恒功率中频电源控制板
使用说明书
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1．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《KSRL.SCH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α移相控制电压VK的控制，VK降低，则振荡频率升高，而计数器的计数量是固定的（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频信号控制，在α=0°时开始计数。现假设在某VK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（1/50000）×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，这相当于三相全控式整流电路的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或CMOS数字集成电路，则可以有很强的抗干扰能力。
IC16A及周围电路构成电压——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LM556，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。
1．2 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，对应的为是最小逆变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的继续增大，逆变θ角亦相应增大，直至最大逆变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，另一路以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P1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（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。
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，主回路得以简化，但随之带来的问题是控制电路较大复杂。
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），ZPMK 3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M O S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。IC18A构成过电压保护振荡器，当逆变桥发生过电压时，振荡器起振，使逆变桥的4只晶闸管均导通。
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流。
当三相交流输入缺相时，本次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IC16进行检测和判别，一旦出现“缺相”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原欠压检测保护。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行“上电复位”后，方可再次运行。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，延时时间为8秒。
复位开关信号由CON2-6、CON2-7输入，闭合状态为复位暂停。
2．调试
2．1 整流部分的调试
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，（调试过程发生短路时， W2电位器可供过流保护）。主控板上的DIP 开关均拨在ON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”电位器逆时针旋至最小，调节整流板上的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V f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”电位器顺时针销微旋大，这时逆变桥便工作。当出现直通现象时，继续把面板上的“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的25%左右。一旦逆变起振后，直流电流就可接近额定电流值，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。
2．2 逆变部分的调试
2．2．1 首先应校准频率表。用示叔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。
2．2．2 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，即把中频电压互感器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。
2．2．3 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-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输出电压下进行。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。
2．2．4 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。
2．3 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，可改变控制板的R13电阻值，增大R13，过压保护电平增高；反之减小。
2．4 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1.5倍上，当进行额定电流的整定时，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，过流保护电平增高；反之减小。
2．5 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。
3．注意事项
3．1 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，应用电阻做一个压器，以适应600V电压的测量。
一个 ≤ 500Ω、≥ 500W的电阻性负载。
3．2 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，直流电压才会减小的现象。
3．3 整定额定输出电流中的注意事项
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，0.1A绕组上的68Ω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，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，（示波器探头的地线夹在主控板的跳线上），正常的电流取样波形，应该是6个负极性波头的高低一致，若波头相差太大，说明电流互感器的同名端没有接对，必须改对，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否正常。
3．4 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。
3．5逆变脉冲的简便检查
为了判断逆变晶闸管的门级线连接是否正确，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接线端子接反了；再把主控板上CON3-5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。
3．6 逆变不起振
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。
3．7 整定逆变引前角中的问题
逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作，把DIP开关均打在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W5微调电位器，使逆变换相引前角在22°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，一般希望它仅可能的小，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，额定中频输出电压为750V时，则要求最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；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时，则要求最大逆变换相引前角在56°左右，此时，中频输出电压与直流电压的比为2.0。一般希望它仅可能的大些，这在系统输入电压偏低时，仍可保证中频输出电压到额定值。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，所以应以示波器测得的引前角为准。
调试中若出现逆变引前角调不小的现象，在排除了槽路谐振频率进低的原因后，应检查逆变晶闸管是否都工作了，当只有三只晶闸管工作时，就会出现逆变引前角过大的现象。
3．8 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电流的条件下进行，否则会由于电流调节器的作用，使中频输出电压调不上去。
3．9 它激频率
一定要使它激频率高于槽路可能的最大揩振频率，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最大谐振频率1.2倍是合适的。
中 频 维 修
1、 主控板故障指示：OP缺相指示
LV欠压指示
WPL水压保护
OV过压指示
OC过流指示
2、 OP指示故障原因：1、外部电压缺相
2、设备内部主开关损坏
3、设备快熔烧坏
4、主控板故障
3、欠压指示故障原因：1、主控板CON3 1 CON3 2 电压不足 正常电压16V-20V
2、主控板故障
4、 WPL指示 （WPL指示后几秒LV指示）故障原因
1、 水压不足
2、 水压继电器故障
5、 OV指示故障原因：1、主回路接触不良
2、中频电压互感器故障
3、主控板故障
6、OC指示故障原因：1、可控硅击穿
2、电热电容击穿
3、负载短路或绝缘等级下降
4、主控板故障
5、负载和主机开路
