BX6型原理说明书p1.docx

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BX6型原理说明书p1

BX6型恒功率晶闸管中频电源控制板原理说明书

一、概述

BX6型恒功率晶闸管中频电源控制板，是本公司开发研制的新型控制板，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。

其核心部件采用高性能、高密度、大规模专用集成电路，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，而且具有可靠性高、脉冲对称度好、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，现场调试中免去了调相序、对同步的工作，仅需把共阳极KP晶闸管的阴极线接入控制板相应的接线端子上，整流部分便能投入运行。

逆变器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，使启动成功率到100%。

频率跟踪电路采用的是平均值取样方案，提高了逆变的抗干扰能力，而且仅需取样中频电压信号，而无需取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烦恼。

因此，在调试和使用过程中，也不会由于中频输出线或取样电流互感器的相位接反，而造成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，达到恒功率输出、“快速熔炼”的效果。

从而节时、节电、提高网侧功率因数。

逆变部分的主要电路均在BXIC大规模集成电路的内部，亦是数字电路。

BX6型控制板全板仅有6个通用集成电路和1个专用集成电路、6只微调电位器、33个引出端子，安装十分方便，适用于各种规格的晶闸管并联谐振中频电源。

BX6型恒功率晶闸管中频电源控制板分BX6A和BX6B两种，两者的控制原理、元件布局、编号及板面尺寸相同。

唯一的区别在于BX6A板上带有整流脉冲变压器，BX6B板上没有整流脉冲变压器，整流脉冲变压器必须外接，同步信号需从“A”、“B”、“C”三个端子接入，功放驱动元件由IC5（2003）改为Q101-Q106（TIP41）。

因驱动功率增大故适用于触发多只可控硅线路，如双整流桥6脉波的晶闸管中频电源。

二、产品名称

产品名称：

BX6型恒功率晶闸管中频电源控制板。

三、适用装置

适用于200HZ-8KHZ晶闸管并联谐振中频电源。

四、正常使用条件

 a）海拔不超过2000米。

 b）环境温度不低于-10℃，不高于＋40℃。

 c）空气最大相对湿度不超过90%（20℃±5℃时）。

 d）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汽。

 e）无剧烈振动和冲击。

五、主要技术参数

 1）主电路进线额定电压：

100V-1000V（50HZ）（注意R3、R7、R11的匹配）。

 2）控制板供电电源：

单相17V/2A。

 3）中频电压反馈信号：

AC　15V/15mA。

 4）电流反馈信号：

AC　12V/5mA三相输入。

 5）整流触发脉冲移相角调节范围：

α＝0-130°。

 6）整流触发脉冲不对称度：

小于1°。

 7）整流触发脉冲宽度：

≥600us、双窄、间隔60°。

 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

　　　　　　　　　　触发脉冲前沿陡度：

≥0.5A/µS

 9）逆变频率：

200HZ-10KHZ。

 10）逆变触发脉冲宽度：

1/16f（f-逆变频率）。

 11）逆变触发脉冲特性：

触发脉冲峰值电压：

≥22V

　　　　　　　　　　触发脉冲峰值电流：

≥1.5A

　　　　　　　　　　触发脉冲前沿陡度：

≥2A/µS

（逆变触发脉冲变压器外接）

 12）最大外型尺寸：

245×177×40mm。

 13）故障信号输出：

控制板在检测到故障信号时，输出一组接点信号，该接点容量为AC：

5A/220V　　DC：

10A/28V。

六、电路原理

 整个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IC6，型号为BXIC，它是一块专用大规模数字集成电路，内部功能包括整流移相触发、相序自适应、逆变计数触发、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、外部故障保护、控制系统欠压保护等。

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、压控时钟、计数触发、末级驱动等电路。

三相同步信号直接由晶闸管的阴极引线K4、K6、K2从主回路的三相进线上取得，由R3、C1、R7、C2、R11、C3进行移相滤波，再经6只光电藕合器进行电位隔离，获得6个相位互差60度的矩形波同步信号，输入到IC6的5P、6P、7P、8P、9P、10P。

在IC6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。

IC1C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。

压控时钟输出信号输入到IC6的11P，作为数字触发的时钟CLOK1。

数字触发的特征是用调节计数（时钟脉冲）周期的办法来实现移相，6路整流相触发脉冲均由IC6产生，6路整流移相触发脉冲经IC5隔离放大后，驱动整流脉冲变压器输出。

2、调节器工作原理

控制板上设有2个调节器：

中频电压/电流调节器和逆变引前角调节器。

其中电压/电流调节器IC3C，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IC3B是一个比例调节器，用于使逆变桥能在某一β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IC3D没有限幅，而IC3A工作于限幅状态，对应的逆变角为最小逆变角，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IC3D开始限幅，整流触发的计数脉冲频率不再变化，整流桥的调节不再起作用，而IC3A退出限幅状态工作，逆变角调节器开始起调节作用，使输出的中频电压增加，在新的β角下达到新的平衡，此时，电压/电流调节器与逆变角调节器双环工作。

取自中频电压互感器的中频电压信号由UP1、UP2输入后，分为两路，一路由IC1A进行电平转换后关这到IC6的30P，另一路经D7-D10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，经二极管D11-D16整流后，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。

3、逆变触发及启动演算工作原理

逆变触发部分采用的是扫频式零压软起动，只需取中频电压反馈信号，无需槽路中电容器上的电流信号，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。

起动过程大致是这样的，在逆变电路起动前，先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时，便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往低扫描过程，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捕捉住中频电压反馈信号，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。

重复起动的周期约为0.5秒。

由UP1和UP2输入的中频电压信号，经IC1A转换成方波信号，输入到IC6的30P。

由IC6的15P、16P输出的逆变触发信号，经IC7放大后，驱动逆变触发功率放大管Q5、Q6。

IC4B和IC4C构成逆变压控时钟，输入到IC6的33P；IC7的15P输出经频压转换后驱动频率表。

W5微调电位器用于校正外接频率表的读数。

另外，当发生过电压保护时，IC6内部的过电压保护振荡器起振，输出2倍最高逆变频的触发脉冲，使逆变桥的四个桥臂晶闸管均导通。

IC4B为起动失败检测器，其输出接到IC6的28P控制内部重复起动电路。

过电流保护信号经晶体管Q3，送到IC6的20P，封锁整流触发脉冲，驱动“过流”LED指示灯和驱动报警继电器。

通过W1微调电位器可整定过流电平。

当三相交流电源输入缺相时，本控制板能对电源实现保护和指示。

其原理是：

由4号、6号、2号晶闸管的阴极K4、K6、K2分别取A、B、C三相电压信号，经过光电耦合器的隔离送到IC6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“缺相”LED指示灯以及报警继电器。

为了使控制电路能够更可靠稳定的运行，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的，故设置一个3秒钟左右的定时器。

控制板通电后需等预定时间到了才允许输出触发脉冲。

这部分电路由IC2B及其外围元件构成。

若由于某种原因造成控制扳上直流供电电压过低，稳压器不能稳压，亦会使控制出错。

又设置一个欠压检测电路，由IC2A及其外围元件组成，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“控制电压低”LED指示灯和驱动报警继电器。

自动重复起动电路在IC6内部。

微动开关S1-3用于关闭或打开自动重复起动电路。

中频过电压信号经晶体管Q2，输入到IC6的29P，封锁整流触发脉冲；驱动“过压”LED指示灯和报警继电器；调节“W2”微调电位器可整定过压电平。

IC4D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IC6的27P，封锁整流触发脉冲，驱动“水压低”LED指示灯和报警继电器。

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RST、GND输入，闭合状态为复位/暂停状态。

七、控制板的接线端子与参数

控制板共有33个接线端子，端子排列图参见表一

表一

功能

端子号

参数

故障

输出

JK1

JK2

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

中频电压15V

电流

反馈

信号

I1

I2

I3

AC，三相12V

控制

信号

RST

GND

RST悬空为运行状态，接地为停止运行和GND控制信号接地端（与给定共用）

给定

GND

Ug

+15V

GND给定接地端

Ug给定：

DC，0-15V

VCC　DC　＋15V，最大输出20mA

电源

18V1

18V2

AC　17V/1A

逆变

脉冲

输出

UE

UA

UB

＋22V逆变输出公共端　　E端

逆变脉冲输出端

逆变脉冲输出端

外部

故障

输入

WP

GND

接地为故障状态，“水压低”LED灯亮，带3秒延时

外部故障公共端（接地端）

频率表

HZ+

ZH-

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

八、发光二极管工作状态

代　号

发光二极管亮时指示状态

POWER

控制板＋5V电源工作

过压

中频过电压故障

过流

中频过电流故障

电压低

控制板欠电压故障

缺相

三相输入缺相故障

水压低

水压低故障

LED1-LED6

六路整流脉冲指示

九、电位器

代　号

电位器工作状态

电流整定

W1

最大电流设定电位器。

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。

电压整定

W2

最大中频电压设定电位器。

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。

最大角整定

W3

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。

最小角整定W4

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。

频率表校正

W5

外接频率表校正电位器，顺时针方向为读数增大，最大调节范围约3倍。

扫频频率

W6

最大它激频率设定电位器，顺时针方向为增大，最大调节范围约2倍。

十、DIP（S1）开关工作状态

开关

工作状态

S1-1

它激频率调节开关：

打在OFF时频率高；打在ON时，频率低（与W6电位器配合使用）。

S1-2

逆变角度开关：

打开OFF时自动调角运行；打在ON时，自动调角关闭，可进行最大角整定。

S1-3

重复起动开关：

打在OFF时，重复起动开；打在ON时，重复起动关。

十一、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，示波器外壳对地需绝缘，使用单踪探头，示波器的X轴、Y轴均需校准，探头需在测试信号下补偿好。

若无高压探头，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。

2、整流部分的调试

为了调试的安全，调试前，应该使逆变桥不工作。

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。

电路板上的“W1”微调电位器顺时针旋至最高端，（调试过程发生短路时，可以提供过流保护），主控板上的S1-3开关拨在ON位置；用示波器做好测量整流桥输出直流电压波形的准备；把面板上的“给定”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指示，若有，应找出原因。

把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，直流电压波形应该几乎全放开（a=0°）,6个波头都全在，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。

再把面扳上的“给定”电位器逆时针旋至最小，直流电压波形几乎全关闭，此时的a角约为120°，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，发现出不来6个整流波头，则应检查6只整流晶闸管的序号是否接错，晶闸管的门极线是否接反或短路。

在此调试过程中也检查了面板上的“给定”电位器是否接反，接反了则会出现一上电直流电压几乎为最大，只有把“给定”电位器顺时针旋到头时，直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，去掉整流桥直流口的电阻性负载。

把电路板上的“W2”微调电位器顺时针旋至最高端，（调试过程中发生逆变过压时，可以提供过压保护）。

主控板上的S1-3开关拨在ON位置，面板上的‘给定’电位器逆时针旋至最小。

上电数秒钟后，把面板上的“给定”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，可在停电的状态下把中频电压互感器的20V绕组的输出线对调一下，就不会起振了。

在缓慢旋大面板上“给定”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“给定”电位器逆时针旋到底，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。

正常的当表现是随着“给定”电位器的缓慢加大，电流表的指示也跟着缓慢增大，　当停止旋转“给定”电位器时，电流表的指示能稳定的停在某一刻度上。

当出现直通现象时，把面板上的“给定”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，三个电压应该大致相等的。

若相差太大，说明电流互感器的同名端接错，必须改对，否则会影响电流调节器的正常工作。

继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋到头，调节主控制扳上的“W1”电流反馈微调电位器，使电流表指示到额定输出电流，完成了额定电流的整定。

这样整流桥的调试就基本完成，可以进行逆变桥的调试了。

当调试场地的电源无法提供装置的额定电流时，额定电流的整定，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。

3、逆变部分的调试

3.1、校准频率表

主控板上的S1开关的S1-3投在ON位置、S1-2拨在OFF位置，面板上的“给定”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，调节W5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制的频率表，

3.2、启动逆变器

检查逆变晶闸管的触发线连接是否正确。

把主控板上的S1开关的S1-3拨在OFF位置、S1-2拨在OFF位置，把面板上的“给定”电位器逆时针旋到底，调节控制板上的“W　6”微调电位器和S1-1，使最高它激频率高于槽路谐振频率的1.4倍，“W3、W4”微调电位器旋在中间位置。

把面板上的“给定”电位器顺时针稍微旋大，这时它激频率开始从高往低扫描（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绕组的输出线对调一下。

若把中频电压互感器20V绕组的输出线对调后，仍然不能起动，此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倍的范围内时，起动应该是极容易的。

再有就是检查一下逆变晶闸管是否有损坏的。

3.3、整定逆引前角

逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作。

把S1开关的S1-3打在OFF位置，S1-2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S1-2开关打在ON位置，调节主控板上“W3”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要求，确定不同逆变引前角。

若中频电压要求为750V时，则要求最大逆变换相引前角在42°左右，此时，中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角，应检查槽路谐振频率是否过低。

3.4、额定输出电压的整定（W2）

在轻负荷的情况下整定额定输出电压。

把主控板上的S1-3打在OFF位置、S1-2拨在OFF位置，“W2”微调电位器顺时针旋到底，把面板上的‘给定’电位器顺针旋大，此时输出的中频电压接近额定值，逆时针调节“W2”微调电位器，使输出的中频电压达到额定值。

十二、注意事项

 1、晶闸管装置在做绝缘耐压测试时，请取下控制板。

 2、内部电路及参数的更改，恕不另行通知。

 3、如果在使用中造成控制板以外的零部件损坏，本公司概不负责。

 4、BXIC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，为保证器件的安全，因此忌用万用表直接测量器件的引脚。

十三、其它问题

1、过压保护

控制电路上已经把过压保护电平固定在额定输出电压的1.2倍，若不合适，可改变控制板上的R28电阻值。

减小R28，过压保护电平增高；反之降低。

2、过流保护

控制电路上已经把过流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时，过流保护就自动设定好了。

若觉得1.4倍不合适可改变控制扳上的R27电阻值，减小R27，过流保护电平增高，反之降低。

3、额定电流整定

当13.2步骤中没有进行额定电流整定的话，可在系统运行于重荷下，逆时针调节控制板上的“W1”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流整定是一样的。

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“拽着”而不能正常运行。

它激频率高于槽路可能出现的最高谐振频率1.3倍是合适的。

5、恒功率输出

对熔炼负载来说，恒功率输出是很重要的，要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，同时负载阻抗的匹配也很重要。

即使不是熔炼负荷，这样做也有利于提高整流的功率因数。