西安科奥电炉十二脉整流控制板说明:一、技术参数:

　　（一）、主电路:

　　1、 中频输出:单相:

　　2、 功率因数:≥91%；

　　3、 电源效率:≥97%；

　　4、 过流保拟整定值:额定电流的1.4倍；

　　5、 过压保护整定值:额定电压的1.2倍；

　　6、 电压、电流稳定精度:5% 0；

　　7、 最低工作电压重复稳定调整值:直流电压20V。

　　8、 双桥电源两桥不平衡度；＜5%

　　（二）、控制电路:

　　1、 电源:单相17V/2A。

　　2、 中频电压反馈信号:AC  12V/15mA。

　　3、 电流反馈信号:AC  12V/15mA  三相输入。

　　4、 整流触发脉冲移相范围:d=0~1300。

　　5、 整流触发脉冲对称度:≤10。

　　6、 整流触发脉冲信号宽度:≥600uS、双窄脉冲、间隔600。

　　7、 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:≥0.5A/us

　　8、 逆变频率:200HZ-10KHZ。

　　9、 逆变触发脉冲信号宽度:1/（16×逆变频率）。

　　10、 逆变触发脉冲特性:触发脉冲峰值电压:≥22V

　　触发脉冲峰值电流:≥3A

　　触发脉冲前沿陡度:≥2A/us

　　（逆变脉冲变压器是外接的）

　　二、主电路工作原理:

　　（一）、常规电路（单桥式六脉波，输出功率在3000KW以下）

　　木设备的主电路将三相50HZ交流电源经过熔断器送至整流桥，整流成可调的脉动直流，通过平波电抗器滤波后，成为平稳的直流电送到单相逆变桥形成中频电源，送给负载。负载部分采用并联谐振电路，这种电路对负载适应性强，运行稳定可靠。

　　（二）、双桥十二脉波电路（输出功率在3000KW以上）

　　随着中频炉吨位的进一步增大，如10吨中频炉，其功率已达8000KW，并且有继续增大的趋势，如果仍然采用常规的单桥三相整流电路，对电网的干扰会非常严重，特别是产生的高次谐波，会严重影响电网上其它设备的正常工作，甚至造成供电设备的故障。

　　另外，由于可控硅容量、价格和技术难度的限制，也不允许人功率的中频电源采用单桥电路，否则会产生制造成本、使用成本人幅增高，制造对难度加大，可靠性下降等问题。

　　为此，大功率的中频电源我们采用了双桥十二相整流电路。（见主电路图）。

　　两路整流桥的整流变压器的接法分别为Y/△和Y/Y，其相位相差300。由各自的整流桥整流后，分别山逆变桥逆变为中频电源，两路合并后，送到负载谐振回路。

　　十二相整流电路的特点是当两桥电流较为平衡时，其产生的谐波干扰相对六相（单桥三相整流电路）要小的多。

　　由于采用两路整流逆变电路给负载提供电源，每套电路工作时都较为轻松，使得设备的成本和制造难度都得到了改善，同时可靠性也大为提高。

　　（三）、设备除了在控制系统设有完善的保护系统外，还在主电路部分设置了很多保护元件，每个可控硅元个上均有RC吸收电路用以吸收元件换相时产生的过电压:在整流桥的输入侧串入快速熔断器，防止短路和过载时损坏元件。

　　三、控制电路:

　　（一）、简介:

　　1、常规电路（单桥式六脉波，输出功率在3000KW以下）:

　　本装置的控制电路采用了我公司研制的全数字式恒功率可控硅中频电源控制板。主要由电源、调节器、移相控制、保护电路、相序自适应电路、启动演算电路、逆变频率跟踪、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、

　　大规模专用ASIC-2微处理器电路，使控制电路实现了数字化，整流触发器部分不需要任何调整，而且具有可靠性高、脉冲对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点: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，仅需把整流可控硅的极线接入控制板相应的接线端上，整流部分便能正常投入运行。

　　逆变电路采用扫频式零压软启动方式，启动性能优于普通的零压启动电路。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100%。频率跟踪电路采用的是平均值取样方案，提高了逆变的抗干优能力，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，而影响中频电源启动。

　　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，是“快速熔炼”的中频电源（原理参见我厂论文《高整流功率因数的恒功率并联谐振中频电源》--《电力电子技术》杂志1998年第2期43页。）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ASIC-2微处理器内部，亦是数字电路。

　　本装置整个控制电路板仅有7只集成电路、6只晶体管、6只微调电位器、32个引出端子，电路的集成化程度很高，故障率极低。

　　本电路在设计中征求了多方面的意见，采用了有效措施，使得调试极为方便，大多数参数的设定都由电路内部自动设定，需要用户调整的只有6只电位器的参数设定，所以具有极强的通用性和互换性。

　　整个控制电路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。详细电路见控制电路原理图。

　　组成该控制板的核心集成电路为IC6，型号为ASIC-2，它是一块专用大规模数字集成电路，相当于一台微型计算机。它有3路时钟输入口，31路输入/输出口；将运行程序输入并存储在ASIC-2内部的存储器中，形成了整流移相触发、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、控制板欠压保护等功能，另外还有三个0.2秒钟的定时器。

　　2、双桥十二脉波电路（输出功率在3000KW以上）:

　　双桥十二脉波电路控制板基本上是两套单桥控制电路的合成，核心部分是增加了电流平衡电路，当由于负载平平衡或进线电压不同造成两桥电流不平衡时，它可以自动调节两桥的电流，使之趋向一致。

　　（二）、工作原理:

　　1、整流触发电路工作原理

　　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。

　　三相同步信号直接山晶闸管的门极引线K4，K6，K2从主回路的三相进线上取行，由R3，C1，R7，C2，R11，C3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度的方波同步信号（低电平有效），输入到IC6的第5脚～第10脚。

　　在IC6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。

　　IC1D及其周围的电路构成了压控时钟，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IC6的第11脚，作为数字触发的时钟CLOKO。

　　数字触发的特征是用计（时钟脉冲）数的办法来实现移相，六路整流移相触发脉冲均山IC6产生。IC2C、IC2D及其周围电路组成定输出脉宽电路。六路整流移相触发脉冲经IC5晶体管陈列放大后，驱动整流脉冲变压器输出。这里，脉冲变压器采用的是反激工作方式。

　　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（IC3C），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（IC3B组成）用于使逆变桥能在某  0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:一种是在直流电压设有达到最大值的时候，即IC3D没有限幅，而IC3A工作于限幅状态，对应的为最小逆变θ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经达到最大值，即IC3D开始限幅，整流桥的调节不再起作用，而IC3A退出限幅状态开始工作，调节逆变角调节器的θ角给定值，使输出的中频电压增加，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同时工作。

　　微动开关DIP-2用于关闭逆变角调节器，此时电路在最大逆变θ角下工作。

　　中频电压互感器送来的中频电压信号由CON201和CON202输入后，分为两路，一路由ICIA进行电平转换后送到IC6的第30脚，另一路经D7--D10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。

　　从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CON203、CON204、CON205输入，经二极管D11～D16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。

　　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: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，直到起动成功。重复起动的周期约为 0.5秒钟。

　　自动重复起动电路在IC8内部。微动开关DIP-1用于关闭自动重复起动电路。

　　从CON201和CON202输入的中频电压信号，经ICIA转换成方波信号，输入到IC6的第30脚。由IC6的第15脚、第16脚输出的逆变触发信号，经IC7A隔离放大后，驱动逆变触发MOS晶体管Q5、Q6。IC4B和IC4C构成逆变压控时钟，输入到IC6的第33脚CLOK2；同时又由IC7B进行频压转换后用于驱动频率表。W6微调电位器用于设定压控时钟的最高频率（即逆变它激信号的最高频率），W5微调电位器用于校准外接频率表的读数，微动开关DIP-3用于大范围改变逆变它激信号最高频率。

　　另外，当发生过电压保护时，IC6内部的过电压保护振荡器起振，输出2倍于最高逆变频率的触发脉冲，使逆变桥的可控硅均导通，释放加在可控硅两边的过电压，可靠保护可控硅。

　　IC4A为起动失败检测器，其输出控制IC6内部重复起动电路。其输入到IC6第35脚的时钟信号CLOK1，其周期为20mS。

　　4、保护电路:

　　过电流保护信号经Q3倒相后，送到IC6的第20脚，封锁整流触发脉冲；驱动“过流”发光二极管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。

　　当三相交流输入电源出现缺相故障时，本控制板均能实现保护和指示。其原理是:山4#、6#、2#品闸管的阴极（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IC6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，还驱动“缺相”发光二极管以及报警继电器。

　　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，电路中设置了一个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IC2B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，亦会使控制电路出错。这里设置一个欠压检测电路（山IC2A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“欠压”发光二极管和驱动报警继电器。

　　Q2组成中频过电压检测，输入到IC6的第29脚，封锁整流触发脉冲；驱动“过压” LED 指示灯亮和驱动报警继电器;同时使过压保护振荡器起振。过电压保护动作后，也象过流保护一样，只有通过复位信号或通过关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行。

　　IC4D及周围电路组成水压过低延时保护电路，延时时间约3秒。信号输入到IC6的第27脚，封锁整流触发脉冲；驱动“缺水”LED指示灯亮和驱动报报警继电器。当水压正常后，电路会自动恢复正常工作。

　　复位开关信号由CON206、CON207输入，闭合状态为复位/暂停。