電力電子 5 感應加熱

《電力電子技術》

電子教案

項目五中頻感應加熱電源

【課題描述】：

中頻電源裝置是一種利用晶閘管元件把三相工頻電流變換成某一頻率的中頻電流的裝置，廣泛應用在感應熔煉和感應加熱的領域。常見的感應加熱裝置如圖。項目五中頻感應加熱電源【相關知識點】：一、中頻感應加熱電源概述1．感應加熱的原理（1）感應加熱的基本原理項目五中頻感應加熱電源利用高頻電源來加熱通常有兩種方法：①電介質加熱：利用高頻電壓（比如微波爐加熱等）②感應加熱：利用高頻電流（比如密封包裝等）1)電介質加熱（dielectricheating）電介質加熱通常用來加熱不導電材料。工作原理分析當高頻電壓加在兩極板層上，就會在兩極之間產(chǎn)生交變的電場。需要加熱的介質處于交變的電場中，介質中的極分子或者離子就會隨著電場做同頻的旋轉或振動，從而產(chǎn)生熱量，達到加熱效果。項目五中頻感應加熱電源2）感應加熱（inductionheating）感應加熱原理為產(chǎn)生交變的電流，從而產(chǎn)生交變的磁場，再利用交變磁場來產(chǎn)生渦流達到加熱的效果。項目五中頻感應加熱電源（2）感應加熱發(fā)展歷史感應加熱來源于法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應現(xiàn)象，也就是交變的電流會在導體中產(chǎn)生感應電流，從而導致導體發(fā)熱。感應加熱有以下優(yōu)點：1）非接觸式加熱，熱源和受熱物件可以不直接接觸2）加熱效率高，速度快，可以減小表面氧化現(xiàn)象3）容易控制溫度，提高加工精度4）可實現(xiàn)局部加熱5）可實現(xiàn)自動化控制6）可減小占地，熱輻射，噪聲和灰塵項目五中頻感應加熱電源晶閘管中頻電源主要的優(yōu)點：1）降低電力消耗。2）中頻電源的輸出裝置的輸出頻率是隨著負載參數(shù)的變化而變化的，所以保證裝置始終運行在最佳狀態(tài)，不必像機組那樣頻繁調節(jié)補償電容。2．中頻感應加熱電源的用途感應加熱的最大特點是將工件直接加熱工人勞動條件好、工件加熱速度快、溫度容易控制等應用非常廣泛，主要用于淬火、透熱、熔煉、各種熱處理等方面。項目五中頻感應加熱電源

（1）淬火淬火熱處理工藝是將工件加熱到一定溫度后再快速冷卻下來，以此增加工件的硬度和耐磨性。中頻電源對螺絲刀口淬火如圖。

項目五中頻感應加熱電源（2）透熱在加熱過程中使整個工件的內(nèi)部和表面溫度大致相等，叫做透熱。透熱主要用在鍛造彎管等加工前的加熱等。電用于彎管的過程如圖所示。項目五中頻感應加熱電源（3）熔煉圖為中頻感應熔煉爐，線圈用銅管繞成，里面通水冷卻。線圈中通過中頻交流電流就可以使爐中的爐料加熱、熔化，并將液態(tài)金屬再加熱到所需溫度。項目五中頻感應加熱電源（4）釬焊釬焊是將釬焊料加熱到融化溫度而使兩個或幾個零件連接在一起，通常的錫焊和銅焊都是釬焊。釬焊主要應用于機械加工、采礦、鉆探、木材加工等行業(yè)使用的釬焊硬質合金車刀、洗刀、刨刀、鉸刀、鋸片、鋸齒的焊接，及金剛石鋸片、刀具、磨具鉆具、刃具的焊接。其他金屬材料的復合焊接，如：眼鏡部件、銅部件、不銹鋼鍋。銅潔具釬焊如圖。

項目五中頻感應加熱電源3．中頻感應加熱電源的組成中頻感應加熱電源主要由可控或不可控整流電路、濾波器、逆變器和一些控制保護電路組成。組成框圖項目五中頻感應加熱電源（1）整流電路中頻感應加熱電源裝置的整流電路設計一般要滿足以下要求：

1）整流電路的輸出電壓在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調節(jié)。

2）整流電路的輸出電流連續(xù)，且電流脈動系數(shù)小于一定值。

3）整流電路的最大輸出電壓能夠自動限制在給定值，而不受負載阻抗的影響。

4）當電路出現(xiàn)故障時，電路能自動停止直流功率輸出，整流電路必須有完善的過電壓、過電流保護措施。

5）當逆變器運行失敗時，能把儲存在濾波器的能量通過整流電路返回工頻電網(wǎng)，保護逆變器。

項目五中頻感應加熱電源（3）平波電抗器平波電抗器在電路中起到很重要的作用,歸納為以下幾點：

1）續(xù)流保證逆變器可靠工作。

2）平波使整流電路得到的直流電流比較滑。

3）電氣隔離它連接在整流和逆變電路之間起到隔離作用。

4）限制電路電流的上升率di/dt值，逆變失敗時，保護晶閘管。項目五中頻感應加熱電源（4）控制電路中頻感應加熱裝置的控制電路比較復雜，可以包括以下幾種：整流觸發(fā)電路、逆變觸發(fā)電路、起動停止控制電路。1）整流觸發(fā)電路整流觸發(fā)電路主要是保證整流電路正?？煽抗ぷ?，產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖必須達到以下要求：

①產(chǎn)生相位互差60o的脈沖，依次觸發(fā)整流橋的晶閘管。

②觸發(fā)脈沖的頻率必須與電源電壓的頻率一致。

③采用單脈沖時，脈沖的寬度應該大與90o，小于120o。采用雙脈沖時，脈沖的寬度為25o-30o，脈沖的前沿相隔60o。

④輸出脈沖有足夠的功率，一般為可靠觸發(fā)功率的3～5倍。

⑤觸發(fā)電路有足夠的抗干擾能力。

⑥控制角能在0o～170o之間平滑移動。項目五中頻感應加熱電源2）逆變觸發(fā)電路加熱裝置對逆變觸發(fā)電路的要求如下：

①具有自動跟蹤能力。

②良好的對稱性。

③有足夠的脈沖寬度，觸發(fā)功率，脈沖的前沿有一定的陡度。

④有足夠的抗干擾能力。3）起動、停止控制電路起動、停止控制電路主要控制裝置的起動、運行、停止。一般由按紐、繼電器、接觸器等電器元件組成。項目五中頻感應加熱電源（5）保護電路中頻裝置的晶閘管的過載能力較差，系統(tǒng)中必須有比較完善的保護措施，比較常用的有阻容吸收裝置和硒堆抑制電路內(nèi)部過電壓，電感線圈、快速熔斷器等元件限制電流變化率和過電流保護。必須根據(jù)中頻裝置的特點，設計安裝相應的保護電路。項目五中頻感應加熱電源二、整流主電路1．三相半波可控整流電路（1）三相半波不可控整流電路三相半波不可控整流電路三相半波不可控整流電路電壓波形項目五中頻感應加熱電源三相半波不可控整流電路中三個極管輪流導通，導通角均為120°，輸出電壓ud是脈動的三相交流相電壓波形的正向包絡線，負載電流波形形狀與ud相同。其輸出直流電壓的平均值Ud為整流二極管承受的最大的反向電壓就是三相交壓的峰值，即項目五中頻感應加熱電源（2）三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路有兩種接線方式，分別為共陰極、共陽極接法。共陰極接法的三相半波可控整流電路。項目五中頻感應加熱電源1）電路結構共陰極接法的三相半波可控整流電路。

2)電路工作原理①0≤α≤30°

項目五中頻感應加熱電源②30≤α≤150°°當觸發(fā)角α≥30°時，此時的電壓和電流波形斷續(xù)，各個晶閘管的導通角小于120°，α=60°的波形。項目五中頻感應加熱電源3）基本的物理量計算①整流輸出電壓的平均值計算：當0°≤α≤30°時，此時電流波形連續(xù)，通過分析可得到：

當30°≤α≤150°時，此時電流波形斷續(xù)，通過分析可得到：項目五中頻感應加熱電源②直流輸出平均電流對于電阻性負載，電流與電壓波形是一致的，數(shù)量關系為：

Id=Ud/Rd③晶閘管承受的電壓和控制角的移相范圍晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次側線電壓的峰值。電流斷續(xù)時，晶閘管承受的是電源的相電壓，所以晶閘管承受的最大正向電壓為相電壓的峰值即：三相半波可控整流電路在電阻性負載時，控制角的移相范圍是0～150°。項目五中頻感應加熱電源

（3）三相半波共陽極可控整流電路及波形項目五中頻感應加熱電源共陽極可控整流電路就是把三個晶閘管的陽極接到一起，陰極分別接到三相交流電源。這種電路的電路及波形如圖5－13所示，工作原理與共陰極整流電路基本一致。同樣，需要晶閘管承受正向電壓即陽極電位高于陰極電位時，才可能導通。所以三只晶閘管中，哪一個晶閘管的陰極電位最低，哪個晶閘管就有可能導通。由于輸出電壓的波形在橫軸下面，即輸出電壓的平均值為：

Ud＝-1.17U2cosα項目五中頻感應加熱電源

上述兩種整流電路，無論是共陰極可控整流電路還是共陽極可控整流電路，都只用三只晶閘管，所以電路接線比較簡單。但是，變壓器的繞組利用率較低。繞組的電流是單方向的，因此還存在直流磁化現(xiàn)象。負載電流要經(jīng)過電源的零線。會導致額外的損耗。所以，三相半波整流電路一般用于小容量場合。項目五中頻感應加熱電源2．三相橋式全控整流電路（1）電阻性負載1）電路組成三相橋式全控整流電路實質上是一組共陰極半波可控整流電路與共陽極半波可控整流電路的串聯(lián)，在上一節(jié)的內(nèi)容中，共陰極半波可控整流電路實際上只利用電源變壓器的正半周期，共陽極半波可控整流電路只利用電源變壓器的負半周期，如果兩種電路的負載電流一樣大小，可以利用同一電源變壓器。即兩種電路串聯(lián)便可以得到三相橋式全控整流電路，電路的組成如圖5-14所示。項目五中頻感應加熱電源

項目五中頻感應加熱電源2）工作原理（以電阻性負載，α＝0°分析）在共陰極組的自然換相點分別觸發(fā)VT1，VT3，VT5晶閘管，共陽極組的自然換相點分別觸發(fā)VT2，VT4，VT6晶閘管，兩組的自然換相點對應相差60°，電路各自在本組內(nèi)換流，即VT1VT3VT5VT1…,VT2VT4VT6VT2，每個管子輪流導通120°。由于中性線斷開，要使電流流通，負載端有輸出電壓，必須在共陰極和共陽極組中各有一個晶閘管同時導通。項目五中頻感應加熱電源ωt1～ωt2期間，u相電壓最高，v相電壓最低，在觸發(fā)脈沖作用下，VT6、VT1管同時導通，電流從u相流出，經(jīng)VT1負載VT6流回v相，負載上得到u、v相線電壓uuv。從ωt2開始，u相電壓仍保持電位最高，VT1繼續(xù)導通，但w相電壓開始比v相更低，此時觸發(fā)脈沖觸發(fā)VT2導通，迫使VT6承受反壓而關斷，負載電流從VT6中換到VT2，以此類推在負載兩端的波形如圖5-15所示。項目五中頻感應加熱電源

項目五中頻感應加熱電源導通晶閘管及負載電壓如表5－1

表5－1導通期間ωt1～ωt2ωt2～ωt3ωt3～ωt4ωt4～ωt5ωt5～ωt6ωt6～ωt7導通VTVT1，VT6VT1，VT2VT3，VT2VT3，VT4VT5，VT4VT5，VT6共陰電壓u相u相v相v相w相w相共陽電壓v相w相w相u相u相v相負載電壓uv線電壓uuvuw線電壓uuwvw線電壓uvwvu線電壓uvuwu線電壓uwuwv線電壓uwv項目五中頻感應加熱電源3）三相橋式全控整流電路的特點①必須有兩個晶閘管同時導通才可能形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各一個，且不能為同一相的器件。②對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60

共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120

，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120

。同一相的上下兩個晶閘管，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

。項目五中頻感應加熱電源

觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度，通常采用單寬脈沖觸發(fā)或采用雙窄脈沖。但實際應用中，為了減少脈沖變壓器的鐵心損耗，大多采用雙窄脈沖。4）不同控制角時的波形分析：①α=30

時的工作情況(波形如圖5-16)這種情況與α=0

時的區(qū)別在于：晶閘管起始導項目五中頻感應加熱電源

圖5－16三相全控橋整流電路α=30

的波形項目五中頻感應加熱電源通時刻推遲了30

，組成ud的每一段線電壓因此推遲30

從wt1開始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合表5－1的規(guī)律。變壓器二次側電流ia波形的特點：在VT1處于通態(tài)的120

期間，ia為正，ia波形的形狀與同時段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120

期間，ia波形的形狀也與同時段的ud波形相同，但為負值。②α=60

時的工作情況(波形如圖5-17)項目五中頻感應加熱電源

圖5－17三相全控橋整流電路α=60

的波形項目五中頻感應加熱電源此時ud的波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。α=60

時ud出現(xiàn)為零的點，這種情況即為輸出電壓ud為連續(xù)和斷續(xù)的分界點。③α=90

時的工作情況(波形如圖5-18)項目五中頻感應加熱電源

圖5－18三相全控橋整流電路α=90

的波形圖5－18三相全控橋整流電路=90

的波形項目五中頻感應加熱電源此時ud的波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。α=90

時ud波形斷續(xù)，每個晶閘管的導通角小于120

。小結：1．當≤60

時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)。2．當>60

時，ud波形每60

中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值，帶電阻負載時三相橋式全控整流電路

角的移相范圍是120

。

項目五中頻感應加熱電源（2）電感性負載1）電路工作原理①α≤60

時，ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。項目五中頻感應加熱電源兩種負載時的區(qū)別在于：由于負載不同，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流id波形不同。阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。α＝0

和α＝30

波形如圖5-19和圖5-20所示。項目五中頻感應加熱電源圖5－19三相橋式全控整流電路阻感負載α＝0

波形項目五中頻感應加熱電源圖5－20三相橋式全控整流電路阻感負載α＝30

波形項目五中頻感應加熱電源②α＞60

時阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時ud波形不會出現(xiàn)負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，ud波形會出現(xiàn)負的部分，α＝90

時波形如圖5－21所示?？梢姡瑤ё韪胸撦d時，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為0

～90

。項目五中頻感應加熱電源圖5－21三相橋式全控整流電路阻感負載α＝90

波形項目五中頻感應加熱電源（3）基本的物理量計算

1）整流電路輸出直流平均電壓①當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載≤60

時）的平均值為：項目五中頻感應加熱電源帶2）輸出電流平均值為：Id=Ud/R3）當整流變壓器為采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如圖5－所示，為正負半周各寬120

、前沿相差180

的矩形波，其有效值為：電阻負載且α＞60

時，整流電壓平均值為：項目五中頻感應加熱電源

晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。

項目五中頻感應加熱電源二、平波電抗器的及簡易設計平波電抗器的簡易設計計算步驟平波電抗器的主要參數(shù)是額定電流和電感量，電感量的計算依據(jù)為：1）保證電流連續(xù)所需要的電感量。2）限制電流脈動所需要電感量。3）抑制環(huán)流所需要的電感量。一般情況下，平波電抗器的計算程序如下：項目五中頻感應加熱電源1）根據(jù)給定原始數(shù)據(jù)L和Id，計算Id2L；2）根據(jù)選用的硅鋼片的磁化曲線確定B0，3）根據(jù)選用的導線的絕緣材料和冷卻方式，選取電流密度。如選用自然冷卻的銅導線，取j=250A/cm2，4）按優(yōu)化設計原則計算，要求可能的情況下，最小體積設計。另外，還有相對氣隙，匝數(shù)，磁場強度以及電感量等方面。具體設計方法可以參考相關資料。項目五中頻感應加熱電源三、整流觸發(fā)電路整流電路的觸發(fā)電路有很多種，要根據(jù)具體的整流電路和應用場合選擇不同的觸發(fā)電路。實際中，大多情況選用鋸齒波同步觸發(fā)電路和集成觸發(fā)器。鋸齒波同步觸發(fā)電路的組成和工作原理鋸齒波同步觸發(fā)電路有鋸齒波形成、同步移相、脈沖形成放大環(huán)節(jié)、雙脈沖、脈沖封鎖等環(huán)節(jié)和強觸發(fā)環(huán)節(jié)等組成?？捎|發(fā)200A的晶閘管。由于同步電壓采用鋸齒波，不直接受電網(wǎng)波動與波形畸變的影響，移相范圍寬，在大中容量中得到廣泛應用。項目五中頻感應加熱電源

圖5－22鋸齒波同步觸發(fā)電路原理圖項目五中頻感應加熱電源

鋸齒波同步觸發(fā)電路原理圖如圖5-22所示，下面分環(huán)節(jié)介紹：（1）鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)1）鋸齒波形成V1、V9、R3、R4組成的恒流源電路對Ｃ２充電形成鋸齒波電壓，當Ｖ２截止時，恒流源電流Ic1對Ｃ２恒流充電，電容兩端電壓為Ic1=Uv9/(R3+RP2)因此調節(jié)電位器RP2即可調節(jié)鋸齒波斜率。當V2導通時，由于R4阻值很小，C2迅速放電。所以只要V2管周期性導通關斷，電容C2兩端就能得到線性很好的鋸齒波電壓。項目五中頻感應加熱電源Ub4為合成電壓（鋸齒波電壓為基礎，再疊加Ｕb、Uc）通過調節(jié)Ｕc來調節(jié)。2）同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)由同步變壓器TS和V2管等元件組成。鋸齒波觸發(fā)電路輸出的脈沖怎樣才能與主回路同步呢？由前面的分析可知，脈沖產(chǎn)生的時刻是由V4導通時刻決定（鋸齒波和Ub、Uc之和達到0.7Ｖ時），由此可見，若鋸齒波的頻率與主電路電源頻率同步即能使觸發(fā)脈沖與主電路電源同步，鋸齒波是由V2管來控制的，V2管由導通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，V2管截止的持續(xù)時間就是鋸齒波的項目五中頻感應加熱電源脈寬，V2管的開關頻率就是鋸齒波的頻率。在這里，同步變壓器TS和主電路整流變壓器接在同一電源上，用TS次級電壓來控制V2的導通和截止，從而保證了觸發(fā)電路發(fā)出的脈沖與主電路電源同步。工作時，把負偏移電壓Ub調整到某值固定后，改變控制電壓Uc，就能改變ub4波形與時間橫軸的交點，就改變了V4轉為導通的時刻，即改變了觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，達到移相的目的。電路中增加負偏移電壓Ub的目的是為了調整Uc＝０時觸發(fā)脈沖的初始位置。項目五中頻感應加熱電源（2）脈沖形成、整形和放大輸出環(huán)節(jié)1）當ub4<0.7V時Ｖ４管截止，V5、V6導通，使V7、V8截止，無脈沖輸出。 電源經(jīng)R13、R14向V5、V6供給足夠的基極電流，使V5、V6飽和導通，V5集電極⑥點電位為-13.7V(二極管正向壓降以0.7Ｖ、晶體管飽和壓降以0.3V計算),V7、V8截止，無觸發(fā)脈沖輸出。

④點電位：15V ⑤點電位：-13.3V

另外：+15V→R11→C3→V5→V6→-15V對C3充電，極性左正又負，大小28.3V。2）、當ub4≥0.7V時V4導通，有脈沖輸出項目五中頻感應加熱電源 ④點電位立即從+15V下跳到1V，Ｃ3兩端電壓不能突變，⑤點電位降至-27.3V，Ｖ5截止，V7、V8經(jīng)Ｒ15、VD6供給基極電流飽和導通，輸出脈沖，⑥點電位為-13.7V突變至2.1V(VD6、V7、V8壓降之和)。 另外：Ｃ3經(jīng)+15V→R14→VD3→V4放電和反充電⑤點電位上升，當⑤點電位從-27.3V上升到-13.3V時V5、V6又導通，⑥點電位由2.1V突降至-13.7V，于是，V7、V8截止，輸出脈沖終止。由此可見，脈沖產(chǎn)生時刻由Ｖ４導通瞬間確定，脈沖寬度由V5、V6持續(xù)截止的時間確定。所以脈寬由C3反充電時間常數(shù)(τ=C3R14)來決定。項目五中頻感應加熱電源（3）強觸發(fā)環(huán)節(jié)晶閘管采用強觸發(fā)可縮短開通時間，提高管子承受電流上升率的能力，有利于改善串并聯(lián)元件的動態(tài)均壓與均流，增加觸發(fā)的可靠性。因此在大中容量系統(tǒng)的觸發(fā)電路都帶有強觸發(fā)環(huán)節(jié)。圖中右上角強觸發(fā)環(huán)節(jié)由單相橋式整流獲得近50Ｖ直流電壓作電源，在V8導通前，50V電源經(jīng)R19對C6充電，N點電位為50V。當V8導通時，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側、R17與V8迅速放電，由于放電回路電阻很小，Ｎ點電位迅速下降，當Ｎ點電位下降到14.3Ｖ時，

VD10導通，脈沖變壓器改由＋１５Ｖ穩(wěn)壓電源供電。各點波形如圖5－23所示。項目五中頻感應加熱電源

圖5－23鋸齒波同步觸發(fā)電路波形圖項目五中頻感應加熱電源

（4）雙脈沖形成環(huán)節(jié)生雙脈沖有兩種方法：內(nèi)雙脈沖和外雙脈沖。鋸齒波觸發(fā)電路為內(nèi)雙脈沖。晶體管V5、V6構成一個“或”門電路，不論哪一個截止，都會使⑥點電位上升到2.1Ｖ，觸發(fā)電路輸出脈沖。V5基極端由本相同步移相環(huán)節(jié)送來的負脈沖信號使V5截止，送出第一個窄脈沖，接著有滯后60

的后相觸發(fā)電路在產(chǎn)生其本相第一個脈沖的同時，由V4管的集電極經(jīng)R12的Ｘ端送到本相的Ｙ端，經(jīng)電容C4微分產(chǎn)生負脈沖送到V6基極，使V6截止，于是本相的V6又導通一次，輸出滯后60

的第二個脈沖。項目五中頻感應加熱電源對于三相全控橋電路，三相電源U、V、W為正相序時，六只晶閘管的觸發(fā)順序為VT1VT2→VT3→VT4→VT5→VT6彼此間隔60

，為了得到雙脈沖，

塊觸發(fā)電路板的Ｘ、Ｙ可按圖5－24所示方式連接。項目五中頻感應加熱電源

圖5－24觸發(fā)電路實現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖項目五中頻感應加熱電源（5）其他說明在事故情況下或在可逆邏輯無環(huán)流系統(tǒng)，要求一組晶閘管橋路工作，另一組橋路封鎖，這時可將脈沖封鎖引出端接零電位或負電位，晶體管V7、V8就無法導通，觸發(fā)脈沖無法輸出。串接VD5是為了防止封鎖端接地時，經(jīng)V5、V6和VD4到-15Ｖ之間產(chǎn)生大電流通路。2．集成觸發(fā)器介紹隨著晶閘管變流技術的發(fā)展，目前逐漸推廣使用集成電路觸發(fā)器。由于集成電路觸發(fā)器的應用，提高了觸發(fā)電路工作的可靠性，縮小體積，簡化了觸發(fā)電路的生產(chǎn)與調試。集成觸發(fā)器應用越來越廣泛。正獲得廣泛應用的有以下幾種：項目五中頻感應加熱電源（1）KC04移相集成觸發(fā)器（還有KJ系列觸發(fā)器）此觸發(fā)電路為正極性型電路，及控制電壓增加晶閘管輸出電壓也增加。主要用于單相或三相全控橋裝置。其主要技術數(shù)據(jù)如下：電源電壓：DC正負15V。電源電流：正電流小于15mA，負電流小于8mA移相范圍：170o脈沖寬度：15o-35o。項目五中頻感應加熱電源脈沖幅度：大于13V最大輸出能力：100mAKC09是KC04的改進型，二者可互換使用。它與分立元件組成的鋸齒波觸發(fā)電路一樣，由同步信號、鋸齒波產(chǎn)生、移相控制、脈沖形成和放大輸出等環(huán)節(jié)組成。該電路在一個交流電周期內(nèi)，在1腳和15腳輸出相位差180o的兩個窄脈沖，可以作為三相全控橋主電路同一相所接的上下晶閘管的觸發(fā)脈沖，16腳接＋15V電源，。8腳接同步電壓，但由同步變壓器送出的電壓須經(jīng)微調電位1.5kΩ、電阻5.1kΩ項目五中頻感應加熱電源和電容1μF組成的濾波移相，以達到消除同步電壓高頻諧波的浸入，提高抗干擾能力。4腳形成鋸齒波，9腳為鋸齒波、偏移電壓、控制電壓綜合比較輸入。13、14腳提供脈沖列調制和脈沖封鎖控制端。KC04引出腳各點波形如圖5-25（a）所示。項目五中頻感應加熱電源

圖5－25KC04與KC41C電路各點電壓波形項目五中頻感應加熱電源

（2）KC41C六路雙脈沖形成器KC41C與三塊KC04可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路，如圖5－26所示。把三塊KC04觸發(fā)器的6各輸出端分別接到KC41C的1～6端，KC41C內(nèi)部二極管具有的“或”功能形成雙窄脈沖，再由集成電路內(nèi)部6只三極管放大，從10～15端外接的晶體管作功率放大可得到800mA觸發(fā)脈沖電流，可觸發(fā)打功率的晶閘管。KC41C不僅具有雙脈沖形成功能，還可作為電子開關提供封鎖控制的功能。KC41C各管腳的脈沖波形如圖5－25（b）所示。項目五中頻感應加熱電源

圖5－26三相全控橋集成觸發(fā)電路項目五中頻感應加熱電源四、觸發(fā)電路與主電路電壓的同步制作或修理調整晶閘管裝置時，常會碰到一種故障現(xiàn)象：在單獨檢查晶閘管主電路時，接線正確，元件完好；單獨檢查觸發(fā)電路時，各點電壓波形、輸出脈沖正常，調節(jié)控制電壓Uc時，脈沖移相符合要求。但是當主電路與觸發(fā)電路連接后，工作不正常，直流輸出電壓ud波形不規(guī)則、不穩(wěn)定，移相調節(jié)不能工作。這種故障是由于送到主電路各晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽極電壓之間相位沒有正確對應，造成晶閘管工作時控制角不一致，甚至使有的晶閘管觸發(fā)脈沖在陽極電壓負值時出現(xiàn)，當然不能導通。怎樣才能消除這種故障使裝置工作正常呢？這就是本節(jié)要討論的觸發(fā)電路與主電路之間的同步(定相)問題。項目五中頻感應加熱電源１．同步的定義前面分析可知，觸發(fā)脈沖必須在管子陽極電壓為正時的某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導通，而在鋸齒波移相觸發(fā)電路中，送出脈沖的時刻是由接到觸發(fā)電路不同相位的同步電壓us來定位，有控制與偏移電壓大小來決定移相。因此必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，正確供給觸發(fā)電路特定相位的同步電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。這種正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步信號電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步或定相。項目五中頻感應加熱電源２．觸發(fā)電路同步電壓的確定 觸發(fā)電路同步電壓的確定包括兩方面內(nèi)容：根據(jù)晶閘管主電路的結構、所帶負載的性質及采用的觸發(fā)電路的形式，確定出該觸發(fā)電路能夠滿足移相要求的同步電壓與晶閘管陽極電壓的相位關系。用三相同步變壓器的不同連接方式或再配合阻容移相得到上述確定的同步電壓。下面用三相全控橋式電路帶電感性負載來具體分析。項目五中頻感應加熱電源如圖5－28主電路接線，電網(wǎng)三相電源為Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１，經(jīng)整流變壓器ＴＲ供給晶閘管橋路，對應電源為Ｕ、Ｖ、Ｗ，假定控制角為０，則ug1~ug6六個觸發(fā)脈沖應在各自的自然換相點，依次相隔60°要保證每個晶閘管的控制角一致，六塊觸發(fā)板1CF～6CF輸入的同步信號電壓us也必須依次相隔60°。為了得到六個不同相位的同步電壓，通常用一只三相同步變壓器TS具有兩組二次繞組，二次側得到相隔60°的六個同步信號電壓分別輸入六個觸發(fā)電路。因此只要一塊觸發(fā)板的同步信號電壓相位符合要求，那其它五個同步信號電壓相位也肯定正確。那么，每個觸發(fā)電路的同步信號電壓us與被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓必須有怎樣的相位關系呢？這決定于主電路的不同形式、不同的觸發(fā)電路、負載性質以及不同的移相要求。項目五中頻感應加熱電源如：對于鋸齒波同步電壓觸發(fā)電路，NPN型晶體管時，同步信號負半周的起點對應于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為240

，上升段起始的30

和終了的30

線性度不好，舍去不用，使用中間的180

。鋸齒波的中點與同步信號的300

位置對應，使Ud=0的觸發(fā)角為90

。當＜90

時為整流工作，＞90

時為逆變工作。將

=90

確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90

的移相范圍。于是

=90

與同步電壓的300

對應，也就是=0

與同步電壓的210

對應。

=0

對應于uu的30

的位置，則同步信號的180

與uu的0

對應，說明同步電壓us應滯后于陽極電壓uu180

。如圖5－27所示。項目五中頻感應加熱電源3．實現(xiàn)同步的方法實現(xiàn)同步的方法步驟如下：（1）：根據(jù)主電路的結構、負載的性質及觸發(fā)電路的型式與脈沖移相范圍的要求，確定該觸發(fā)電路的同步電壓us與對應晶閘管陽極電壓uu之間的相位關系。（2）：根據(jù)整流變壓器TR的接法，以定位某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次電壓也就是晶閘管陽極電壓的矢量，再根據(jù)步驟１確定的同步電壓us與晶閘管陽極電壓uu的相位關系，畫出電源的同步相電壓和同步線電壓矢量。項目五中頻感應加熱電源（3）：根據(jù)同步變壓器二次線電壓矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點數(shù)的接法，然后確定出usu、usv、usw分別接到VT1、VT3、VT5管觸發(fā)電路輸入端；確定出us(-u)、us(-v)、us(-w)分別接到VT4、VT6、VT2管觸發(fā)電路的輸入端，這樣就保證了觸發(fā)電路與主電路的同步。4．同步舉例例三相全控橋整流電路，直流電動機負載，不要求可逆運轉，整流變壓器TR為D，y1接線組別，觸發(fā)電路采用本書鋸齒波同步的觸發(fā)電路，考慮鋸齒波起始段的非線性，故留出60度余量。試按簡化相量圖的方法來確定同步變壓器的接線組別及變壓器繞組聯(lián)結法。項目五中頻感應加熱電源解以VT1管的陽極電壓與相應的1CF觸發(fā)電路的同步電壓定相為例。1）根據(jù)題意，要求同步電壓us相位應滯后陽極電壓uu180

。2）根據(jù)相量圖，同步變壓器接線組別應為Dyn7,Dyn1。項目五中頻感應加熱電源

項目五中頻感應加熱電源根據(jù)已求得同步變壓器結線組別，就可以畫出變壓器繞組的結線組別，再將同步電壓分別接到相應觸發(fā)電路的同步電壓接線端，即能保證觸發(fā)脈沖與主電路的同步。項目五中頻感應加熱電源五、整流電路的保護整流電路的保護主要是晶閘管的保護，因為晶閘管元件有許多優(yōu)點，但與其它電氣設備相比，過電壓、過電流能力差，短時間的過電流、過電壓都可能造成元件損壞。為使晶閘管裝置能正常工作而不損壞，只靠合理選擇元件還不行，還要設計完善的保護環(huán)節(jié)，以防不測。具體保護電路主要有以下這些：1．過電壓保護過電壓保護有交流側保護、直流側保護和器件保護。過電壓保護設置如圖5－29所示。其中H屬于器件保護，H左邊設置的是交流側保護、H右邊設置的為直流側保護。項目五中頻感應加熱電源

項目五中頻感應加熱電源

（1）晶閘管的關斷過電壓及其保護晶閘管關斷引起的過電壓，可達工作電壓峰值的5～6倍，線路電感（主要是變壓器漏感）釋放能量而產(chǎn)生的。一般情況采用的保護方法是在晶閘管的兩端并聯(lián)RC吸收電路，如圖5－30所示。圖5－30用阻容吸收抑止晶閘管關斷過電壓項目五中頻感應加熱電源（2）交流側過電壓保護由于交流側電路在接通或斷開時感應出過電壓，一般情況下，能量較大，常用的保護措施為：1）阻容吸收保護電路，應用廣泛，性能可靠，但正常運行時，電阻上消耗功率，引起電阻發(fā)熱，且體積大，對于能量較大的過電壓不能完全抑制。一次根據(jù)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓原理，目前較多采用非線性電阻吸收裝置，常用的有硒堆與壓敏電阻。2）硒堆就是成組串聯(lián)的硒整流片。單相時用兩組對接后再與電源并聯(lián)，三相時用三組對接成Y形或用六組接成D形。項目五中頻感應加熱電源3）壓敏電阻是由氧化鋅、氧化鉍等燒結而成，每一顆氧化鋅晶粒外面裹著一層薄薄的氧化鋅，構成象硅穩(wěn)壓管一樣的半導體結構，具有正反向都很陡的穩(wěn)壓特性。（3）直流側過電壓的保護保護措施一般與交流過電壓保護一致。2．過電流保護晶閘管裝置出現(xiàn)的元件誤導通或擊穿、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流、逆變失敗以及傳動裝置生產(chǎn)機械過載及機械故障引起電機堵轉等，都會導致流過整流元件的電流大大超過其正常管子電流，即產(chǎn)生所謂的過電流。通常采用的保護措施如圖5－31所示。項目五中頻感應加熱電源

項目五中頻感應加熱電源（1）在交流進線中串接電抗器（稱交流進線電抗），或采用漏抗較大的變壓器是限制短路電流以保護晶閘管的有效辦法，缺點是在有負載時要損失較大的電壓降。（2）靈敏過電流繼電器保護。繼電器可裝在交流側或直流側，在發(fā)生過電流故障時動作，使交流側自動開關或直流側接觸器跳閘。由于過電流繼電器和自動開關或接觸器動作需幾百毫秒，故只能保護由于機械過載引起的過電流，或在短路電流不大時，才能對晶閘管起保護作用。項目五中頻感應加熱電源（3）限流與脈沖移相保護交流互感器TA經(jīng)整流橋組成交流電流檢測電路得到一個能反映交流電流大小的電壓信號去控制晶閘管的觸發(fā)電路。當直流輸出端過載，直流電流Id增大時交流電流也同時增大，檢測電路輸出超過某一電壓，使穩(wěn)壓管擊穿，于是控制晶閘管的觸發(fā)脈沖左移即控制角增大，使輸出電壓Ud減小，Id減小，以達到限流的目的，調節(jié)電位器即可調節(jié)負載電流限流值。當出現(xiàn)嚴重過電流或短路時，故障電流迅速上升，此時限流控制可能來不及起作用，電流就已超過允許值。在全控整流帶大電感負載時，為了盡快消除故障電流，可控制晶閘管的觸發(fā)脈沖快速左移到整流狀態(tài)的移相范圍之外，使輸出端瞬時值出現(xiàn)負電壓，電路進入逆變狀態(tài)，將故障電流迅速衰減到0，這種稱為拉逆變保護。項目五中頻感應加熱電源（4）直流快速開關保護在大容量、要求高、經(jīng)常容易短路的場合，可采用裝在直流側的直流快速開關作直流側的過載與短路保護。這種快速開關經(jīng)特殊設計，它的開關動作時間只有2ms，全部斷弧時間僅25～30ms，目前國內(nèi)生產(chǎn)的直流快速開關為DS系列。從保護角度看，快速開關的動作時間和切斷整定電流值應該和限流電抗器的電感相協(xié)調。項目五中頻感應加熱電源（5）快速熔斷器保護熔斷器是最簡單有效的保護元件，針對晶閘管、硅整流元件過流能力差，專門制造了快速熔斷器，簡稱快熔。與普通熔斷器相比，它具有快速熔斷特性，通常能做到當電流5倍額定電流時，熔斷時間小于0．02s,在流過通常的短路電流時，快熔能保證在晶閘管損壞之前，切斷短路電流，故適用與短路保護場合?？烊鄣倪x擇：1．57IT（AV）>IRD>IT(實際管子最大電流有效值)項目五中頻感應加熱電源3．電壓與電流上升率的限制(1)晶閘管的正向電壓上升率的限制晶閘管在阻斷狀態(tài)下它的J2結面存在著結電容。當加在晶閘管上的正向電壓上升率較大時，便會有較大的充電電流流過J2結面，起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管誤導通。晶閘管的誤導通會引起很大的浪涌電流，使快速熔斷器熔斷或使晶閘管損壞。變壓器的漏感和保護用的RC電路組成濾波環(huán)節(jié)，對過電壓有一定的延緩作用，使作用于晶閘管的正向電壓上升率大大地減小，因而不會引起晶閘管的誤導通。晶閘管的阻容保護也有抑制的作用。項目五中頻感應加熱電源(2)電流上升率及其限制晶閘管在導通瞬間，電流集中在門極附近，隨著時間的推移導通區(qū)材逐漸擴大，直到整個結面導通為止。在此過程中，電流上升率應限制在通態(tài)電流臨界上升率以內(nèi)，否則將導致門極附近過熱，損壞晶閘管。晶閘管在換相過程中，導通的晶閘管電流逐漸增大，產(chǎn)生換相電流上升率。通常由于變壓器漏感的存在而受到限制。晶閘管換相過程中，相當于交流側線電壓短路，交流側阻容保護電路電容中的儲能很快地釋放，使導通的晶閘管產(chǎn)生較大的di/dt。采用整流式阻容保護，可以防止這一原因造成過大的di/dt。晶閘管換相結束時，直流側輸出電壓瞬時值提高，使直流側阻容保護有一個較大的充電電流，造成導通的晶閘管di/dt增大。采用整流式阻容保護，可以減小這一原因造成過大的di/dt。項目五中頻感應加熱電源六、逆變主電路1．逆變的基本概念和換流方式（1）逆變的基本概念將直流電變換成交流電的電路稱為逆變電路，根據(jù)交流電的用途可以分為有源逆變和無源逆變。有源逆變是把交流電回饋電網(wǎng)，無源逆變是把交流電供給不同頻率需要的負載。無源逆變就是通常說到的變頻。（2）逆變電路的換流方式換流實質就是電流在由半導體器件組成的電路中不同橋臂之間的轉移。常用的電力變流器的換流方式有以下幾種：項目五中頻感應加熱電源1）負載諧振換流由負載諧振電路產(chǎn)生一個電壓，在換流時關斷已經(jīng)導通的晶閘管，一般有串聯(lián)和并聯(lián)諧振逆變電路，或兩者共同組成的串、并聯(lián)諧振逆變電路。2）強迫換流附加換流電路，在換流時產(chǎn)生一個反向電壓關斷晶閘管。3）器件換流利用全控型器件的自關斷能力進行換流。（3）逆變電路基本工作原理電路圖和對應的波形圖如圖5-32；說明幾點：項目五中頻感應加熱電源

圖5－32逆變電路原理示意圖及波形圖項目五中頻感應加熱電源1）S1、S4閉合，S2、S3斷開，輸出uo為正，反之，S1、S4斷開，S2、S3閉合，輸出uo為負，這樣就把直流電變換成交流電。2）改變兩組開關的切換頻率，可以改變輸出交流電的頻率。3）電阻性負載時，電流和電壓的波形相同。電感性負載時，電流和電壓的波形不相同，電流滯后電壓一定的角度。項目五中頻感應加熱電源2．單相逆變電路電路根據(jù)直流電源的性質不同，可以分為電流型、電壓型逆變電路。（1）電壓型逆變電路（電路圖如圖5-33所示）：電壓型逆變電路的基本特點：1)直流側并聯(lián)大電容，直流電壓基本無脈動。2)輸出電壓為矩形波，電流波形與負載有關。3)電感性負載時，需要提供無功。為了有無功通道，逆變橋臂需要并聯(lián)二極管。項目五中頻感應加熱電源

圖5－33電壓型逆變電路原理圖項目五中頻感應加熱電源（2）電流型逆變電路（電路圖如圖5-34所示）電流型逆變電路的基本特點：圖5－34電流型逆變電路原理圖項目五中頻感應加熱電源1）直流側串聯(lián)大電感，直流電源電流基本無脈動。2）交流側電容用于吸收換流時負載電感的能量。這種電路的換流方式一般有強迫換流和負載換流。3）輸出電流為矩形波，電壓波形與負載有關。4）直流側電感起到緩沖無功能量的作用，晶閘管兩端不需要并聯(lián)二極管。項目五中頻感應加熱電源3．單相電流型逆變電路（1）電路結構電路原理圖如圖5-35所示：圖5－35單相電流型逆變電路原理圖項目五中頻感應加熱電源橋臂串入4個電感器，用來限制晶閘管開通時的電流上升率di/dt。VT1～VT4以1000～5000Hz的中頻輪流導通，可以在負載得到中頻電流。采用負載換流方式，要求負載電流要超前電壓一定的角度。負載一般是電磁感應線圈，用來加熱線圈的導電材料。等效為R、C串聯(lián)電路。并聯(lián)電容C，主要為了提高功率因數(shù)。同時，電容C和R、L可以構成并聯(lián)諧振電路，因此，這種電路也叫并聯(lián)諧振式逆變電路。項目五中頻感應加熱電源（2）工作原理輸出的電流波形接近矩形波，含有基波和高次諧波，且諧波的幅值小于基波的幅值。波形如圖5-36所示。項目五中頻感應加熱電源

圖5－36單相電流型逆變電路波形圖項目五中頻感應加熱電源基波頻率接近負載諧振的頻率，負載對基波呈高阻抗。對諧波呈低阻抗，諧波在負載的壓降很小。因此，負載的電壓波形接近于正弦波。一個周期中，有兩個導通階段和兩個換流階段。t1～t2階段，VT1，VT4穩(wěn)定導通階段，io=Id；t2時刻以前在電容C建立左正右負的電壓。t2～t4：t2時刻觸發(fā)VT2，VT3，進入換流階段。LT使VT1，VT4不能立即關斷，電流有一個減小的過程。VT2，VT3的電流有一個增大的過程。4個晶閘管全部導通。負載電容電壓經(jīng)過兩個并聯(lián)的放電回路放電。LT1～VT1～VT3～LT3～C，另一條：LT2～VT2～VT4～LT4～C。項目五中頻感應加熱電源

t=t4時刻，VT1，VT4的電流減小到零而關斷，換流過程結束。t4～t2稱為換流時間。t3時刻位于t2～t4的中間位置。為了可靠關斷晶閘管，不導致逆變失敗，晶閘管需要一段時間才能恢復阻斷能力，換流結束以后，還要讓VT1，VT4承受一段時間的反向電壓。這個時間稱為tβ=t5-t4，tβ應該大于晶閘管的關斷時間tq。為了保證可靠換流。應該在電壓uo過零前tδ=t5-t2觸發(fā)VT2，VT3。tδ稱為觸發(fā)引前時間，

tδ=tβ+tγ，電流i0超前電壓U0的時間為：tφ=tβ+0.5tγ。項目五中頻感應加熱電源（3）基本數(shù)量分析如果不計換流時間，輸出電流的傅立葉展開式為：

其中基波電流的有效值為：

項目五中頻感應加熱電源負載電壓的有效值與直流輸出電壓的關系為：

項目五中頻感應加熱電源

（4）幾點說明實際工作過程中，感應線圈的參數(shù)隨時間變化，必須使工作頻率適應負載的變化而自動調整。這種工做方式稱為自勵工作方式。固定工作頻率的控制方式稱為他勵方式。他勵方式存在起動問題。一般解決的方法有：先用他勵方式，到系統(tǒng)起動以后再轉為自勵方式；附加預充電起動電路。項目五中頻感應加熱電源七、逆變觸發(fā)電路幾種常見的電路1．頻率自動跟蹤電路自動跟蹤是指保持負載電壓U0過零前產(chǎn)生的控制脈沖的時間不變。頻率自動跟蹤電路的電路原理圖項目五中頻感應加熱電源波形分析圖項目五中頻感應加熱電源由逆變電路的分析可知，逆變電路只要超前時間tβ大于熄滅角對應的時間tμ（忽略重疊角對應的時間），逆變電路可以安全運行。由波形分析得到：

β=arctanU2m/U1m

tβ=β/ω（ω=2π/T）表明，若改變U1m或U2m的值，可改變超前角β。從而改變超前時間tβ。在合成信號us正負半波的過零點分別產(chǎn)生脈沖列uo1和uo2。他們都超前U1的零點一段時間tβ。用uo1觸發(fā)逆變電路的VT2，VT4；用uo2觸發(fā)逆變電路的VT1，VT3；負載輸出電壓波形近似正弦波：UO=Uom×sinωt項目五中頻感應加熱電源2．定角控制電路定角控制：只要改變分壓比，調節(jié)電位器R，就可以將Φ整定到需要的值。由于Φ的大小決定于分壓比，與逆變器的工作頻率無關，一旦確定，Φ就不隨工作頻率f改變。

八、逆變電路的起動與保護1．并聯(lián)逆變器的起動并聯(lián)逆變器的起動方法可分為兩類：他激起動（共振法）自激起動（阻尼振蕩法）。（1）他激起動他激起動是先讓逆變觸發(fā)器發(fā)出頻率與負載諧振回路的諧振頻率相近的脈沖，去觸發(fā)逆變橋晶閘管，使負載回路逐漸建立振蕩，待振蕩建立后，就由他激轉成自激工作。他激起動的特點線路簡單，只需一可調頻多諧振蕩器和他激---自激轉換電路。工作中，必須預知負載的諧振頻率，并且在跟換負載時，要重新校正起動頻率，使之和負載諧振頻率相近。適于作為同頻帶寬的負載（諧振頻率Q值低的負載）起動用。對Q≤2的負載最適用。項目五中頻感應加熱電源（2）自激起動自激起動是預先給負載諧振頻率回路中的電容器（或電感）充上能量然后在諧振電路中產(chǎn)生阻尼振蕩，從而使逆變器起動。自激起動的特點：線路復雜，起動設備較龐大，特別適于負載回路Q值高的場合。適用于熔煉負載。為了提高裝置的自激起動能力，可以提高觸發(fā)脈沖形成電路的靈敏度，加大起動電容器的電容量和能量，以及想法在起動過程中使整流器輸出的直流能量及時通過逆變器補充到負載諧振電路中去。項目五中頻感應加熱電源（3）起動線路起動線路分析：該線路由VTq、Lq和Cq等元件組成阻尼振蕩的能源供給電路。在起動逆變器之前，先由工頻電源經(jīng)整流后，通過Rq給Cq充電（極性如圖所示），充電電壓最高可為逆變器的直流電源電壓。起動時，觸發(fā)給VTq，Cq就會通過諧振回路放電，在諧振回路中引起振蕩。Cq的容量越大，充電電壓越高。振蕩就越強。諧振回路的振蕩電壓經(jīng)變換，形成觸發(fā)脈沖去觸發(fā)逆變橋晶閘管，使之起動并轉入穩(wěn)定運行狀態(tài)。起動過程如下：接通整流器、個控制回路和Cq的預充電回路的電源后。觸發(fā)VTj建立Idj。觸發(fā)VTq激起振蕩。此后，即自動觸發(fā)VT1、VT3，使VTj關斷，觸發(fā)VT2、VT4，迫使VTq關斷。到此。起動過程結束，裝置進入正常運行狀態(tài)。項目五中頻感應加熱電源（4）附加并聯(lián)起動線路（5）他激到自激的轉換他激起動線路。項目五中頻感應加熱電源他激到自激的轉換分析：起動時，接通直流電源后，首先由頻率可調的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖，觸發(fā)逆變橋臂的晶閘管進行他激起動。負載回路的振蕩一經(jīng)建立，負載回路的中頻電流電壓信號就通過電流互感器和電壓互感器輸至頻率自動跟隨系統(tǒng)，按電流電壓信號交角形式，由脈沖形成電路產(chǎn)生相位互差180°的兩組脈沖。兩組脈沖分成兩路，一路去強迫多諧振蕩器與之同步，另一路進入脈沖整形電路。多諧振蕩器的經(jīng)同步的輸出脈沖和脈沖整形電路輸出的脈沖同時進入脈沖功放電路，由功放電路輸出脈沖去觸發(fā)逆變器的晶閘管。在系統(tǒng)穩(wěn)定運行時VTg被觸發(fā)導通，KJ得電吸合，便將多諧振蕩器的電源和輸出切斷，多諧振蕩器停止工作，逆變橋晶閘管便單獨由脈沖形成電路形成的脈沖，經(jīng)整形、放大后去觸發(fā)。注意，有他激到自激的轉換時刻不是任意的，必須避開正常觸發(fā)脈沖的時限。項目五中頻感應加熱電源2．逆變電路起動失敗原因分析實際中，有很多因素引起逆變起動的失敗，主要有以下幾個方面：（1）起動電路能量不夠。（2）直流端能量補充太慢（3）逆變橋換相失敗

九、中頻感應加熱裝置的調試調試大概分為整流電路、逆變電路部分調試1．整流電路的調試整流電路的調試可以分為三部分：（1）整流控制電路調試；（2）整流部分小功率調試；（3）整流部分大功率調試。整流電路輸出脈沖波形項目五中頻感應加熱電源（1）整流控制電路調試。斷開主交吸合線圈，使整流主回路無法受電，接通控制電源。斷開中間繼電器常閉觸點圖處的任意一根線，解除整流繼電封鎖。旋轉功率調節(jié)電位器，用示波器觀察6路功放輸出脈沖波形，其波形應符合要求：該脈沖為雙窄列脈沖，窄脈沖寬度為15o～20o，（內(nèi)含2～4個列脈沖），正峰大于20V，反峰在6～12VP-P之間，前沿間隔60°前沿陡度90°～120°。路脈沖應干凈、整齊、沒有雜波，將功率調節(jié)電位器在最大值與最小值之間來回轉動，功放脈沖應左右移動，在移動過程中，前沿間隔應保持60°。檢查整流晶閘管上的脈沖，脈沖形狀同上圖，脈沖必須為正極性。正峰幅值大于4VP-P，主板功放脈沖必須與指定的晶閘管號一一對應。項目五中頻感應加熱電源（2）整流部分小功率調試小功率調試接線圖

項目五中頻感應加熱電源送上三相電源（可以不分相序），檢查是否有缺相報警指示，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。再“給定”電位器旋到最小，調節(jié)電路板上微調電位器，使電流電壓波形全關閉，移相角約120°。輸出直流波形在整個移相范圍內(nèi)應該是連續(xù)平滑的。接線如圖示：項目五中頻感應加熱電源（3）整流部分大功率調試。大功率調試接線圖項目五中頻感應加熱電源1）將直流電路調到50～100A，測量電流，電壓互感器的輸出是否正常。檢查電阻兩端的電壓波形，該波形為整流電路輸出波形，波形大小整齊，無毛刺干擾波形。2）整定負偏置：將直流輸出電壓調節(jié)為1/2額定電流的大小，調整過電流保護旋鈕，使過電流保護裝置動作。3）過流負偏置調整完以后，繼續(xù)加大電流到1.2倍額定電流，調整過流保護電位器，使其動作兩次。使過流值穩(wěn)定，過電流整定完畢。項目五中頻感應加熱電源2．逆變部分的調試首先應校準頻率表。起振逆變器。逆變起振后，可進行逆變引前角的整定工作，把DIP-1開關打在ON位置，調節(jié)W5微調電位器，使中頻電壓與直流電壓比為1.2左右。再把DIP-1開關打在OFF位置，調節(jié)W3微調電位器，使中頻電壓與直流電壓的比為1.5左右（或更高），此項調試工作可在較低的中頻電壓下進行。在輕負載下整定電壓外環(huán)。項目五中頻感應加熱電源具體調試步驟如下：（1）逆變控制電路的調試斷電檢查逆變晶閘管和RC吸收回路的是否正常、可靠，接線有無錯誤。調頻輸入回路和負載回路是否正常。逆變電路調試主電路接線圖。項目五中頻感應加熱電源（2）逆變脈沖的檢查：斷開主交線圈的接線，利用工頻變壓器的多余的一組5V電壓，送到逆變的輸入端作為檢測信號，用示波器觀察脈沖波形，應該如圖所示。檢查逆變晶閘管的脈沖?；謴椭鹘痪€圈，拆除檢測輸入信號，準備逆變運行調試。項目五中頻感應加熱電源（3）逆變電路小功率調試把功率電位器調到最小位置，接通控制電源和按下主交“逆變接通”按鈕，用示波器觀察逆變輸出波形，如果出現(xiàn)波形，波形應如逆變電路輸出波形圖所示。項目五中頻感應加熱電源換相點一定要出現(xiàn)在頂點的右邊，不能出現(xiàn)在頂點的左邊或頂點的位置。控制角一般選在30°～40°之間確定逆變波形正常以后，提高電壓到300V，觀察各電壓、電流表的讀數(shù)是否正常。項目五中頻感應加熱電源（4）重載起動試驗確認上述情況正常以后，再次開機，用示波器觀察逆變的輸入波形，正確的波形應該如下圖所示的大臂主波波形。項目五中頻感應加熱電源確認大臂波形正常以后，方可以進行重載起動試驗。過電壓、截壓整定，拆除大功率負載，將坩堝取出。放入少量爐料進行試運行。將中頻電壓升高到780V左右。調整過電壓電位器使過電壓保護裝置動作。確認保護裝置正常以后，再次起動，使裝置在750V電壓做截壓運行30分鐘。項目五中頻感應加熱電源（5）試運行調試再次將坩堝放入爐內(nèi)，放開截流保護，重新起動，將直流電流拉到過電流保護值。其過電流保護值應該接近整定的過電流保護值。將功率電位器調到零位。按故障解除按鈕，重新起動逆變電路，將直流電流拉到過電流保護值，在整定截流保護值到原來值。

十、中頻感應加熱裝置的常見故障處理1．安裝注意事項1）主電路對地絕緣問題：設備電源直接取自三相工頻電網(wǎng)，沒有變壓器隔離，主電路中的各點對地均必須確保有足夠的絕緣，當我們外接測量儀表儀器時，這一點也是至關重要的。2）中頻電源的布置問題:中頻電流與工頻電流相比頻率高得多，輸電線的感抗較大。在電流很大時，感抗壓降相當可觀，對其工作影響很大，中頻電流的鄰近效應很明顯。項目五中頻感應加熱電源三條原則：中頻電源線的布置應本著兩線間距要盡量小線的長度要盡量短反饋電銅排要垂直安裝3）冷卻系統(tǒng)的安裝考慮：中頻感應裝置晶閘管、補償電容、感應電爐都是采用水冷的方式。為保證充分的冷卻，設備中裝有水壓繼電器進行保護。4）設備抗干擾的考慮：最好采用屏蔽線，遠離電源線。項目五中頻感應加熱電源2．中頻感應裝置運行前檢查檢查主要包括以下幾方面：1）外觀檢查；2）器件檢查；3）控制系統(tǒng)檢查；4）主電路通電檢查；5）負載試運行。項目五中頻感應加熱電源控制系統(tǒng)檢查控制系統(tǒng)的檢查可以按照以下的順序進行：穩(wěn)壓電源的檢查；整流觸發(fā)脈沖（脈沖寬度、移相范圍、觸發(fā)能力）的檢查過電流、過電壓保護電路的檢查；截流截壓電路的檢查逆變觸發(fā)脈沖的檢查；起動波形的檢查；繼電器控制電路的檢查。項目五中頻感應加熱電源主電路通電檢查:分為電壓試驗和電流試驗兩項內(nèi)容。①電壓試驗電壓試驗時，將逆變電路從主電路中斷開，在主回路的引流電阻RP上加串300Ω、1A的電阻作為整流電路的負載。按下按鈕SB1，電壓給定電位器RP能調節(jié)整流電壓從低到高均勻變化。并能達到滿電壓輸出，檢查整流器的移相控制功能。項目五中頻感應加熱電源②電流試驗斷開逆變器，以1Ω生鐵電阻作主回路的模擬負載。接通整流電路之前，首先要接上冷卻水，慢慢調節(jié)RP，使Ud逐漸上升。并在整流器實際電流Id=300A的數(shù)值下整定電流保護動作。截流電流的數(shù)值應接上2Ω水冷電阻，并使Ud在500V左右時調節(jié)電位器RP1進行整定，其動作值為Id=250A。負載運行負載試運行包括逆變回路空載起動，逆變回路重新起動和實際負載運行三項內(nèi)容項目五中頻感應加熱電源6）補充說明有以下兩個問題需要加以補充說明。各穩(wěn)壓電源電流表讀數(shù)的輔助判斷功能設備正常運行時，各穩(wěn)壓電源的電流表讀數(shù)也有一定的范圍。它們應當是：偏移電流（A1）10～20mA充電電流（A2）20～40mA整流觸發(fā)電流（A3）1～1.3A逆變觸發(fā)電流（A4）100～300mA逆變電路開始工作后，逆變觸發(fā)電流增加到上述數(shù)值。在加熱過程中，隨著負載參數(shù)的變化，電路工作頻率發(fā)生變化，逆變觸發(fā)電流也會隨著發(fā)生變化。項目五中頻感應加熱電源3．設備故障分析通過晶閘管中頻電源裝置的常見故障現(xiàn)象，介紹設備的故障分析方法：（1）無整流電壓當工頻電壓已加在設備上，起動時無整流輸出電壓，其原因往往存在于控制電路中。由于整流晶閘管與觸發(fā)器有關，而觸發(fā)器是由五塊芯片組裝而成的，脈沖的形成是由KJ004完成的，KJ004不可能同時的損壞項目五中頻感應加熱電源（2）整流電壓調不高1）當有晶閘管開路或快速熔斷器燒斷時，整流電壓調不高。2）移相脈沖觸發(fā)延遲角調不到=0°，整流輸出電壓調不高，若電壓給定電位器調正確的話，則往往是截流截壓電路產(chǎn)生了輸出，使角移不到零度，所以電壓調不高。3）某一臂晶閘管觸發(fā)電路故障，也會造成輸出電壓調不高。（3）整流電路不穩(wěn)定整流電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象表現(xiàn)為直流電壓表不規(guī)則地擺動，這往往與不規(guī)則因素的影響有關。（4）逆變電路無法起動一般逆變起動失敗的故障現(xiàn)象主要有：逆變電路電表無反應，整流電壓正常；逆變電路有瞬時反應，電流發(fā)生過電流保護動作。項目五中頻感應加熱電源

下面分別討論其原因:1）起動時逆變電路電表無反應，整流電壓正常。①起動電路沒有動作，其故障原因有繼電器電路的原因，起動電路元器件的原因，可分別進行檢查；②產(chǎn)生CQ電壓太低甚至為零的原因，與KM2觸點接觸不好，整流二極管損壞等因素有關。③自動調頻電路的故障可用1000Hz他激電源進行檢查，若他激工作正常，則應檢查自動調頻信號的傳輸線有無斷線，接觸是否良好等現(xiàn)象。④整流電路與逆變電路之間接有濾波電感，限制了整流輸出能量的增長速度。2）起動時逆變電路電表有瞬時反就應，隨后電路發(fā)生過電流保護動作。項目五中頻感應加熱電源下面分別討論上列原因:①主電路不完全短路時，起動和第一次振蕩能夠產(chǎn)生，但隨著振蕩電壓的增加，不完全短路點會擊穿而變成完全短路，產(chǎn)生大電流，過電流保護動作，這往往與主電路對地絕緣不好有關；②起動逆變電路時，起動電流比較大，如果截流動作整定值太低，整流電路因截流作用而使電壓降低，輸往逆變電路的能量不足發(fā)補充電路損耗，起動失敗，這種情況往往在重載起動時；③一臂逆變晶閘管不導通時，相當于功率因數(shù)很低的工作情況，起動電流也很大，產(chǎn)生過電流保護動作。這種現(xiàn)象可通過檢查逆變晶閘管的導通情況來判斷。④起動時間T不夠也會引起逆變電路短路。⑤存在干擾，也是起動失敗的原因之一。4．維修電工處理故障的基本方法：（1）檢查工頻電壓是否正常；（2）檢查儀表箱上各穩(wěn)壓電源的電壓，電流讀數(shù)是否正常；（3）按SB1接通工頻電源，將K1常閉觸點用紙片塞住，調節(jié)電位器RP，檢查整流電壓是否能正常的調節(jié)，如以上均正常，則故障出在逆變電路。（4）用1000HZ的他激電源檢查逆變觸發(fā)電路，注意逆變穩(wěn)壓電源電流的數(shù)值是否正常。（5）檢查主電路有無短路現(xiàn)象。補償電容有無擊穿短路現(xiàn)象等。

【擴展內(nèi)容】：一、三相有源逆變電路1．三相半波有源逆變電路三相半波有源逆變電路

(a)電路（b）輸出電壓波形（c）晶閘管兩端電壓波形項目五中頻感應加熱電源逆變器輸出直流電壓的計算式為：(α>90°)工作過程分析在β=60°時,有電動勢E的作用，VT1仍可能承受正壓而導通。則電動勢E提供能量，有電流流過晶閘管VT1，輸出電壓波形。然后，與整流時一樣，按電源相序每隔120°依次輪流觸發(fā)相應的晶閘管使之導通，同時關斷前面導通的晶閘管，實現(xiàn)依次換相，每個晶閘管導通120°。2．三相全控橋有源逆變電路三相全控橋帶電動機負載的電路（a）電路（b）β=30°時三相全控橋直流輸出電壓波形項目五中頻感應加熱電源工作過程分析當α<90°時，電路工作在整流狀態(tài)，當α>90°時，電路工作在逆變狀態(tài)。要求每隔60°依次輪流觸發(fā)晶閘管使其導通120°，觸發(fā)脈沖都必須是寬脈沖或雙窄脈沖。逆變時輸出直流電壓的計算式為(α>90°)項目五中頻感應加熱電源晶閘管的換流過程分析。設觸發(fā)方式為雙窄脈沖方式。在VT5、VT6導通期間，發(fā)、脈沖，則VT6繼續(xù)導通，而VT1在被觸發(fā)之前，由于VT5處于導通狀態(tài)，已使其承受正向電壓，所以一旦觸發(fā)，VT1即可導通，若不考慮換相重疊的影響，當VT1導通之后，VT5就會因承受反向電壓而關斷，從而完成了從VT5到VT1的換流過程，其它管的換流過程可由此類推。

二、有源逆變電路的應用直流電機可逆拖動繞線式交流異步電動機串級調速高壓直流輸電其他方面。1.晶閘管直流電動機可逆拖動系統(tǒng)反并聯(lián)可逆系統(tǒng)的四象限運行圖項目五中頻感應加熱電