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500KW中频感应加热炉ok

GWJ-380系列中频感应加热炉

使

四川豪特电气控制有限公司

地址:

四川省德阳市华山北路352号

电话:

0838-传真:

0838-

第一部分:

中频感应加热技术说明

第二部分:

中频感应炉炉体使用说明

第三部分:

KGPS中频电源使用说明书

第四部分:

操作说明及维护手册

第五部分:

产品运行条件

第六部分:

中频炉系统安装说明

第七部分:

附图

 

 

第一部分中频感应加热炉技术说明

一、技术参数

1.中频加热炉主要技术参数:

输入电压:

AC380V,3P+N

额定功率:

1000Kw,500Kw

频率范围:

500Hz~1KHz

工件温度:

<1600℃

输出电压:

750V

2.设备运行要求:

海拔高度:

<3000米

环境温度:

5-42℃

相对温度:

<90%(平均温度不低于20℃)

环境要求:

周围无导电尘埃,爆炸性气体及严重破坏金属和绝缘的腐蚀性气体无明是的震动和颠簸)。

安装方式:

户内。

二、控制技术特点简介

1.采用先进的第五代智能控制器,已广泛用于各种金属的熔炼、保温及感应加热设备的电源控制。

2.控制器为单板全集成控制板,全数字电路,具有可靠性高、精确性高及调试维护容易的特点。

3.先进的扫频式它激零电压启动技术,启动成功率达100%。

4.逆变控制借鉴美国、日本等国外先进控制技术,自行开发的逆变控制板,具有极强的抗干扰能力。

5.自动跟随负载变化,运行时具有非故障性的自动再启动功能以及功率自动调节功能。

6.具有理想的限流、限压,特有的关断时间或逆变角控制,保证设备可靠运行。

7.具有完善的多级保护系统(水压、缺相、欠压、过流、过压、关断时间、直通、操作联锁等)。

8.具有较高的逆变效率,1000Hz以下效率大于90%。

9.配备有光纤测温传感器,监测工件温度,并实现自动控制。

第二部分中频感应炉炉体使用说明

一、结构简介

1.炉体部分

中频炉机械部分由炉体、水电引入系统等组成。

1.1炉体

炉体包括炉壳、感应器等。

1)炉壳:

采用钢制骨架、耐火材料封装,结构紧凑,维修方便。

2)感应器:

感应器是炉体的心脏,它不仅直接影响到功率的吸收,其设计的合理性及制造质量直接影响到使用寿命。

由我们生产的感应器具有以下特点:

a)感应器参数由计算机优化设计,并经过现场反复测试比较,不断改进,选择最佳的尺寸参数制作。

b)感应器均采用厚壁优质T2紫铜管,在专用工装上绕制成型,在工艺及设备上保证了制造质量及线圈内壁的平整性,进一步提高了炉体的使用寿命。

c)感应器匝间距通过足够数量的环氧立柱加以固定,使感应线圈成为一体,从而减少工作时的震动和噪音。

1.2水电引入系统

1)炉体水路互相并联,通常采用开启式软化水冷却水。

2)水电引入均采用后出线形式,减少了线路损耗,提高了水冷电缆的使用寿命。

3)水系统在总进水管上装有水压力传感器,缺水保护,自动停机,保证设备的正常运行。

二、中频电源简介

1.中频电源电柜

采用上进下出线。

柜内布置简洁合理,主电路与控制电路隔离,易损件更换方便,有必要的安全保护措施。

2.主电路

本电源采用可控硅并联谐振电路,它具有可靠性高,保护容易,且逆变桥对触发脉冲有一定的容错能力,较之串联谐振电路和IGBT电源易于实现短路保护。

逆变可控硅选用国产品牌,电流电压的储备数≥2.5倍,整流元件选用国产优质品牌,所有可控硅都是经过严格的72小时连续高温阻断和全动态测试,使装机元件具有极高的可靠性;对元件的外部收参数进行瞬间动态优化筛选,从而使换相尖峰电压对元件造成的不可逆劣化减少到最小,从根本上提高了设备的使用寿命。

3.电容器

选用国产优质品牌产品——新安江电力电容器厂生产的专用大容量电热电容器。

4.控制回路

1)采用全数字超大规模集成电路、单板结构,所有器件都经过高温老化筛选。

控制电路采用数字控制,抗干扰能力强,除完成常规的整流、逆变、过压、短路、限流、限压的控制功能外,还一带来有故障自诊断功能和故障延时功能。

2)采用零电压智能扫描启动电路,确保负载启动的可靠性;同时具备常规的自动重复启动功能。

3)输出功率连续可调,以满足升温、保温的需求。

4)专门设计的逆变角控制环境,可根据负载工况,通过控制逆变角实时调整等效负载阻抗,使电源和负载处于最佳匹配,使电源一直处于可能的最大出力状态,功率因数可达0.85以上,最大限度地发挥了设备的出力。

这样在整个工艺允许的工况范围内,设备可达到恒功率输出,加快了加热速度;达到额定温度后,可实现自动保温节约了电能。

5)输出功率的调节只需一只电位器,实现了“傻瓜”操作。

在生产过程中也无需对电源状态进行专人值守和除功率给定以外的其它操作。

6)电压、电流采用双闭环无差控制,不但可克服电网波动和负载变化的扰动,而且在限压限流工况时为无差调节,没有传统截压、截流工况所造成的设备出力损失。

三、使用说明书

1.用途

本产品用于加热、保温等功效,本说明书适用于500-1000KW系列中频感应加热炉。

2.产品技术参数

见相应规格的电炉总图“主要技术参数”表。

3.技术要求

1)产品应符合GB,JB4280标准中的有关规定及本企业标准要求。

2)产品下列条件正常工作。

a)海拔不超过3000米。

b)环境温度在+5~40℃。

c)相对湿度90%。

d)工作场所没有导电性尘埃和对金属绝缘材料破坏作用的腐蚀性气体。

e)冷却水质及要求:

①PH值在6~9范围。

②硬度不大于10○G(1○G等于1公斤水中含有10mgCaO{氧化钙}当量)。

③总固体体含量≤250mg/1。

工作电压V

水的电阻率Ω-cm≥

~1000

2000

>1000~2000

6000

>2000~3000

14000

④电阻率要适当的高,不同工作电压下的值为:

⑤对于中频电源的二次冷却水必须进行过滤,消除水质的各类杂质,以免堵塞冷却管道引起事故。

⑥进水温度+5~35℃;出水温度不超过55℃;过水压力0.2~0.4Mpa。

4、工作原理

本产品的工作原理就是电磁感应定律的实际应用之一。

我们将感应作一次线圈,炉内的金属作为二次线圈。

当给感应线圈通上交流电时就产生交变磁通,此磁通的大部分链着坩锅中的金属炉料,于是在炉料中产生感应电势,又由于炉料是导体且呈闭合回路,在该感应电势的作用下产生强大的感应电流I,又由于电流的趋表效应和炉料有电阻R,因此产生大量焦耳热,从而使炉料加热以至熔化。

用电热转换公表示如下:

热能公式:

W=I2Rt(焦耳)

热能公式:

Q=0.239I2Rt(卡)

式中:

I为炉料中的电流A;R为炉料电阻Ω;t为通电时间sec。

5、炉衬材料

1)本系统安装尽管不是很复杂,但要求很高。

这是因为工作场合特殊的缘故——强大的电流、水流、高温熔化金属及油压系统等皆工作在一个十分紧凑的矛盾环境中,特别是炉衬制造质量、维护水平及操作人员的责任心都会影响炉衬寿命。

所以,必须引起高度重视、这里仅就容易发生毛病的炉衬问题加以说明。

炉衬必须能耐高温,有很高的高温机械强度、良好的热化学稳定必和电气绝缘性能。

此外,还必须有较小的热膨胀系数,耐剧冷剧热性能好。

(线圈耐火胶泥必须充分干燥)

2)常用耐火水泥做炉衬。

6.养护运行及维护保养注意事项

炉子烧结构完成后,即可投入正常运行。

炉子运行中最易出问题的多在炉衬寿命方面,要求操作人员责任心强,作风严细,时刻注意检查炉衬工矿,保持整个系统处于良好状态。

1)冷却水温升状态,当用自来水时应定期检查线圈、电缆内部结垢情况,当结垢0.5mm以上时应用5%的HCI循环清洗。

2)定期检查炉体接地是否正常<4Ω。

3)经常检查炉衬侵蚀程度,做到及时修补,才能延长炉体寿命,达到经济运行。

4)经常检查感应器、电缆、汇流铜排及电气室母线等各接头处螺栓是否松动,保证导电部位接触良好,并定其除尘,保持清洁。

5)经常检查感应线圈紧固情况,防止松动。

6)若炉子较长时间停止使用,应吹出内步冷却水,防止感应线圈和管道生锈(在寒冷季节还防止冻裂线圈和管路)。

第三部分中频电源使用说明书

一、中频电源装置结构与安装简介

1.结构简介

1)装置系柜式结构,功率在500KW装置的外形尺寸为2000x1500x800mm,根据使用条件及功率等级要求另行设计。

2)装置正面仪表门上一般有直流电压表、直流电流表、中频电压表、进线电压表、功率表等。

门上有控制电源指示、中频运行指示、故障指示:

有交流合闸、交流分闸、中频启动、中频停止按钮;有控制电源开关和功率调节旋钮。

3)柜内正面左侧从上至下为整流桥和逆变桥;右侧从上至下分别为低压断路器、电流互感器、进线电感、水压继电器等。

背面左侧为平波电抗器、中间为进水积水器,右侧从上至下为换流电感。

4)逆变晶闸管的触发脉冲变压器,都靠近元件安装,并有发光管作为脉冲指示,控制电路采用我单位研制的中频电源中央控制器。

5)中频电容器的安装,分柜式和架式两种,按负载大小及装置容量不同而定。

2.安装简介

1)本装置对安装基础无特殊要求,但安装环境应参照本装置使用条件选择。

为便于检修,柜体与周围墙壁应保持1m以上距离,以保证柜门能方便开启。

2)本装置的三相电源进线和中频输出线,可以从柜顶或从柜底电缆地沟出入。

导线截面根据容量参照本装置的技术数据选择,所有导线的连接处,应保持良好的接触。

3)本装置柜内底座有接地螺栓,安装时必须注意良好的接地。

4)中频电源装置的水冷系统上水管直径一般为1.5~2寸,开路冷却的下水管道直径应略大于上水管道直径;闭路冷却系统上、下水管道直径相同。

上、下水管道均从柜外地沟引入,与分水器连接;供水压力为≥0.2Mpa。

5)一般来说,负载与变频器柜安装的距离越近越好,不应超过15m,以减少线路损耗,使负载获得最大功率。

6)电源冷却水装置,原则上应采用纯水装置,没有纯水装置的,需适当增加进水流量,功率在800kw以上的设备,均应配置适当容量的纯水冷却装置。

7)本装置三相进线铜芯电缆(或铜排)、中频输出铜排。

注:

中频输出铜排采用两根并联时,应按正负交叉连接。

二、中频电源主电路简介

图一是变频器的电路原理图,主要由整流器(VT11-VT16),滤波器(LF),逆变器(VT21-VT24),并联负载(L、C)组成。

整流器是将三相工频交流电转化成直流,滤波器是为了滤除整流电流纹波,并在整流和逆变之间隔离不同的纹波电压,逆变器将直流再变为单相中频交流,由线圈和补偿电容组成并联谐振负载。

零压启动是指在启动过程中,负载电压和电流是从零开始逐渐增长的一种软启动方式,刻启动方式对电网的电流冲击几乎为零。

图一:

主电路原理图

图二是滤波电感之前的整流输出电压波形,各种波形分别对应于相控角α为00、300、600、750。

图二:

整流输出电压波形

图三是逆变器各部分的正常工作波形。

图中(a)和(b)分别是两个对角桥臂晶闸管的门极脉冲波形;图(c)是逆变晶闸管电流波形,图中r是换相角;图(d)是逆变输出电流波形,图中虚线是基波正弦波;图(e)和图(f)分别是两对桥臂上晶闸管阴阳之间的电压波形,波形中电压为零的部分是晶闸管导通区,波形中负电压的宽度δ/ω是供晶闸管关断的恢复时间,此时间必须大于晶闸管的关断时间,才能保证逆变器可靠工作;图(g)是逆变桥直流侧的电压波形;图(h)是逆变输出的电压波形,图中φ为逆变输出电流超前输出电压的相位角。

图三:

逆变桥工作波形图

三、控制电路

1.概述

KGPS-5B恒功率晶闸管中频电源控制是本公司最新研制的新型智能控制器。

主要由电源、调节器、移相控制器,保护电路、启动演算电路、频率跟踪、逆变脉冲形成、脉冲放大及功率驱动组成。

其核心器件采用美国Altera公司生产CPLD可编程逻辑器件,经数字化编程后专门应用于晶闸管中频电源的控制,使之成为专用ASIC芯片。

由它组成的KGPS-5B新型智能控制器具有如下特点:

1)专为并联逆变器而开发。

用于各种金属的熔炼,保温及感应加热设备的电源控制。

2)单板全集成化控制器,采用数字触发,具有可靠性高、精度高、调试容易、继电元件少。

3)先进的扫频式类它激零压启动技术,无需选择启动电压和启动频率就能实现100%的成功启动。

4)逆变控制参考美国ABB、Pillar、Ajax公司,日本富士电机等国我先进控制技术,自行开发的逆变控制技术,具有极强的抗干扰能力。

5)自动跟踪负载变化,具有非故障自动再启动,自动调节负载阻抗,使电源住达到恒功率。

6)具有理想的限流、限压、精确的关断时间或逆变角控制,保证设备可靠运行。

7)具有完善的多级保护系统(水压、缺相、欠压、过流、过压、关断时间、操作联锁等)具有较高的变频效率1000H及以下大于97%。

适合100KW~3000KW/150~8000HZ中频电源。

2.主要技术参数

1)主电路进线电压:

100——660V(50Hz)(注意R8/R9/R10的匹配)。

2)供电电源:

单相AC18V/2AorDC24V/2A。

中心智能控制板KGPS-5B

3)中频电压反馈信号:

AC15~20V/15mA。

4)电流反馈信号:

AC15V/5mA三相输入。

5)整流触发脉冲移相范围:

α=0-1300。

6)整流触发脉冲不对称度:

≯10。

7)整流触发脉冲信号宽度:

≥600uS、双窄脉冲、间隔600。

8)整流触发脉冲的特性

触发脉冲峰值电压:

≥12V

触发脉冲峰值电流:

≥1A

触发脉冲前沿陡度:

≥0.5A/us

9)逆变频率:

400HZ-10KHZ.

10)逆变触发脉冲信号宽度:

1/16xf(逆变频率)

11)逆变触发脉冲的特性

触发脉冲峰值电压:

≥22V

触发脉冲峰值电流:

≥3A

触发脉冲前沿陡度:

≥2A/US

(逆变触发脉冲变压器外接)

12)最大外形尺寸:

245X175X40mm。

13)故障信号输出:

NCAC:

5A/220V;DC:

10A/28V

3.正常使用条件

1)海拔不超过2000米;

2)环境温度不低于-10℃,不高于+40℃

3)空气最大相对湿度不超过90%(20℃±5℃)

4)运行地点无导电及爆炸性尘埃,无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸气;

5)无剧烈震动和冲击。

4.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。

组成该控制器的核心集成电路为U5,型号为EPM7128SLC84-15,它是一块专用大规模数字集成电路,有3路时钟输入,35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、逆变重复启动、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,另外还有两个外部故障输入保护。

1)整流触发工作原理

本部分电路包括三相同步、相序自适应、压控时钟、数字触发、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从主回路的三相过线上取得,由R8、C5、R9、C6、R10、C7进行滤波,再经6只光电耦合器隔离,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而线性变化。

压控时钟信号输入到U5的3P,作为数字触发的时钟CLOCK1。

数字触发的特征是用计(时钟脉冲)数的办法来实现移相,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晶体管达林顿阵放大后,驱动整流脉冲变压器输出。

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,该调节器始终参与工作。

逆变角调节器(U3B)用于使逆变桥能在某一¢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¢角,此时系统完全是一个标准的电压/电流闭环系统;另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¢角给定值,使输出的中频电压增加,达到新的平衡。

此时,就有电压/电流调节器与逆变角调节器双环工作。

通过中频电压互感器取得的中频电压信号,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。

通过三相电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/电流调节器反馈信号。

3)逆变部分工作原理

逆变触发部分采用扫频式零压软起动。

只需取一路中频电压反馈信号,相当于它激转自激电路,属于平均值控制。

上于主回路上无需附加任何起动电路,不需要预充电的起动过程,因此,主回路得以简化,调试程序简单。

起动过程:

在逆变电路起动前,先以一个高于谐振频率(槽路)的它激信号去触发逆变晶闸管,当系统检测到主回路开始有直流电流时,便控制它激信号的频率由高频向低频扫描,同时继续加在主回路的直流电流,当它激信号频率上降到接近谐振频率时,中频电压便建立起来,并反馈到自动调频电路。

自动调频电路一旦投入工作,便停止它激信号的频率继续往低扫描,转由自动调频电路控制逆变引前角,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信中频电压反馈信号,此时,它激信号便会一直扫描到最低频率,重复起动电路一旦检测到它激信号进入到最低频段,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。

重复起动的周约为0.5秒。

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MOS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FVC(频率/电压变换器),驱动频率表。

FHZ微调电位器用于整定频率表的读数。

另外,当发生过电压保护时,U5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个桥臂均导通。

U4B为起动失败检测器,其输出控制U5内部重复起动电路。

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指示灯和驱动报警继电器。

通过“W2IF”微调电位器可整定过流电平。

当三相交流输入缺相时,本控制板均能对电源实现保护和指示。

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,一旦出现“缺相”故障时,除了封锁整流触发脉冲外,还驱动“QX”LED指示灯和驱动报警断电器。

为了使控制电路能够更可靠准确的运行,控制电路上还有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的,设置一个3秒钟左右的定时器,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,稳压器不稳压,亦会使控制出错。

设置一个欠压检测电路(由U1D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。

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76P,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及周围电路组成水温过高延时保护电路,延时约3秒。

输入到U5的76P,封锁整流触发脉冲,驱动“SY”LED指示灯亮和驱动报警继电器。

以上保护,只有通过复位信号,或通过关机后的再进行“上机复位”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。

5.控制板的接线端子与参数

控制板共有33个M3接线端子,端子排列图参见图一,

各端子功能表见表一。

功能

端子号

参数

故障输出

K-2

K-1

常开接点AC5A/220V,DC10A/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

11

12

13

IF

AC,三相15V

控制信号

KZ

GND

KZ悬空为运行状态,接地为停止运行和故障复位平

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:

DC0~+15V

VCCDC+15V,最大输出20mA

电源

~17V

~17V

AC17V/2AORDC24V/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

 

外故障输入

SY

SW

GND

接地为故障状态,“SY”LED灯亮,带3秒延时。

接地为故障状态,“SW”LED灯亮,带3秒延时。

外故障接地端

频率表

HZ+

HZ

VCC频率表正端

F频率表负端(5mA输出)

整流脉冲输出

G1-G6

K1-K6

接1-6#晶闸管控制板

接1-6#晶闸管阴极

6.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

中频过电压故障

GL

中频过电流故障

QY

控制板欠电压故障

QX

三相输入缺相故障

SY

水压低故障

SW

水温高故障

D9-D14

六路整流脉冲指示,正常为微亮,亮表示SCR门极接反或开路

7.电位器(调整部分)

1)W1IF最大输出电流设定电位器,当有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。

2)W2VF最大中频输出电压设定电位器,当有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。

3)W3MAX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。

4)W4MIN最小逆变引前角设定电位器,顺时针方向增大,最大调节范围约为20度至40度。

5)W5FHZ外接频率表设定电位器,顺时针方向为增大,最大调节范围3倍。

6)W6FMAX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。

8.DIP(S1)开关工作状态

开关

工作状态

DIP-1

它激频率开关:

打在OFF时是高频率;打在ON时是低频率(与FMAX电位器配合使用)

DIP-2

重复起动开关:

打在OFF时重复起动开;打在ON时重复起动关。

DIP-3

逆变角度开关:

打在OFF时小角度;打在ON时大角度。

9.调试

1)调试需准备的工具

一台20M示波器,若示波器的电源线是三芯插头时,注意“地线”千万不能接地,示波器外壳对地需绝缘,仅使用一根探头,示波器的X轴、Y轴均需较准,探头需在测试信号下补偿好。

若无高夺示波器探头,应用电阻做一个分压器,以适应600V以上的电压的测量。

一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。

2)整流部分的调试

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