QXPU-3型12脈波恒功率晶閘管中頻電源控制板

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 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板。主要由電源、調節器、移相控制、保護電路、相序自適應電路、啟動演算電路、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、大規模專用MPU-3集成電路，與我公司開發的高性能軟件相結合，從而制成智能化控制芯片---MPU，使該板的控制電電路除調節器外，其余均實現數字化，整流觸發器部分不需要任何調整，而且具有可靠性高、脈沖對稱度高、抗干擾能力強、反應速度快等特點，又由于有相序自適應電路，無需同步變壓器，所以現場調試中免去了調相序、對同步的工作，僅需把兩個三相中各自6只晶閘管的門陰極線接入控制板相應的接線端上，整流部分便能投入運行。

b.逆變采用掃頻式零壓軟啟動方式，啟動性能優于普通的零壓軟啟動電路，并設有自動重復啟動電路，可防止中頻電源偶爾的啟動失敗，使啟動成功率達到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，而無需槽路電容器的電流信號，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，在調試和使用現場中，也不會由于中頻輸出線或取樣電流互感器的相位接反，而產生中頻電源不能啟動的問題。

c.逆變電路中還加有逆變角調節電路，可以自動調節負載阻抗的匹配，達到恒功率輸出，可以制成“快速熔煉”的中頻電源, 達到省時、節電、提高網側功率因數的目的（此功能也可被關掉）。逆變部分的主要電路均在MPU大規模集成電路的內部，亦是數字電路。

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只微調電位器、47個引出端子，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計中征求了多方面的意見，采用了有效措施，使得調試極為方便。在大多數參數的設定都由電路內部自動設定，需要用戶調整的只有6只電位器的參數設定，所以具有極強的通用性和互換性。

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，當由于負載不平衡或進線電壓不同造成兩橋電流不平衡時，它可以自動調節兩橋的電流，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行引起的電網諧波，提高功率因數和運行效率。

2．正常使用條件

　　2.1 海拔不超過2000米。

　　2.2 環境溫度不低于-10℃，不高于+40℃。

　　2.3 空氣最大相對濕度不超過90%(20℃±5℃時)

　　2.4 運行地點無導電及爆炸性塵埃，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽。

　　2.5 無劇烈振動和沖擊。

3．主要技術參數

　　3.1 主電路進線額定電壓：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：AC 12V/15mA；

　　3.4 電流反饋信號：AC 12V/5mA三相輸入；

　　3.5 整流觸發脈沖移相范圍：α=0~130o；

　　3.6 整流觸發脈沖對稱度：小于1o；

　　3.7 整流觸發脈沖信號寬度：≥600μs、雙窄、間隔60o；

　　3.8 整流觸發脈沖特性：觸發脈沖峰值電壓：≥12V；

　　觸發脈沖峰值電流：≥1A；

　　觸發脈沖前沿陡度：≥0.5A/μs；

　　3.9 逆變頻率：400Hz~8kHz；

　　3.10 逆變觸發脈沖信號寬度：1÷(16×逆變頻率)；

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

觸發脈沖前沿陡度：≥2A/μs；(逆變用觸發脈沖變壓器是外接的)；

　　3.12 故障信號輸出：控制板在檢測到故障信號時，輸出一組接點信號，該接點容量為AC：5A/220V；DC：10A/28V。

4．控制板的接線端子與參數

控制板共有47個M3接線端子，各端子功能表見表1。

5、發光二極管工作狀態

6．電位器

　　6.1 W1(1If) 1號整流橋最大輸出電流設定電位器(截流)及兩橋電流平衡微調電位器，當有電流反饋時可設定最大輸出電流，順時針方向為最小，最大調節范圍約2倍。過電流無需調節，當截流值調整好后，過電流自動成為1.4倍的截流值。當兩橋電流不平衡時，微調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定電位器(截壓)，當有電壓反饋時可設定最大中頻輸出電壓，順時針方向為最小，最大調節范圍約2倍。過電壓無需調節，當截壓值調整好后，過電壓自動成為1.2倍的截壓值。

　　6.3 W3(θmax) 最大逆變引前角設定電位器，順時針方向為增大，最大調節范圍約為40o～60o。

　　6.4 W4(θmin) 最小逆變引前角設定電位器，順時針方向為增大，最大調節范圍約為20o～40o。

　　6.5 W5(F) 外接頻率表設定電位器，順時針方向為讀數增大，最大調節范圍約3倍。

　　6.6 W6(Fmax) 最大它激逆變頻率設定電位器，順時針方向為增大，最大調節范圍約2倍。

　　6.7 W7(2If) 2號整流橋最大輸出電流設定電位器(截流)及兩橋電流平衡微調電位器。當兩橋電流不平衡時，微調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觸發脈沖連接導線用0.7mm2RV導線連接，建議用不同顏色的導線表示極性。其余連接導線用0.5mm2RV導線連接。

　　如果所裝的中頻電源不需要復位功能、報警功能、內接頻率表的話，端子CON2-1、CON2-6、CON3-8、CON3-9便可不用。

8．調試

　　8.1 調試需準備的工具

　　一臺20MHz示波器，若示波器的電源線是三芯插頭時，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，探頭需在測試信號下補償好。

　　若無高壓示波器探頭，應用電阻做一個分壓器，以適應600V以上電壓的測量。

　　一個≤500Ω、≥500W的電阻性負載。

8.2 整流部分的調試(W1)

　　為了調試的安全，調試前應該使逆變橋不工作。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≤500Ω、≥500W的電阻性負載。電路板上的If微調電位器W1順時針旋至最高端(調試過程發生短路時，可以提供過流保護)。主控板上的DIP-1開關撥在ON位置。用示波器做好測量整流橋輸出直流電壓波形的準備。把面板上的“給定”電位器逆時針旋至最小。

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

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

　　若在調試中發現出不來6個整流波頭，則應檢查6只整流晶閘管的序號是否接對，晶閘管的門極線是否接反或短路。

　　在此過程調試中也應檢查面板上的“給定”電位器是否接反，接反了則會出現直流電壓幾乎為最大，只有把“給定”電位器順時針旋到頭時，直流電壓才會有減小的現象。

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

　　上電數秒種后，把面板上的“給定”電位器順時針慢慢地旋大，這時逆變橋會出現兩種工作狀態：一種是逆變橋起振，另一種是逆變橋直通。此時需要的是逆變橋直通，若逆變橋為起振狀態，可在停電的狀態下，調節中頻電壓互感器的相位，即把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線對調一下，就不會起振了。在緩慢旋大面板上“給定”電位器的操作中，應密切注意電流表的反應，若電流表的指示迅速增大，則應迅速把“給定”電位器逆時針旋下來，此時表明電流取樣電路有問題，系統處于電流開環狀態，應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，當停止旋轉“給定”電位器時，電流表的指示能穩定的停在某一刻度上。

　　當出現直通現象時，把面板上的“給定”電位器順時針旋大，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、CON2-5三個接線端子間的電壓，三個電壓應該是大致相等的，若相差太大，說明電流互感器的同名端接錯，必須改正，否則會影響電流調節器的正常工作。

　　繼續把面板上的“給定”電位器順時針旋到頭，電流表的指示應接近額定值，逆時針調節主控制板上的W1電流反饋微調電位器，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。

　　這樣整流橋的調試就基本完成，可以進行逆變橋的調試。

　　需要指出的是，當平波電抗器的直流電阻較小時，在直通狀態下作額定電流的整定，會出現直流電流振蕩的現象，可在直流回路里串一點電阻加以解決。另外，水冷裝置在作此項調試時，必須通水冷卻。

　　當調試場地的電源供不出裝置的額定電流時，額定電流的整定，可放在現場滿負荷運行時進行，但是，應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 逆變部分的調試

8.3.1 校準頻率表(W5)

　　主控制板上的DIP開關均撥在OFF位置，面板上的“給定”電位器逆時針旋至最小。把示波器接在Q5或Q6的管殼上，測逆變觸發脈沖的它激頻率(它激頻率可以通過W6來調節)，調節W5微調電位器，使頻率表的讀數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開關均撥在OFF位置，把面板上的“給定”電位器逆時針旋到底，調節控制板上的W6微調電位器，使最高它激頻率高于槽路諧振頻率的1.2倍，W3、W4微調電位器旋在中間位置。把面板上的“給定”電位器順時針稍微旋大，這時它激頻率開始從高往底掃描(從頻率表中可以看出)，逆變橋進入工作狀態，開始起振。若不起振，表現為它激信號反復作掃頻動作，可調節中頻電壓互感器的相位，即把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線對調一下。

　　若把中頻電壓互感器20V繞組的輸出線對調后，仍然起動不起來，此時應確認一下槽路的諧振頻率是否正確。可以用電容/電感表測量一下電熱電容器的電容量及感應器的電感量，計算出槽路的諧振頻率，當槽路的諧振頻率處在最高它激頻率的0.6~0.9倍的范圍內時，起動應該是很容易的。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開關均打在OFF位置，用示波器觀察電壓互感器100V繞組的波形，調節主控板上W4微調電位器，使逆變換相引前角在22o左右，此時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，當然過小的逆變換相引前角會使逆變換相失敗，表現為中頻電壓升高時，會出現重復起動。

　　再把DIP-2開關打在ON位置，調節主控板上W3微調電位器，整定最大逆變換相引前角。根據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，則要求最大逆變換相引前角在42°左右，此時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，這在系統輸入電壓偏低時，仍可保證中頻輸出電壓到額定值。當系統輸入電壓偏高時，由于有電壓調節器的作用，中頻輸出仍然不會出現過電壓。

　　此項調試工作應在50%額定中頻輸出電壓下進行。注意，必須先調1.2倍關系，再調1.5倍關系，否則順序反了，會出現互相牽扯的問題。有時由于電壓表不準，給調試帶來錯誤的結論，所以應以示波器測得的引前角為準。

　　調試中若出現逆變引前角過大的現象，應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)

　　在輕負荷的情況下整定額定輸出電壓，把主控板上的DIP開關均撥在OFF位置，W2微調電位器順時針旋至最大，把面板上的“給定”電位器順時針旋大，逆變橋工作。繼續把面板上的“給定”電位器順時針旋至最大，此時輸出的中頻電壓接近額定值，逆時針調節W2微調電位器，使輸出的中頻電壓達到額定值。

　　在這項調試中，可見到這樣的現象：即直流電壓升到最大值后，中頻輸出電壓卻還能繼續隨“給定”電位器的旋大而上升。

　　在整定額定輸出電壓時，應在直流電流低于額定電流的條件下進行，否則會由于電流限幅的作用，使中頻輸出電壓調不上去。

　　至此，6只微調電位器全部調完，調試告結束。

9．注意事項

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

9.2 內部電路及參數的更改，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責。

9.4 MPU器件是一種CMOS器件，使用時應注意。器件的兩個引腳之間嚴禁短路，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 當控制板接入主回路后，部分區域便帶有高壓電，敬請注意，以免觸電。