是由黑龙江矿业学院与铁岭电子设备厂生产制造的，其主电路均是由三项工频电经三项全控桥整流送具有电容补偿型逆变器工作。其方框图如下：附图一系统原理图这里略。其装置整流输出电压与工频输入电压之间的关系Ud=2.34Vcos式中Ud为整流输出电压，V为交流相电压。直流与中频输出之间的电压关系为：VH=Ud/0.9cos式中VH为中频输出电压的防君根值，cos为逆变器功率因数。整流工作原理：以控制角=00即可控硅在自然换向点分析，共阳极的正电压波形画在横坐标的上方，共阴极的整流电压波形画在横坐标的下方。附图二对于共阳极可控硅而言，那一项阳极电位高则那一项的元件导通，对于共阴极可控硅而言那一项的阴极电位低则那一项的可控硅导通，可见全控桥整流电路各项导通情况如下：在段期间（t1t2）内a相电位较高b相电位较低，在t1触发共阳极组a相可控硅scr1，同时触发b相共阴极组的可控硅scr6，于是scr1、scr6导通，这时电流由a相出发经scr1流向负载（这里是逆变器）再由负载经scr6流回电源b相，变压器a、b两相导电，a相电流为正，b相电流为负。经过600进入段（t2t3）期间，a相电位仍然高scr1继续导通，但此时c相电位较低，在经过自然换向点时scr2被触发导通，scr6因scr2导通将c相的地电位引到它的阳极承受反向电压而关断，scr6与scr2换流，这时电流从a相流出经scr1负载scr2流回电源c相，变压器a、c两相得电，a相电流为正，c相电流为负。在经过60进入段（t3t4）期间，这时b相电位较高，经过自然换向点时scr3触发导通，因scr3导通将b相的高电位引到scr1的阳极使它承受反向电压而关断。Scr1与scr3换流，电流由a相换到b相，c相电位仍较低scr2继续导通，这时电流由b相出发经scr3流向负载（这里是逆变器）再由负载经scr2流回电源c相，变压器b、c两相导电，b相电流为正，c相电流为负，以此类推，每段期间只有两只可控硅同时导通，每个可控硅导电120，每隔60可控硅换流。电路中各元件的导电顺序是： Scr1.scr6scr1.scr2scr3.scr2scr3.scr4scr5.scr4scr5.scr6附图三对触发脉冲的要求为保证三相全控桥式整流电路能正常工作，必须正确无误的提供触发脉冲，按时间顺序排列触发脉冲的顺序scr1scr2scr3scr4scr5scr6scr1 相邻两脉冲间隔60。触发脉冲的宽度对于三相全控桥电路，需要共阴组的一只scr与共阳组的一只scr同时导通才能形成导电回路。为保证两只scr同时导通，必须向两组应该导通的一对scr同时送出触发脉冲。例如：在t2时触发scr2可是若使scr2触发就要求scr1也必须同时导通才行，这就要求在触发scr2的同时去触发scr1，然而scr1早在60以前，即t1时就已受到触发导通，由此可见scr1接受触发脉冲的时间应从t1开始延续到t2以后为止。这就是说触发脉冲的宽度应大于60。这种脉宽大于60的触发脉冲（通常为80100）称为宽触发脉冲。事实上scr1需要受到触发仅为t1、t2两个时刻，如果我们施加于其上的不是从t1持续到t2的宽脉冲，而是在t1、t2各触发scr1一次的两个窄脉冲同样可以达到同时触发开scr2、scr1的目的，一种相隔60去触发同一只的两个窄脉冲称为双窄脉冲。每个脉冲宽度通常为。鸡西矿业学院生产的型中频电源的整流触发器是采用上海科学电器研究所生产的触发器。该触发器采用同步集成触发器，做脉冲调制、六路双脉冲形成器组成的。其工作原理如下：同步触发器内部电路如附图四。同步信号经、两端输入，正半周时导通，副半周时、导通，、集电极输出的电压信号经、所组成的“或门”电路控制，只有在同步信号在瞬时值小于导通阀值的短暂期间此两管同时截止，因而导通而的基极与集电极通过、脚与外接电容电阻构成积分电路，在截止期间，充电集电极电压线性上升，而当导通时通过和迅速对“”放电。此时集电极脚输出锯齿波如图： 它与同步信号能保持恒定的相位关系，调节即可改变斜率，这个锯齿波与控制电压在基极即号脚叠加，波形如图，高锯齿波电流大于控制电流时导通，当锯齿波电流小于控制电流时截止，输出波形如图，即脚输出波形受控制，但输出信号还不能直接使用，因其波形宽度受变化而变化，必须对其脉宽进行调制，本电路脉宽的调制是通过外接电容及进行的，改变即改变脉冲宽度，值与脉宽之间的关系为从脚输出/（/-./）（）本控制电路在正弦同步信号的正负两个半周内分别输出两路相位差的脉冲信号，脚是由组成的脉冲列调制脉冲列，目的是为减小末级功率。其工作原理如下：当导通时、截止，当截止而、又分别受控、控制，其分别截止时、分别导通，而、又同时由调制的脉冲列在经、分别放大输出至组成的双脉冲形成器，然后去末级功放至脉冲变压器来触发。本电路电源电压电源消耗，同步电压，移相范围，输出脉宽，幅值脉冲调制是由与外接电容及、组成的多谐振荡电路，其、是三个多谐控制端，当这三个脚中有高电平时脚输出方波，这三个脚的输入与输出是“或”的关系，输出的方波频率受外接电容、控制，在控制系统的双脉冲是由组成的结构。原理如图：因输出两路互差的脉冲信号，而三相全控桥要求每个可控硅导通时间在，所以在的脚分别输入、脉冲信号经只二极管组成的对“或门”电路使每个晶体管除接受本输入的脉冲外在滞后时又接受下一个端子送来的脉冲，因此每一个晶体管发射极在一个周期内可发出间隔的两个脉冲，这六路脉冲分别由的脚输出，而脚是为脉冲封锁用的，当端为高电平时二极管截止导通，六路脉冲信号通过被钳住变为“”所有晶体管均无输出。此装置经笔者两年多时间运行发现故障率很低，易发生故障大多来自外部即功放三极管损坏及损坏，在检修中使用示波器时（要注意：切勿用示波器探头将线路板短路，导致损坏）。注意观察三相锯齿波的斜率是否相同，且同步电压的幅值相同，如果移相范围不满足应重新调整斜率。该系统的保护采用中频过电压及交流过电流保护及断水保护。要求当中频电压过高及交流电流超过整定值及断水（失去冷却条件）时将三相整流桥拉入逆变状态进行系统保护的，电路原理图：过电流信号经电流互感器检测出来后经三相桥式整流经、取样后送，中频过压信号经中频变压器检测后送单相桥式整流后送。、是由运算放大器构成的电压比较器，改变改变W1、W2即可改变电流与电压的保护动作值。H1（H006）为四个二输入端的与非门电路，这里把它接成具有记忆功能的，简化电路如下图所示：由于这个电路的逻辑功能比较简单这里就不再叙述，输出送给定调节控制单元。在维修检查中，因此电路不易损坏，检查时可用短接线串一几十K的电阻联接A1、A2的2脚与正电源即可检查过流、过压保护是否完好。给定调节单元是利用电流反馈及电压反馈与给定电压相比较，比较器采用比例积分调节器使系统能自动调节跟踪给定，属于静态无差调节系统，此系统分两大部分，即由A2、A3及附属元件构成的双环调节系统，第二部分是由A1、H1、H2、B1、J1、J2及附件构成的电子开关部分。这两部分的工作过程中由于电源启动时中频电压很低，电子开关系统工作，使调节器工作的处于比例状态，这时调节的很剧烈，中频电压迅速上升，当中频电压上升到一定值时电子开关打开调节器变为二个比例积分调节系统，这时调节比较平滑且实现无差调节。该系统的电压环为给定电位取出后经T型滤波器R18、C9、R19送运算放大器A2反向输入端，电压反馈信号经Z1整流后经R14、R15分压取出信号后经R16、C8、R17滤波后送A2反向输入端,两个信号在此进行比较，R21为启动时比例电阻，CW4为电压环的正负限幅稳压管，W2、W3为放大器的调零电位器，C10、C13为积分电容，D7、W4为电流环的负限幅，D8、W5为正限幅，167为调节器输出电子开关部分，由H1、C7、R12、R13构成多谐振荡器，A1及附件构成电压比较器，反向输入端为一负的基准电压，正相输入为中频反馈信号，当中频信号低时，比较器输出正值，当中频信号高时，比较器输出负值，用来控制比较器B1是否工作，而B1又控制着有电子开关5G23的工作，H2构成可控的方波源受A1控制，当A1为正值时有方波输出，A1为负值时无方波输出。该调解单元故障较多，一般是电子开关故障。其检查方法当有方波输出时电子开关应闭合，用万用表检查5G23的4、5及11、12脚的阻抗应为几十欧姆，无方波时应为无穷大。如果不是应该考虑更换5G23。调节器调零时，静态将166号对地短接，此时A2、A3输出均为零，如不为零应调节相应的W2、W3使之为零，在116号输入一个正电压信号，测得A2输出为负极限幅，A3为正极限幅，正极限幅应受W5控制，如在116输入一个负电压信号时测A2为正极限幅，A3为负极限幅，负极限幅受W4控制，如不受控制，则应检查W4、W5及D7、D8是否完好，或解除不良。逆变触发原理：本电路属并联式逆变器。见图：本电路工作在近似谐振状态，以求获得较高的COS与，并利用负载的自动过零关断SCR，由于谐振是出现在工作频率附近因此对高次谐波呈低阻抗，使输出电流近似于正弦波，同时电容C还供给负载无功功率使负载电流超前中频电压一个角度。可控硅的工作一般分为两个阶段：一、导通阶段。二、换流阶段。如下图：KP1与KP4同时触发KP1与KP4同时导通，由于Ld的作用整流输出电流Id近似于一恒值在C上建立的极性为左正右负，负载上的电压由于C滤去高次谐波而为正弦形相应的波形示图上的t1-t2段。换流阶段的电流路径如图所示，当t2时刻触发KP2和KP3，由于电容C上的电压极性不能突变，因此在KP1/KP4上出现与原来相反方向的等效电流ik1和ik4下降而ik2与ik3又上升，此过程一直持续着直到ik1和ik4降至零，而ik2与ik3达到I为止，在这段时间里4个SCR都导通称为换流时间用t表示，与负载电流IH的周期TH相比t是极短的t。见下页图。前面提到SCR在其电流下降到零以后尚需一段时间才能恢复其正向阻断能力，因此在换流结束时在t4时刻为保证KP1和KP4安全关断必须使SCR再承受一段时间反压，这反压时间用to表示，在图中to=t5-t4=t，to= t=Kf.tg Kf-大于1的安全系数如果to= Kf.tg不能满足则当UH极性改变时KP1和KP4由于尚未能完全恢复其阻断能力，在UH正向电压下将重新导通，这样四个SCR将同时导通，逆变桥处于短路状态，造成逆变失败，为保证可靠换向，逆变器的触发电路必须在UH过“0”前t的时刻发出脉冲，去触发KP2和KP3，这段时间触发引前时间t。t=t- t 从电路的电压和电流相位来看相当于负载电流ih的基波分量必须导前与h一个时间t由图可得t= t0/2+ t 用电角度表示可写成：=（t0/2+ t）=（t0/2+ kf+tq） 角也就是负载电路的功率因数角，由图上可以看出ih的波形在换流期间极性改变了，其值是ik1与ik2之差。其控制电路原理如下：一、 作用：在电源启动时产生的它激触发信号启动逆变桥，当中频电压建立到一定值后自动转换频率自动跟踪，俺顶反压时间原则产生触发信号，使逆变桥进入正常工作。二、原理：由A4、A5及附件构成一个电压频率变换电路，即由输入电压的高低变换成输出频率的高低，具体是由A4、C9、T1构成一个锯齿波发生器，其斜率受A4输入电压大小的控制，输入电压绝对值越大斜率越陡。A5及附件是一电压比较器，基准电压是由二极管D7的正向导通电压提供，它与A4输出的锯齿波进行比较，关系为A4输入电压高，产生的锯齿波斜率陡，A5输出的方波频率高。H5是一个JK触发器。J=K=1构成一个二分频器，A5每输出二个方波，H5的Q端就改变一次，这样在H5就能得到两个互差180的信号供H4来驱动，T2、T3用来触发KP1、KP4、KP2、KP3的。可见改变A4的输入电压（通过调节W3）即可改变Q、Q的触发频率，A1与H1组成一个检测实际反压时间的电路，H2及C3、R9、C4、W2构成单稳态电路，H2的6脚输出的低电平时间为反压给定时间。波形如图。H3是一个测量给定反压时间与实际反压时间差值的电路，A3及附件构成积分器，输入为反压时间的差值，若实际反压时间大于给定反压时间则A3的输出往正方向增加，若实际反压时间小于给定时间则A3输出往负方向减小，这个信号送A4与A4的W3给定电压比较从而改变了逆变可控硅的触发时间。A2与其附件构成多谐振荡器用以检查反压时间差的功能。6