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QDPU-2(大芯片6脉波)

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QDPU-2型恒功?#31034;?#38392;管中频电源控制板

使用说明书

大芯片六脉波

1、概述

QDPU-2恒功?#31034;?#38392;管中频电源控制板,是QMPU-2基础上开发的新型控制触发板。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。其核心部件采用了高性能、高密度、超大规模专用MPU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?#35828;?#30456;序、对同步的工作,仅需把KP晶闸管的门极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100%。频率跟踪电路采用的是平均?#31561;?#26679;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?#34924;鍘?#22240;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?#33014;?#21151;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?#27169;?#27492;功能也可被送掉)。逆变部分的主要电路均在MPU大规模集成电路的内部,亦是数字电路。

MPU-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:MPU-6恒功?#31034;?#38392;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空气最大相对湿度不超过90%(20℃±5℃?#20445;?/span>

4.4运行地点无导电及爆炸性尘埃,无腐蚀金属?#25512;?#22351;绝缘的气体或蒸汽。

4.5无剧?#33402;?#21160;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?#25226;?#38497;度:≥0.5A/μS

5.9逆变频率:4000HZ~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:≥1.5A

触发脉冲?#25226;?#38497;度:≥2A/μS

(逆变的触发脉冲变压器是外接?#27169;?/span>

5.12最大外型尺寸:245×175×40mm。

5.13?#25910;?#20449;号输出:

控制板在检测到?#25910;?#20449;号?#20445;?#36755;出一组接点信号,该接点容量为AC:5A/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MPU它是一块专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?#25910;?#36755;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?#21360;?#25968;字触发、末级驱动等电路。

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R8、C5、R9、C6、R10、C7进行滤波,再经6?#36824;?#30005;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?#21592;?#21270;。压控时?#26377;?#21495;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?#35789;?#29616;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з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最大值的时候,即U3D没有限幅,而U3A工作于限幅状态,对应的为最小逆变з角,此时系统完全是一个标准的电压/电流闭环系?#24120;?#21478;一种情况是直流电压已到最大值,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з角给定值,使输出的中频电压增加,达到新的?#33014;狻?#27492;?#20445;?#23601;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,经二极管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,采用的是归频式零压软起动,只需取一路中频电压反馈信号,无需槽路中频电容器?#31995;?#30005;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?#29575;?#36825;样?#27169;?#22312;逆变电路起动?#22467;?#20808;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?#20445;?#20415;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?#20445;?#20013;频电压便建立起来,并反馈到自动调频电路。自动调频电路?#22351;?#25237;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?#20445;?#23427;激信号便会一直扫描到最?#25512;?#29575;,重复起动电路?#22351;?#26816;测到它激信号进入到最?#25512;?#27573;,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?#21360;?/span>

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CMOS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?#20445;琔5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批示灯亮和驱动报警继电器。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?#20445;?#26412;控制板均能对电?#35789;?#29616;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U5进行检测和判别,?#22351;?#20986;现“缺相”?#25910;鮮保?#38500;了封锁整流触发脉冲外,还驱动“QX”LED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源欠压检测保护。在开机的瞬间,控制电路的工作是不稳定?#27169;?#35774;置一个3秒钟左?#19994;?#23450;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指示灯和驱动报警继电器。

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指示灯亮和驱动报警继电器;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指示灯亮和驱动报警继电器。

U8B,周围电路组成水温过延时保护电路,不延?#20445;?#36755;入到U5的76P,封锁整流触发脉冲;驱动“SW”LED指示灯亮和驱动报警断电器。

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。

7、控制板的接线端子与参数

控制板共有33个M3接线端子,端?#20248;?#21015;图参见图一,各端子功能表见表一。

表一:

功  能

端子号

参      数

?#25910;?/span>

输出

K-2

K-1

常开接点AC 5A/220V,DC 10A/28V

常开接点的定触头,接电源N线

电压反馈

信号

UP1

UP2

VF

中频电压15V

电流

反馈

信号

I1

I2

I3

IF

AC,三相12V

控制

信号

KZ

GND

KZ悬空为运行状态,接地为停止运行和?#25910;?#22797;位平

GND控制信号接地端(与给定共用)

给定

GND

ADJ

+15V

GND给定接地端

ADJ给定:DC,0~+15V

VCC  DC,+15V,最大输出20Ma

电源

-17V

-17V

AC  17V/2A

AC  17V/2A

逆变

脉冲

输出

UE

UA

UB

+22V  逆变输出公共端  E端

OUT  逆变输出端,最大输出15V

OUT  逆变输出端,最大输出15V

外故

障输

SY

SW

GND

接地为?#25910;?#29366;态,“SY”LED灯亮,带3秒延时。

接地为?#25910;?#29366;态,“SW”LED灯亮,带3秒延时。

外?#25910;?#20844;共端(接地端)

频率

HZ+

HZ

频率表正端(+15V、5mA   输出)

频率表负端

整流脉冲

输出

G1-G6

K1-K6

接1~6号晶闸管控制极

接1~6号晶闸管阴极

8、发光二极管工作状态

代  号

发光二极管亮时指示状态

+15V

控制板+15V电源工作

+5V

控制板+5V电源工作

GY

中频过电压?#25910;?/span>

GL

中频过电流?#25910;?/span>

QY

控制板欠电压?#25910;?/span>

QX

三相输入缺相?#25910;?/span>

SY

水压低?#25910;?/span>

SW

水温高?#25910;?/span>

D9-D14

六路整流脉冲指示,正常为微亮,过亮表示SCR门极接反或开路

9、电位器

代  号

电位器工作状态

W1  VF

最大中频输出电压设定电位器?#22351;?#26377;电压反馈时可设定最大中频输出电压,顺时针方向为最小,最大调节范围约2倍。

W2  IF

最大输出电流设定电位器?#22351;?#26377;电流反馈时可设定最大输出电流,顺时针方向为最小,最大调节范围约2倍。

W3  MAX

最大逆变引前角设定电位器,顺时针方向为增大,最大调节范围约为40度至60度。

W4  MIN

MIN最小逆变引前角设定电位器,顺时针方向为增大,最大调节范围约为20度至40度。

W5  FMAX

最大它激逆变频率设定电位器,顺时针方向为增大,最大调节范围约2倍。

W6  FHZ

外接频率表设定电位器,顺时针方向为读数增大,最大调节范围约3倍。

10、DIP(SI)开关工作状态

开   关

工     作     状      态

DIP-1

它激频率调节开关:打在OFF时是高频率;打在ON?#20445;?#26159;?#25512;?#29575;(与W5 FMAX电位器配合使用)。

DIP-2

重复起动开关:打在OFF?#20445;?#37325;复起动关;打在ON?#20445;?#37325;复起动开。

DIP-3

逆变角度开关:打在OFF?#20445;?#23567;角度;打在ON?#20445;?#22823;角度。

11、调试

11.1调试需准备的工作

一台20M示波器,若示波器的电?#35789;?#19977;芯插头?#20445;?#27880;意“地线”千万不能接,示波器外壳?#32536;?#38656;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。

11.2整流部分的调试

为?#35828;魘缘?#23433;全,调试?#22467;?#24212;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?#31995;摹癢2  IF”微调电位器顺时针旋至最高端(调试过程发生短路?#20445;?#21487;以提供过流保护)。主控板?#31995;腄IP-2开关拨在OFF位置;用示波器做好测?#31354;?#27969;桥输出直流电压波形的准备;把面板?#31995;摹案?#23450;”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报示,若有,可以检查进线快速熔断器是否损坏。

把面板?#31995;摹案?#23450;”电位器顺时针旋大,直流电压波形应该?#36127;?#20840;放开(A≈0°),6个波?#33539;?#20840;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?#31995;摹案?#23450;”电位器逆时针旋至最小,直流电压波形?#36127;?#20840;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,发现不出来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?#31995;摹案?#23450;”电位器是否接反,接反了则会出现直流电压?#36127;?#20026;最大,只有把?#26696;?#23450;”电位器顺时针旋到头?#20445;?#30452;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?#31995;?#30005;阻性负载。把电路板?#31995;摹癢1  VF”微调电位器顺时针旋至最高端,(调试过程发生逆变过压?#20445;?#21487;以提供过压保护)。主控板?#31995;腄IP-2开关拨在ON位置,面板?#31995;摹案?#23450;”电位器逆时旋至最小。

上电数秒钟后,把面板?#31995;摹案?#23450;”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?#32536;?#19968;下,就不会起振了,在缓慢放大面板上?#26696;?#23450;”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?#26696;?#23450;”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?#26696;?#23450;”电位器的缓慢加大,电流表的指示也跟着增大,当停止旋转?#26696;?#23450;”电位器?#20445;?#30005;流表的指示能稳定?#32784;?#22312;某一刻度上。

当出现直通现象?#20445;?#25226;面板?#31995;摹案?#23450;”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?#27169;?#33509;相差太大,说明电流互感器?#32784;?#21517;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?#31995;摹案?#23450;”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?#31995;摹癢2  IF”电流反馈微调电位器,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。

这样整流桥的测试就基本完成,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?#20445;?#39069;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。

11.3逆变部分的调试

11.3.1校准频率表(W6  FHZ)

主控板?#31995;腄IP开关的DIP-2拨在ON位置、DIP-3拨在OFF位置,面板?#31995;摹案?#23450;”电位器逆时针旋至最小。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?#39057;?#39057;率表,这一方面是可以测?#31859;?#39640;它激频率,另一方面是价格便宜。

11.3.2起振逆变器

首先检查逆变晶闸管的门级线连接是否正确,逆变未级?#31995;腖ED?#28860;?#26159;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?#31995;腄IP开关的DIP-2拨在ON位置、DIP-3拨在OFF位置,把面板?#31995;摹案?#23450;”电位器逆时针旋到底,调节控制板?#31995;摹癢5  FMAX”微调电位器和DIP-1,使最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?#31995;摹案?#23450;”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?#32536;?#19968;下。

若把中频电压互感器20V绕组的输出线?#32536;?#21518;,仍然起动不起?#30784;?#27492;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最高它激频率的0.6-0.9的范围内?#20445;?#36215;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。

11.3.3整定逆引前角

逆变起振后,可做整定逆变引前的工作,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,整定最大逆变换相引前角。根据不同的中频输出电压为750V?#20445;?#21017;要求最大逆变换相引前角在42°左右,此?#20445;?#20013;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象,应检查槽路谐振频率是否过低。

11.3.4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?#31995;腄IP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最大,把面板?#31995;摹案?#23450;”电位器顺针旋大,逆变桥工作。继续把面板?#31995;摹案?#23450;”电位器顺时针旋至最大,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。

12、注意事项

12.1晶闸管装置在做绝缘耐压测试?#20445;?#35831;取下控制板,否则可能造成控制板永久性损坏。

12.2内部电路及参数的理发,恕不另行通知。

12.3如果在使用中造成控制板以外的零部件损坏,概不负责。

12.4MPU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,为保护器件的安全,因此忌用万用表直接测量器件的引脚。

13、其它问题

13.1过压保护

控制电路上已经?#21387;?#21387;保护电平固定在额定输出电压的1.2倍,当进行额定电压整定?#20445;?#36807;压保护就自动设定好,若觉得不合适,可改变控制板?#31995;腞48电阻值,减小R48,过压保护电平增高;反之减小。

13.2过流保护

控制电路上已经?#21387;?#27969;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?#20445;?#36807;流保护就自动设定好。若觉得1.4倍不合适可改变控制板?#31995;腞51电阻值,减小R51,过流保护电平增高,反之减小。

13.3额定电流整定

当11.2步骤中没有进行额定电流整定的?#22467;?#21487;在系统运行于重负荷下,逆时针调节控制板?#31995;摹癢2  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。

13.4它激频率

一定要使它激频率高于槽路可能的最大谐振频率,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最大谐振频率1.3倍是合适的。

13.5恒功率输出

对熔炼负载来说,恒功率输出是很重要?#27169;?#35201;想使恒功率的范围大,就要使逆变引前角从最小变到最大的范围尽可能的大,同?#22791;?#36733;阻抗的匹配也很重要,?#35789;?#19981;是熔炼负荷,这样做也有利于提高整流的功率因数。


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