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    第五節 中頻電源的調功、控制、保護及起動

    一、調功

    中頻電源的功率就是逆變器的輸入功率,它可以用下式表示:

      Pout=UL2/Roe………………………………………………(3)

    式中,UL——負載中頻電壓;
    Roe——負載回路的交流等效阻抗。
    對采用并聯逆變的中頻電源,其中頻電壓UL可用(2)式表示,它對直流電壓成正比關系。由此可見,調節整流橋輸出電壓的大小,就可調節中頻電源的輸出功率,而整流輸出電壓是通過控制整流觸發移相角來實現的。
    在第四節中曾指出,整流觸發脈沖的延時是通過數字計數器計數實現的。由于計數器的計數設定值是一定的,因此改變計數脈沖的周期就可改變觸發脈沖的延遲時間。
    電壓控制電路中的CD4046集成芯片就是用來構成壓控振蕩器的,調功旋鈕輸出的電壓信號送到壓控振蕩器的壓控輸入端,就可改變振蕩頻率,從而改變整流觸發移相角。

    二、控制
    對并聯逆變中頻電源而言,設計的控制電路有電流負反饋控制電路、限流調節電路和限壓調節電路。

    電流負反饋信號隨交流電網輸入電流的增加而線性增加,該信號輸入到壓控振蕩器的壓控端,逐漸降低壓控振蕩器的振蕩頻率,起到電流負反饋的作用,調節電位器P303可調節負反饋的強弱。

     

      限流調節電路和限壓調節電路實際上是兩個P I調節器,它們分別由U203:C和U303:C構成,監視電源的電網輸入電流和中頻輸出電壓,如發現超出設定值(分別由電位器P302和P202設定),就輸出一定的電壓去降低壓控振蕩器的頻率,也即增大整流相控觸發角,降低整流輸出電壓,從而限制了電流和電壓的繼續增加,起到自動控制作用。
    本裝置的控制電路具有限壓限流特性陡峭、穩定、沒有低頻振蕩或蕩幅極小的優點。

      需要說明的是,所有的控制信號及手動調功信號通過加法器U203:A合成為一個電壓信號來控制壓控振蕩器的振蕩頻率的。

      三、保護

      中頻電源的保護功能是針對電源的各種異常和故障而設計的。主要有過電流保護電路和過電壓保護電路。
    在第四節曾經指出,整流觸發移相角a>90° 的狀態稱為整流橋的逆變工作狀態,其實質是負載向電網反饋能量,利用這一特點,可實現電源的自我快速保護。例如,當電源出現負載短路或逆變橋直通時,直流電流和電網輸入電流將迅速增加,保護電路監測到有這信號后,立即將整流移相角增大至大于90°(一般150°左右),則電流開始下降,濾波電感中儲存的能量全部反饋回電網,從而起到保護作用。
    過電流保護電路監視三相進線電網電流。當電流超過整定值時,由U301:A構成的比較器輸出負脈沖,將觸發器U301:B的輸出置位為高電平“1”,該信號使壓控振蕩器停振(此時整流觸發移相角增至150°),即整流橋進入逆變工作狀態,同時點亮過流指示燈以報警。
    過電壓保護電路用于保護逆變晶閘管免受中頻電壓(即并聯補償電容的電壓過高)的損壞,其工作原理與電流保護電路是一樣的,但過電壓信號除使壓控振蕩器停振和點亮過電壓指示燈外,還短時間開啟一個高頻振蕩器(振蕩頻率大于10kHz),高頻振蕩器的工作時間大約為100mS,高頻脈沖同時加到四只逆變管的門極,致使逆變橋直通,即逆變晶閘管不承受電壓,補償電容的能量在負載中迅速消耗,而儲能電感中的能量反饋回電網,并自動停機。

       本裝置的保護電路具有保護速度快(尤其是過電壓保護電路)、可靠性高的優點。

      四、起動
    在逆變器及其觸發電路一節中已談及,為使逆變器正常工作,逆變觸發頻率應略高于負載諧波頻率。因負載參數隨工件的多少及工件的溫度等因素而變化。故逆變器觸發信號應來自負載本身。但是逆變器未工作時是無信號可取的,這就產生了逆變器起動的問題。本裝置采用獨有的直接起動法(或稱為零電壓起動):
    1、在電流取樣電路中串聯了正反向相并二極管,由于二極管的非線性伏安特性,在起動之初,電流信號較強,起動的角度較大,因而逆變管的關斷時間較長,彌補了起動時關斷反壓低、起動能力弱的不足。正常工作時,二極管的等效阻抗低,j角又減小至正常工作要求值。
    2、在起動電路中,逆變觸發器脈沖形成電路采用了高靈敏度的電壓比較器LM311,從而提高了啟動電路的靈敏度。
    3、為使晶閘管中頻電源在a角的控制電壓Ua的上升過程中直接自行起動,本裝置設計了自起動電路。比較器的U304:B監視直流電流,比較器的U304:A監視中頻電壓。當直流電流信號已經建立,而中頻信號仍然沒有,則直流信號使Ua降至0,即自動停機。待逆變橋恢復阻斷后,再重新上升,如中頻信號在直流信號之前建立,則標明逆變電路已經起振,起動成功,此時直流信號不再起作用,Ua繼續上升至給定值。

      本裝置的起動電路具有簡單、快速、安全的優點。
    (1) (2) (3) (4)        
     
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