ZP-2f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-2f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-2f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 -2f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）（注意三个电阻的匹配）

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

端子标记	功    能	参    数
1、2	故障输出	常开点AC、5A/220V、DC10A/28V
Vf	电压反馈信号	中频电压12V
If	电流反馈信号	AC三上12V
RST	复位	悬空为运行状态，接地为停止运行和故障复位。
GND	电源地	GND给定接地与复位共用。
Vg	给定	DC：0—15V
Vcc	Dc+15V	最大输出20mA
~17V	板子电源	AC17V/2A
+22V	逆变输出	逆变输出公共端E端
UA UB	逆变	逆变输出端15A
WP、GND	水压检测	接地为故障状态，
VCC F	频率表	Vcc频率表正端 F频率表负端（5mA输出）
6个22V	整流输出公共端	接整流脉冲板公共端
M1-M6	整流输出	接整流脉冲板MC端
A B C	三相同步相序信号输入	注意电阻匹配

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

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。
W5   F	外接频率表设定电位器，顺时针方向为读数增大，最大调节范围约3倍。
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：24mm *14.5mm，固定孔：5mm。

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。