ZP-2型恒功率晶闸管中频电源控制板
使用说明书
小芯片六脉波
1、概述
ZP-2恒功率晶闸管中频电源控制板主要由电源、调节器、移相控制、保护电路、相序自适应电路、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CPLD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,具有可靠性高、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,现场调试中免去了调相序、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,达到恒功率输出,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的(此功能也可被送掉)。逆变部分的主要电路均在ZP -2大规模集成电路的内部,亦是数字电路。
ZP-2控制板全板仅有7只集成电路、6只晶体管、6只微调电位器、32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。
ZP -2控制板在设计中征求了多方面的意见,采取了有效措施,使得调试极为方便,大多数参数的都由电路内部自动设定,需要用户调整的只有6只电位器的参数设定,所以具有极强的通用性和互换性。
2、产品名称
产品名称:恒功率晶闸管中频电源控制板
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℃时)。
4.4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汽。
4.5无剧烈振动和冲击。
5、主要技术参数
5.1主电路进线额定电压:100V~660V(50HZ)(注意R10、R11、R13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 12V/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
触发脉冲前沿陡度:≥0.5A/μS
5.9逆变频率:400HZ~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 (逆变的触发脉冲变压器是外接的)
触发脉峰值电流:≥3A
触发脉冲前沿陡度:≥2A/μS
5.12最大外型尺寸:238×175×40mm。
5.13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。
6、控制板的接线端子与参数
控制板共有32个M3接线端子,端子排列图参见图一,各端子功能表见表一。
表一
功 能 |
端子号 |
参 数 |
故障
输出 |
CON1-1
CON1-2 |
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 |
CON6-1
CON6-2 |
VF
中频电压12V |
电流
反馈
信号 |
CON6-3
CON6-4
CON6-5 |
IF
AC,三相12V |
控制
信号 |
CON6-6
CON6-7 |
RST悬空为运行状态,接地为停止运行和故障复位
GND控制信号接地端(与给定共用) |
给定 |
CON6-7
CON6-8
CON6-9 |
GND给定接地端
Vg 给定:DC,0—+15V
VCC DC,+15V,最大输出20Ma |
电源 |
CON5-1
CON5-2 |
17V
AC 17V/2A |
逆变
脉冲
输出 |
CON5-3
CON5-4
CON5-5 |
+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 |
CON5-6
CON5-7 |
WP 接地为故障状态,OV灯亮,带3秒延时。
GND 接地为故障地端 |
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 |
7、发光二极管工作状态
代 号 |
发光二极管亮时指示状态 |
POWER |
控制板带电工作 |
WPL |
水压低故障 |
OC |
过电流故障 |
LV |
控制板欠电压故障 |
OV |
中频过电压故障 |
OP |
三相输入缺相故障 |
LED1-LED6 |
六路整流脉冲指示,正常为不亮或微亮,过亮表示SCR门极接反或开路 |
8、电位器
代 号 |
电位器工作状态 |
W1 IF |
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。 |
W2 VF |
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。 |
W3(θMAX) |
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(θMIN) |
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。 |
W6 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。 |
9、外形尺寸
外形24mm*17.5mm。固定孔4mm。
10、调试
10.1调试需准备的工具
一台20M示波器,若示波器的电源是三芯插头时,注意“地线”千万不能接,示波器外壳对地需绝缘,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。
10.2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IF微调电位器W1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DIP-1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报示,若有,可以检查进线快速熔断器是否损坏。
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520V左右。再把面板上的“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α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上的“给定”电位器是否接反,接反了则会出现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,去掉整流桥口的电阻性负载。把电路板上的VF微调电位器W2顺时针旋至最高端,(调试过程发生逆变过压时,可以提供过压保护)。主控板上的DIP-1开关拨在ON位置,面板上的“给定”电位器逆时旋至最小。
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,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,就不会起振了,在缓慢放大面板上“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对,特别是5A:0.1A电流互感器的原、付边是否接反,0.1A绕组上的68Ω电阻是否接上,正常的表现是随着“给定”电位器的缓慢加大,电流表的指示也跟着增大,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CON6-3、CON6-4、CON6-5三个接线端子间的电压,三个电压应该是大致相等的,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,电流表的指示应接近额定值,逆时针调节主控制板上的W1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。
需要指出的是,当平波电抗器的直流电阻较小时,在直通状态下作额定电流的整定,会出现直流电流振荡的现象,可在直流回路里串一点电阻加以解决。另外,水冷装置在作此项调试时,必须通水冷却。
当调试场地的电源供不出装置的额定电流时,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。
10.3逆变部分的调试
10.3.2起振逆变器(W6)
首先检查逆变晶闸管的门级线连接是否正确,逆变未级上的LED亮度是否正常,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CON5-5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。
把主控板上的DIP开关均拨在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W6微调电位器,使最高它激频率高于槽路谐振频率的1.2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,仍然起动不起来。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的范围内时,起动应该是很容易的。再着就是检查一下逆变晶闸管是否有损坏的。
10.3.3整定逆引前角(W3 W4)
逆变起振后,可做整定逆变引前然的工作,把DIP开关均打在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22°左右,此时中频输出电压与直流电压的比为1.2左右(若换相重叠角较大,可适当增大逆变换相引前角),此步整定的是最小逆变引前角,一般期望它尽可能的小,当然,过小的逆变换相此前角会使逆变换相失败,表现为中频电压升高时,会出现重复起动。
再把DIP-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的要求,最大逆变换相引前角亦不同,如中频装置三相输入电压为380V,额定中频输出电压为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。一般期望它尽可能的大些,这在系统输入电压偏低时,仍可保证中频输出电压到额定值,当系统输入电压偏高时,由于有电压调节器的作用,中频输出仍然不会出现过电压。
此项调试工作应在50%额定中频输出电压下进行。注意,必须先调1.2倍关系,再调1.5倍关系,否则顺序反了,会出现互相牵扯的问题。有时由于电压表不准,给调试带来错误的结论,所以应以示波器测得的引前角为准。
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。
10.3.4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DIP开关均拨在OFF位置、W2微调电位器顺时针旋至最大,把面板上的“给定”电位器顺针旋大,逆变桥工作。继续把面板上的“给定”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W2微调电位器,使输出的中频电压达到额定值。
在这项调试中,可见到这样的现象,即直流电压升到最大值后,中频输出电压却还能继续随“给定”电位器的旋大而上升。
在整定额定输出电压时,应在直流电流低于额定电流的条件下进行,否则会由于电流限幅的作用,使中频输出电压调不上去。
至此,6只微调电位器全部调完,调试告结束。
11、注意事项
11.1晶闸管装置在做绝缘耐压测试时,请取下控制板,否则可能造成控制板永久性损坏。
11.2内部电路及参数的更改,恕不另行通知。
11.3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。
11.4 CPLD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。
11.5当控制板接入主回路后,控制板上有高压电,请注意,以免触电。
12. 问题讨论
12.1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倍上,当进行定额电压整定时,过压保护就自动整定好了。若觉得1.2倍不合适,可改变控制板上的R28电阻值,减小R28,过压保护电平增高;反之减小。
12.2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1.5倍上,当进行额定电流的整定时,过流保护就自动设定好。若觉得1.5倍不合适可改变控制板上的R27电阻值,增大R27,过流保护电平增高,反之减小。
12.3额定电流整定
当10.2步骤中没有进行额定电流整定的话,可在系统运行于重负荷下,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源整定是一样的。
12.4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1.2倍是合适的。
12.5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。