QXPU-3型12脈波恒功率晶閘管中頻電源控制板

說  明  書

 小芯片十二脈波

1．概述

QXPU-3型12脈波晶閘管中頻電源控制板是一種新型控制觸發(fā)板。主要由電源、調(diào)節(jié)器、移相控制、保護(hù)電路、相序自適應(yīng)電路、啟動(dòng)演算電路、逆變頻率跟蹤、逆變脈沖形成、脈沖放大及脈沖變壓器組成。其核心部件采用的是高性能、高密度、大規(guī)模專用MPU-3集成電路，與我公司開發(fā)的高性能軟件相結(jié)合，從而制成智能化控制芯片---MPU，使該板的控制電電路除調(diào)節(jié)器外，其余均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，整流觸發(fā)器部分不需要任何調(diào)整，而且具有可靠性高、脈沖對稱度高、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，又由于有相序自適應(yīng)電路，無需同步變壓器，所以現(xiàn)場調(diào)試中免去了調(diào)相序、對同步的工作，僅需把兩個(gè)三相中各自6只晶閘管的門陰極線接入控制板相應(yīng)的接線端上，整流部分便能投入運(yùn)行。

b.逆變采用掃頻式零壓軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)性能優(yōu)于普通的零壓軟啟動(dòng)電路，并設(shè)有自動(dòng)重復(fù)啟動(dòng)電路，可防止中頻電源偶爾的啟動(dòng)失敗，使啟動(dòng)成功率達(dá)到100%。頻率跟蹤電路采用的是平均值取樣方案，提高了逆變的抗干擾能力，而且僅需取樣中頻電壓信號(hào)，而無需槽路電容器的電流信號(hào)，免去了外接中頻電流互感器、確定取樣電流相位的煩惱。因此，在調(diào)試和使用現(xiàn)場中，也不會(huì)由于中頻輸出線或取樣電流互感器的相位接反，而產(chǎn)生中頻電源不能啟動(dòng)的問題。

c.逆變電路中還加有逆變角調(diào)節(jié)電路，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗的匹配，達(dá)到恒功率輸出，可以制成“快速熔煉”的中頻電源, 達(dá)到省時(shí)、節(jié)電、提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的目的（此功能也可被關(guān)掉）。逆變部分的主要電路均在MPU大規(guī)模集成電路的內(nèi)部，亦是數(shù)字電路。

d.QXPU-3型12脈波晶閘管中頻電源控制板全板僅有12只集成電路、7只晶體管、7只微調(diào)電位器、47個(gè)引出端子，安裝十分方便。電路的集成化程度很高，故障率極低。適用于各種晶閘管并聯(lián)諧振中頻電源。

e.MPU-3型12脈波晶閘管中頻電源控制板在設(shè)計(jì)中征求了多方面的意見，采用了有效措施，使得調(diào)試極為方便。在大多數(shù)參數(shù)的設(shè)定都由電路內(nèi)部自動(dòng)設(shè)定，需要用戶調(diào)整的只有6只電位器的參數(shù)設(shè)定，所以具有極強(qiáng)的通用性和互換性。

f.QXPU-3型12脈波晶閘管中頻電源控制板基本上是兩套單橋控制電路的合成，核心部分是增加了電流平衡電路，當(dāng)由于負(fù)載不平衡或進(jìn)線電壓不同造成兩橋電流不平衡時(shí)，它可以自動(dòng)調(diào)節(jié)兩橋的電流，使之趨向一致。

g.MPU-3型12脈波恒功率控制板、主回路采用雙橋整流，可以大大減少電源運(yùn)行引起的電網(wǎng)諧波，提高功率因數(shù)和運(yùn)行效率。

2．正常使用條件

　　2.1 海拔不超過2000米。

　　2.2 環(huán)境溫度不低于-10℃，不高于+40℃。

　　2.3 空氣最大相對濕度不超過90%(20℃±5℃時(shí))

　　2.4 運(yùn)行地點(diǎn)無導(dǎo)電及爆炸性塵埃，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽。

　　2.5 無劇烈振動(dòng)和沖擊。

3．主要技術(shù)參數(shù)

　　3.1 主電路進(jìn)線額定電壓：100V~660V(50Hz)(注意R3、R7、R11的匹配)；

　　3.2 控制供電電源：單相17V/2A；

　　3.3 中頻電壓反饋信號(hào)：AC 12V/15mA；

　　3.4 電流反饋信號(hào)：AC 12V/5mA三相輸入；

　　3.5 整流觸發(fā)脈沖移相范圍：α=0~130o；

　　3.6 整流觸發(fā)脈沖對稱度：小于1o；

　　3.7 整流觸發(fā)脈沖信號(hào)寬度：≥600μs、雙窄、間隔60o；

　　3.8 整流觸發(fā)脈沖特性：觸發(fā)脈沖峰值電壓：≥12V；

　　觸發(fā)脈沖峰值電流：≥1A；

　　觸發(fā)脈沖前沿陡度：≥0.5A/μs；

　　3.9 逆變頻率：400Hz~8kHz；

　　3.10 逆變觸發(fā)脈沖信號(hào)寬度：1÷(16×逆變頻率)；

　　3.11 逆變觸發(fā)脈沖特性：觸發(fā)脈沖峰值電壓：≥22V；觸發(fā)脈沖峰值電流：≥3A；

觸發(fā)脈沖前沿陡度：≥2A/μs；(逆變用觸發(fā)脈沖變壓器是外接的)；

　　3.12 故障信號(hào)輸出：控制板在檢測到故障信號(hào)時(shí)，輸出一組接點(diǎn)信號(hào)，該接點(diǎn)容量為AC：5A/220V；DC：10A/28V。

4．控制板的接線端子與參數(shù)

控制板共有47個(gè)M3接線端子，各端子功能表見表1。

5、發(fā)光二極管工作狀態(tài)

6．電位器

　　6.1 W1(1If) 1號(hào)整流橋最大輸出電流設(shè)定電位器(截流)及兩橋電流平衡微調(diào)電位器，當(dāng)有電流反饋時(shí)可設(shè)定最大輸出電流，順時(shí)針方向?yàn)樽钚�，最大調(diào)節(jié)范圍約2倍。過電流無需調(diào)節(jié)，當(dāng)截流值調(diào)整好后，過電流自動(dòng)成為1.4倍的截流值。當(dāng)兩橋電流不平衡時(shí)，微調(diào)W1和W7，可以使兩路電流趨向一致。

　　6.2 W2(Vf) 最大中頻輸出電壓設(shè)定電位器(截壓)，當(dāng)有電壓反饋時(shí)可設(shè)定最大中頻輸出電壓，順時(shí)針方向?yàn)樽钚�，最大調(diào)節(jié)范圍約2倍。過電壓無需調(diào)節(jié)，當(dāng)截壓值調(diào)整好后，過電壓自動(dòng)成為1.2倍的截壓值。

　　6.3 W3(θmax) 最大逆變引前角設(shè)定電位器，順時(shí)針方向?yàn)樵龃螅�最大調(diào)節(jié)范圍約為40o～60o。

　　6.4 W4(θmin) 最小逆變引前角設(shè)定電位器，順時(shí)針方向?yàn)樵龃螅�最大調(diào)節(jié)范圍約為20o～40o。

　　6.5 W5(F) 外接頻率表設(shè)定電位器，順時(shí)針方向?yàn)樽x數(shù)增大，最大調(diào)節(jié)范圍約3倍。

　　6.6 W6(Fmax) 最大它激逆變頻率設(shè)定電位器，順時(shí)針方向?yàn)樵龃�，最大調(diào)節(jié)范圍約2倍。

　　6.7 W7(2If) 2號(hào)整流橋最大輸出電流設(shè)定電位器(截流)及兩橋電流平衡微調(diào)電位器。當(dāng)兩橋電流不平衡時(shí)，微調(diào)W1和W7，可以使兩路電流趨向一致。

7．安裝與連接

　　MPU-3型12脈波晶閘管中頻電源控制板的外形尺寸長×寬×高=295mm×246mm×30mm，安裝孔距為285mm×236mm，安裝孔為4- 5mm 。G1～G12、K1~K12觸發(fā)脈沖連接導(dǎo)線用0.7mm2RV導(dǎo)線連接，建議用不同顏色的導(dǎo)線表示極性。其余連接導(dǎo)線用0.5mm2RV導(dǎo)線連接。

　　如果所裝的中頻電源不需要復(fù)位功能、報(bào)警功能、內(nèi)接頻率表的話，端子CON2-1、CON2-6、CON3-8、CON3-9便可不用。

8．調(diào)試

　　8.1 調(diào)試需準(zhǔn)備的工具

　　一臺(tái)20MHz示波器，若示波器的電源線是三芯插頭時(shí)，注意“地線”千萬不能接，示波器外殼對地需絕緣，僅使用一蹤探頭，示波器的X軸、Y軸均需較準(zhǔn)，探頭需在測試信號(hào)下補(bǔ)償好。

　　若無高壓示波器探頭，應(yīng)用電阻做一個(gè)分壓器，以適應(yīng)600V以上電壓的測量。

　　一個(gè)≤500Ω、≥500W的電阻性負(fù)載。

8.2 整流部分的調(diào)試(W1)

　　為了調(diào)試的安全，調(diào)試前應(yīng)該使逆變橋不工作。例如：把平波電抗器的一端斷開，再在整流橋直流口接入一個(gè)≤500Ω、≥500W的電阻性負(fù)載。電路板上的If微調(diào)電位器W1順時(shí)針旋至最高端(調(diào)試過程發(fā)生短路時(shí)，可以提供過流保護(hù))。主控板上的DIP-1開關(guān)撥在ON位置。用示波器做好測量整流橋輸出直流電壓波形的準(zhǔn)備。把面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋至最小。

　　送上三相供電(可以不分相序)，檢查是否有缺相報(bào)警指示，若有，可以檢查進(jìn)線快熔斷器是否損壞。

　　把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋大，直流電壓波形應(yīng)該幾乎全放開(α≈0o)，6個(gè)波頭都全在。若中頻電源為380V輸入，此時(shí)的直流電壓表應(yīng)指示在530V左右(若中頻電源為660V輸入，此時(shí)的直流電壓表應(yīng)指示在900V左右)。再把面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋至最小，直流電壓波形幾乎全關(guān)閉，此時(shí)的α角約為120°。輸出直流波形在整個(gè)移相范圍內(nèi)應(yīng)該是連續(xù)平滑的。

　　若在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)出不來6個(gè)整流波頭，則應(yīng)檢查6只整流晶閘管的序號(hào)是否接對，晶閘管的門極線是否接反或短路。

　　在此過程調(diào)試中也應(yīng)檢查面板上的“給定”電位器是否接反，接反了則會(huì)出現(xiàn)直流電壓幾乎為最大，只有把“給定”電位器順時(shí)針旋到頭時(shí)，直流電壓才會(huì)有減小的現(xiàn)象。

　　在停電狀態(tài)下把逆變橋接入，使逆變觸發(fā)脈沖投入，去掉整流橋口的電阻性負(fù)載。把電路板上的Vf微調(diào)電位器W2順時(shí)針旋至最高端(調(diào)試過程發(fā)生逆變過壓時(shí)，可以提供過壓保護(hù))。主控板上的DIP-1開關(guān)撥在ON位置，面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋至最小。

　　上電數(shù)秒種后，把面板上的“給定”電位器順時(shí)針慢慢地旋大，這時(shí)逆變橋會(huì)出現(xiàn)兩種工作狀態(tài)：一種是逆變橋起振，另一種是逆變橋直通。此時(shí)需要的是逆變橋直通，若逆變橋?yàn)槠鹫駹顟B(tài)，可在停電的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)中頻電壓互感器的相位，即把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線對調(diào)一下，就不會(huì)起振了。在緩慢旋大面板上“給定”電位器的操作中，應(yīng)密切注意電流表的反應(yīng)，若電流表的指示迅速增大，則應(yīng)迅速把“給定”電位器逆時(shí)針旋下來，此時(shí)表明電流取樣電路有問題，系統(tǒng)處于電流開環(huán)狀態(tài)，應(yīng)檢查電流互感器是否接對，特別是5A:0.1A電流互感器的原、副邊是否接反，0.1A繞組上的68Ω電阻是否接上。正常的表現(xiàn)是隨著“給定”電位器的緩慢加大，電流表的指示也跟著增大，當(dāng)停止旋轉(zhuǎn)“給定”電位器時(shí)，電流表的指示能穩(wěn)定的停在某一刻度上。

　　當(dāng)出現(xiàn)直通現(xiàn)象時(shí)，把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋大，使電流表的指示接近額定值的50%左右。用交流電壓表測量CON2-3、CON2-4、CON2-5三個(gè)接線端子間的電壓，三個(gè)電壓應(yīng)該是大致相等的，若相差太大，說明電流互感器的同名端接錯(cuò)，必須改正，否則會(huì)影響電流調(diào)節(jié)器的正常工作。

　　繼續(xù)把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋到頭，電流表的指示應(yīng)接近額定值，逆時(shí)針調(diào)節(jié)主控制板上的W1電流反饋微調(diào)電位器，使直流電流表指示到額定輸出電流，完成了額定電流的整定。

　　這樣整流橋的調(diào)試就基本完成，可以進(jìn)行逆變橋的調(diào)試。

　　需要指出的是，當(dāng)平波電抗器的直流電阻較小時(shí)，在直通狀態(tài)下作額定電流的整定，會(huì)出現(xiàn)直流電流振蕩的現(xiàn)象，可在直流回路里串一點(diǎn)電阻加以解決。另外，水冷裝置在作此項(xiàng)調(diào)試時(shí)，必須通水冷卻。

　　當(dāng)調(diào)試場地的電源供不出裝置的額定電流時(shí)，額定電流的整定，可放在現(xiàn)場滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，但是，應(yīng)先在小電流的狀況下，判定一下電流取樣回路的工作是否正常。

8.3 逆變部分的調(diào)試

8.3.1 校準(zhǔn)頻率表(W5)

　　主控制板上的DIP開關(guān)均撥在OFF位置，面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋至最小。把示波器接在Q5或Q6的管殼上，測逆變觸發(fā)脈沖的它激頻率(它激頻率可以通過W6來調(diào)節(jié))，調(diào)節(jié)W5微調(diào)電位器，使頻率表的讀數(shù)與示波器測得的相一致。

　　若中頻電源用的是專用中頻頻率表，則可免去此步調(diào)試。但還是推薦使用直流毫安表頭改制的頻率表，這一方面是可以測得最高它激頻率，另一方面是價(jià)格便宜。

8.3.2 起振逆變器(W6)

　　首先檢查逆變晶閘管的門級線連接是否正確，逆變末級上的LED亮度是否正常，不亮則說明逆變末級的E和C接線端子接反了。再把主控制板上CON3-5對外的連線斷開，看熄滅的LED逆變級是否處在逆變橋的對角線位置。

　　把主控板上的DIP開關(guān)均撥在OFF位置，把面板上的“給定”電位器逆時(shí)針旋到底，調(diào)節(jié)控制板上的W6微調(diào)電位器，使最高它激頻率高于槽路諧振頻率的1.2倍，W3、W4微調(diào)電位器旋在中間位置。把面板上的“給定”電位器順時(shí)針稍微旋大，這時(shí)它激頻率開始從高往底掃描(從頻率表中可以看出)，逆變橋進(jìn)入工作狀態(tài)，開始起振。若不起振，表現(xiàn)為它激信號(hào)反復(fù)作掃頻動(dòng)作，可調(diào)節(jié)中頻電壓互感器的相位，即把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線對調(diào)一下。

　　若把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線對調(diào)后，仍然起動(dòng)不起來，此時(shí)應(yīng)確認(rèn)一下槽路的諧振頻率是否正確�？梢杂秒娙�/電感表測量一下電熱電容器的電容量及感應(yīng)器的電感量，計(jì)算出槽路的諧振頻率，當(dāng)槽路的諧振頻率處在最高它激頻率的0.6~0.9倍的范圍內(nèi)時(shí)，起動(dòng)應(yīng)該是很容易的。再就是檢查一下逆變晶閘管是否有損壞的。

8.3.3 整定逆變引前角(W3、W4)

　　逆變起振后，可做整定逆變引前角的工作，把DIP開關(guān)均打在OFF位置，用示波器觀察電壓互感器100V繞組的波形，調(diào)節(jié)主控板上W4微調(diào)電位器，使逆變換相引前角在22o左右，此時(shí)中頻輸出電壓與直流電壓的比為1.2左右(若換相重疊角較大，可適當(dāng)增大逆變換相引前角)，此步整定的是最小逆變引前角，一般希望它盡可能的小，當(dāng)然過小的逆變換相引前角會(huì)使逆變換相失敗，表現(xiàn)為中頻電壓升高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)重復(fù)起動(dòng)。

　　再把DIP-2開關(guān)打在ON位置，調(diào)節(jié)主控板上W3微調(diào)電位器，整定最大逆變換相引前角。根據(jù)不同的中頻輸出電壓的要求，最大逆變換相引前角亦不同，如中頻裝置的三相輸入電壓為380V，額定中頻輸出電壓為750V時(shí)，則要求最大逆變換相引前角在42°左右，此時(shí)中頻輸出電壓與直流電壓的比為1.5。一般希望它盡可能的大些，這在系統(tǒng)輸入電壓偏低時(shí)，仍可保證中頻輸出電壓到額定值。當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓偏高時(shí)，由于有電壓調(diào)節(jié)器的作用，中頻輸出仍然不會(huì)出現(xiàn)過電壓。

　　此項(xiàng)調(diào)試工作應(yīng)在50%額定中頻輸出電壓下進(jìn)行。注意，必須先調(diào)1.2倍關(guān)系，再調(diào)1.5倍關(guān)系，否則順序反了，會(huì)出現(xiàn)互相牽扯的問題。有時(shí)由于電壓表不準(zhǔn)，給調(diào)試帶來錯(cuò)誤的結(jié)論，所以應(yīng)以示波器測得的引前角為準(zhǔn)。

　　調(diào)試中若出現(xiàn)逆變引前角過大的現(xiàn)象，應(yīng)檢查槽路諧振頻率是否過低。

8.3.4 額定輸出電壓的整定(W2)

　　在輕負(fù)荷的情況下整定額定輸出電壓，把主控板上的DIP開關(guān)均撥在OFF位置，W2微調(diào)電位器順時(shí)針旋至最大，把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋大，逆變橋工作。繼續(xù)把面板上的“給定”電位器順時(shí)針旋至最大，此時(shí)輸出的中頻電壓接近額定值，逆時(shí)針調(diào)節(jié)W2微調(diào)電位器，使輸出的中頻電壓達(dá)到額定值。

　　在這項(xiàng)調(diào)試中，可見到這樣的現(xiàn)象：即直流電壓升到最大值后，中頻輸出電壓卻還能繼續(xù)隨“給定”電位器的旋大而上升。

　　在整定額定輸出電壓時(shí)，應(yīng)在直流電流低于額定電流的條件下進(jìn)行，否則會(huì)由于電流限幅的作用，使中頻輸出電壓調(diào)不上去。

　　至此，6只微調(diào)電位器全部調(diào)完，調(diào)試告結(jié)束。

9．注意事項(xiàng)

9.1 晶閘管裝置在做絕緣耐壓測試時(shí)，請取下控制板，否則可能造成控制板永久性損壞。

9.2 內(nèi)部電路及參數(shù)的更改，恕不另行通知。

9.3 如果在使用中造成控制板以外的零部件損壞概不負(fù)責(zé)。

9.4 MPU器件是一種CMOS器件，使用時(shí)應(yīng)注意。器件的兩個(gè)引腳之間嚴(yán)禁短路，否則將損壞芯片，為保證器件的安全，因此忌用萬用表直接測量器件的引腳。

9.5 當(dāng)控制板接入主回路后，部分區(qū)域便帶有高壓電，敬請注意，以免觸電。