中频电炉控制板

 DLJ-6恒功率晶闸管中频电源控制板
 
1、概述
DLJ-6恒功率晶闸管中频电源控制板，是本公司开发使用研制的新型控制触发板。主要由电源、调节器、移相控制电路、保护电路、启动演算电路、逆变频率跟进、逆变脉冲形成、脉冲放大及脉冲变压器组成。其核心部件采用美国生产的高性能、高密度、超大规模专项使用DLJ集成电路，使其电路除调节器外，其余均实现数字化，整流触发器部分不需要任何调整，而且可靠性高、脉冲对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点，又由于有相序自适应电路，无需同步变压器，所以，现场调试中免去了调相序、对同步的工作，仅需把KP晶闸管的门较线接入控制板相应的接线端上，整流部分便能投入运行。
逆变采用扫频式零压软启动方式，启动性能优于普通的零压软启动电路。并设有自动重复启动电路，可防止中频电源偶尔的启动失败，使启动成功率达到高标准。频率跟进电路采用的是平均值取样方案，提高了逆变的抗干扰能力，而且仅需取样中频电压信号，而无需槽路电容器的电流信号，免去了外接中频电流互感器、确定取样电流相位的烦恼。因此，在调试和使用现场中，也不会由于中频输出线或取样电流互感器的相位接反，而产生中频电源不能启动的问题。
逆变电路中还加有逆变角调节电路，可以自动调节负载阻抗的匹配，达到恒功率输出，可以制成“快速熔炼”的中频电源，达到节时、节电、提高网侧功率因数的目的（此功能也可被关掉）。逆变部分的主要电路均在DLJ大规模集成电路的内部，亦是数字电路。
DLJ-6控制板全板仅有8只集成电路、4只晶体管、6只微调电位器、33个引出端子，安装十分方便。适用于各种晶闸管并联谐振中频电源。
2、产品名称
产品名称：DLJ-6恒功率晶闸管中频电源控制板
3、适用装置
适用于400HZ-10KHZ各种晶闸管并联谐振中频电源。
4、正常使用条件
4.1海拔不超过2000米。
4.2环境温度不低于-10℃，不高于+40℃。
4.3空气非常大相对湿度不超过90%（20℃±5℃时）。
4.4运行地点无导电及性尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。
4.5无剧烈振动和冲击。
5、主要技术参数
5.1主电路进线额定电压：100V~660V（50HZ）（注意R8、R9、R10的匹配。）
5.2控制供电电源：单相17V/2A。
5.3中频电压反馈信号：AC 15V/15mA。
5.4电流反馈信号：AC 12V/5mA三相输入。
5.5整流触发脉冲移相范围：α=0~130°。
5.6整流触发脉冲不对称度：小于1°。
5.7整流触发脉冲信号宽度：≥600μS、双窄、间 隔60°。
5.8整流触发脉冲特性：触发脉冲峰值电压：≥12V
                     触发脉冲峰值电流：≥1A
                     触发脉冲前沿陡度：≥0.高等/μS
5.9逆变频率：400HZ-10KHZ。
5.10逆变触发脉冲信号宽度：1/16×逆变频率。
5.11逆变触发脉冲特性：触发脉峰值电压：≥22V
                     触发脉峰值电流：≥1.高等
                     触发脉冲前沿陡度：≥2A/μS
               （逆变的触发脉冲变压器是外接的）
5.12非常大外型尺寸：245×175×40mm。
5.13故障信号输出：
    控制板在检测到故障信号时，输出一组接点信号，该接点容量为AC：高等/220V；DC：10A/28V。
6、电路原理
整个控制电路除逆变末级触发单元外，做成一块印刷电路板结构。功能上包括电源、整流触发、调节器、逆变触发、启动演算等，除调节器为模拟运算电路外，其余均为数字电路。
组成该控制板的核心集成电路为U5，型号为DLJ它是一块专项使用超大规模数字集成电路，有3路时钟输入口，33路输入/输出口，内部功能包括整流移相触发、相序自适应、逆变触发、逆变引前角锁定、逆变重复起动、过流保护、过压保护、缺相保护、水压低保护、水温高保护控制板欠压保护，另外还有二个外部故障输入保护。
6.1整流触发工作原理
这部分电路包括三相同步、相序自适应、压控时钟、数字触发、末级驱动等电路。
三相同步信号直接由晶闸管的门较引线K4、K6、K2从主回路的三相进线上取得，由R8、C5、R9、C6、R10、C7进行滤波，再经6只光电耦合器进行电位隔离，获得6个相位互差60度的矩形波同步信号，输入到U5的54P、56P、58P、60P、61P、63P。
在U5的内部有相序自适应电路，确保了中频电源的三相交流输入可以不分相序。
U3D及其周围电路构成压控时钟，其输出信号的周期随调节器的输出电压VK而线性变化。压控时钟信号输入到U5的3P，作为数字触发的时钟CL0K1。
数字触发的特征是用计数（时钟脉冲）的办法来实现移相，6路整流移相触发脉冲均由U5产生。6路整流移相触发脉冲经U6晶体管陈列放大后，驱动整流脉冲变压器输出。
6.2调节器工作原理
共设有2个调节器：中频电压/电流调节器、逆变角调节器。
其中电压/电流调节器（U3C），是常规的PI调节器，在启动和运行的整个阶段，该环始终参与工作；逆变角调节器（U3B）用于使逆变桥能在某一Э角下稳定的工作。
调节器电路的工作过程可以分为两种情况；一种是直流电压没有达到非常大值的时候，即U3D没有限幅，而U3A工作于限幅状态，对应的为较小逆变Э角，此时系统完全是一个标准的电压/电流闭环系统；另一种情况是直流电压已到非常大值，即U3D开始限幅，整流桥的调节不再起作用，而U3A退出限幅状态开始工作，调节逆变角调节器的Э角给定值，使输出的中频电压增加，达到新的平衡。此时，就有电压/电流调节器与逆变角调节器双环工作。
中频电压互感器过来的中频电压信号由UP1、UP2输入后，分为两路，一路由U2C进行电平转换后送到U5的12P，另一路经D35-D38整流后，又分为两路，一路送到电压/电流调节器，另一路送到过电压保护。
由主回路交流互感器取得的电流信号，先在外部转换成电压信号，从I1、I2、I3输入，经二较管D39~D44整流后，再分为两路，一路作为过流保护信号，另一路作为电压/电流调节器的反馈信号。
6.3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，只需取一路中频电压反馈信号，无需槽路中频电容器上的电流信号，其本质上相当于它激转自激电路，属于平均值反馈电路。由于主回路上无需附加任何起动电路，不需要预充磁或预充电的起动过程，因此，主回路得以简化，调试过程简单。
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晶闸管，当电路检测到主回路开始有直流电流时，便控制它激信号的频率从高向低扫描，同时继续加大主回路的直流电流，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往低扫描动作，转由自动调频电路控制逆变动引前角，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较低频率，重复起动电路一旦检测到它激信号进入到较低频段，便进行一次再起动，把它激信号再推到较高频率，重新扫描一次，直至起动成功。重复起动的周期约为0.5移钟。
    由UP1和UP2输入的中频电压信号，经U2C转换成方波信号，输入到U5的12P。由U5的 64P、67P输出的逆变触发信号，经U7隔离放大后，驱动逆变触发C MOS晶体管Q5、Q6。U4A和U4C构成逆变压控时钟，输入到U5的83P；同时又由U7进行频压转换后用于驱动频率表。FHZ微调电位器用于整定外接频率表的读数。
    另外，当发生过电压保护时，U5内部的过电压保护振荡器起振，输出2倍于较高逆变频率的触发脉冲，使逆变桥的4只晶闸管均导通。
    U4B为起动失败检测器，其输出控制U5内部重复起动电路。
6.4启动演算工作原理
    过电流保护信号经U1B，送到U5的15P，封锁整流触发脉冲；驱动“GL”LED批示灯亮和驱动启动紧急信号继电器。通过＂W2　IF＂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和指示。其原理是：由4#、6#、2#晶闸管的阴较（K）分别取A、B、C三相电压信号（通过门较引线），经过光电耦合器的隔离送到U5进行检测和判别，一旦出现“缺相”故障时，除了封锁整流触发脉冲外，还驱“QX”LED批示灯以及启动紧急信号继电器。
为了使控制电路能够更可靠准确的运行，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，待定时过后，才容许输出触发脉冲。这部分电路由U1C等元件构成。若由于某种原因造成控制板上直流供电电压过低，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U1D等组成），当VCC电压低于12.5V时便封锁整流触发脉冲，防止不正确的触发，同时点亮“QY”LED批示灯和驱动启动紧急信号继电器。
自动重复起动电路在U5内部。微动开关DIP-2用于关闭自动重复起动电路。
U1A组成中频过电压检测，输入到U5的15P，封锁整流触发脉冲；驱动“GY”LED指示灯亮和驱动启动紧急信号继电器；同时使过压保护振荡器起振。调节＂W1　VF＂微调电位器可整定过压电平。
U8A及周围电路组成水压过低延时保护电路，延时时间约3秒。输入到U5的77P，封锁整流触发脉冲；驱动“SY”LED指示灯亮和驱动启动紧急信号继电器。
U8B，周围电路组成水温过高延时保护电路，不延时。输入到U5的76P，封锁整流触发脉冲；驱动“SW”LED指示灯亮和驱动启动紧急信号断电器。
以上保护，只有通过复位信号，或通过关机后再开机进行“上电复位”方可再运行。
复位开关信号由KZ、GND输入，闭合状态为复位/暂停。
8、控制板的接线端子与参数
控制板共有3３个M3接线端子，端子排列图参见图一，各端子功能表见表一。
 
表一
 

 
9、发光二较管工作状态

 
10、电位器

 
11、DIP（S1）开关工作状态
 

13、调试
13.1调试需准备的工具
一台20M示波器，若示波器的电源线是三芯插头时，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，探头需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以上电压的测量。
一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。
13.2 整流部分的调试
为了调试的安全，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，再在整流桥直流口接入一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。电路板上的＂W2　IF＂微调电位器顺时针旋至较高等，（调试过程发生短路时，可以提供过流保护）。主控板上的DIP-2开关拨在OFF位置；用示波器做好测量整流桥输出直流电压波形的准备；把面板上的“给定”电位器逆时针旋至较小。
送上三相供电（可以不分相序），检查是否有缺相启动紧急信号报示，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（A≈0°），6个波头都全在，若中频电源为380V输入，此时的直流电压表应为指示在530V左右。再把面板上的“给定”电位器逆时针旋至较小，直流电压波形几乎全关闭，此时的A角约为120度。输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。
若在调试中，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。
在此过程调试中也检查了面板上的“给定”电位器是否接反，接反了则会出现直流电压几乎为非常大，只有把“给定”电位器顺时针旋到头时，直流电压才会减小的现象。
在停电状态下，把逆变桥接入，使逆变触发脉冲投入，去掉整流桥口的电阻性负载。把电路板上的＂W1　VF＂微调电位器顺时针旋至较高等，（调试过程发生逆变过压时，可以提供过压保护）。主控板上的DIP-2开关拨在ON位置，面板上的“给定”电位器逆时旋至较小。
上电数秒钟后，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加大，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加大，当停止旋转“给定”电位器时，电流表的指示能稳定的停在某一刻度上。
当出现直通现象时，把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，使电流表的指示接近额定值的50%左右。用交流电压表测量I1、I2、I3三个接线端子间的电压，三个电压应该是大致相等的，若相差太大，说明电流互感器的同名端接错，必须改对，否则会影响电流调节器的正常工作。
继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋到头，电流表的指示应接近额定值，逆时针调节主控制板上的＂W２　If＂电流把馈微调电位器，使直流电流表指示到额定输出电流，完成了额定电流的整定。
这样整流桥的调试就基本完成，可以进行逆变桥的调试。
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。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否正常。
13.3逆变部分的调试
13.3.1校准频率表（W6　FHZ）
主控板上的DIP开关的DIP-2拨在ON位置、DIP-3拨在OFF位置，面板上的“给定”电位器逆时针旋至较小。把示波器接在Q5或Q6的管壳上，测逆变触发脉冲的它激频率（它激频率可以通过FMAX和DIP-1来调节），调节：W６　FHZ＂微调电位器，使频率表的读数与示波器测得的相一致。
若中频电源用的是专项使用中频频率表，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较高它激频率，另一方面是价格便宜。
13.3.2起振逆变器
首先检查逆变晶闸管的门级线连接是否正确，逆变末级上的LED亮度是否正常，不亮则说明逆变末级的E和C接线端子接反了；再把主控板上UA对外的连线解掉，看熄灭的LED逆变末级是否处在逆变桥的对角线位置。
把主控板上的DIP开关的DIP-2拨在ON位置、DIP-3拨在OFF位置，把面板上的“给定”电位器逆时针旋到底，调节控制板上的＂W５　FMAX＂微调电位器和DIP-1，使较高它激频率高于槽路谐振频率的1.4倍，＂W3　MAX＂、＂W4　MIN＂微调电位器旋在中间位置。把面板上的“给定”电位器顺时针销微旋大，这时它激频率开始从高往底扫描（从频率表中可以看出）。逆变桥进入工作状态，开始起振。若不起振，表现为它激信号反复作扫频动作，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。
若把中频电压互感器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较高它激频率的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的。
13.3.3整定逆引前角
逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作，把DIP开关DIP-2打在ON位置、DIP-3打在OFF位置，用示波器观察电压互感器100V绕组的波形，调节主控板上＂W4　MIN”微调电位器，使逆变换相引前角在25°左右，此时中频输出电压与直流电压的比为1.3左右。
再把DIP-3开关打在ON位置，调节主控板上＂W3 MAX＂微调电位器，整定非常大逆变换相引前角。根据不同的中频输出电压为750V时，则要求非常大逆变换相引前角在42°左右，此时，中频输出电压与直流电压的比为1.5。
调试中若出现逆变引前角过大的现角，应检查槽路谐振频率是否过低。
13.3.4额定输出电压的整定（W１　VF）
在轻负荷的情况下整定额定输出电压，把主控板上的DIP开关DIP-2打在ON位置、DIP-3拨在OFF位置，VF微调电位器顺时针旋至非常大，把面板上的“给定”电位器顺针旋大，逆变桥工作。继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋至非常大，此时输出的中频电压接近额定值，逆时针调节＂W1　VF＂微调电位器，使输出的中频电压达到额定值。
14、注意事项
14.1晶闸管装置在做绝缘耐压测试时，请取下控制板，否则可能造成控制板较久性损坏。
14.2内部电路及参数的更改，恕不另行通知。
14.3如果在使用中造成控制板以外的零部件损坏，本公司概不负责。
14.4DLJ器件是一种CMOS器件，使用时应注意，器件的两个引脚之间严禁短路，否则将损坏芯片，为保证器件的安全，因此忌用万用表直接测量器件的引脚。
15、其它问题
15.1 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倍不合适，可改变控制板上的R48电阻值，减小R48，过压保护电平增高；反之减小。
15.2 过流保护
控制电路上已经把过流保护电平固定在额定直流电流的1.4倍上，当进行额定电流的整定时，过流保护就自动设定好了。若觉得1.4倍不合适可改变控制板上的R51电阻值，减小R51，过流保护电平增高；反之减小。
15.3 额定电流整定
当13.2步聚中没有进行额定电流整定的话，可在系统运行于重负荷下，逆时针调节控制板上的＂W２　IF＂电流反馈微调电位器，使直流表达到额定值。这与一般的中频电源的电源整定是一样的。
15.4 它激频率
一定要使它激频度高于槽路可能的非常大谐振频率，否则，系统由于它激频率的“拽着”而不能正常运行。它激频率高于槽路可能的非常大谐振频率1.3倍是合适的。
15.5 恒功率输出
对熔炼负载来说，恒功率输出是很重要的，要想使恒楞率的的范围大，就要使逆变引前角从较小变到非常大的范围尽可能的大，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.