MPU-8型12脉波恒功率晶闸管中频电源控制板
使用说明书

大芯片十二脉波
一、概述
MPU-8中频电源控制板，是新型双桥整流（即十二脉波）控制触发板。MPU-8中频电源控制板用于主回路采用双桥整流（见附图1）的中频电源，双桥整流中频电源可以减少运行引起的电网谐波、提高功率因数和运行效率。双桥整流中频电源必须配专用的整流变压器，其副边有△和Y两组绕组（或+15°、-15°两组绕组），分别分给两组整流桥，再经两个滤波电感之后，并联供给逆变器。
MPU-8中频电源控制板主要由电源、给定调节器、平衡调节器、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。其核心部件采用了高性能、高密度、超大规模专用MPU集成电路，使其电路除调节器外，其余均实现数字化，因此可靠性高、脉冲对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点。
二、技术参数
1、产品名称
产品名称：MPU-8十二脉波中频电源控制板
2、适用装置
适用于200HZ-1000HZ各种晶闸管并联谐振中频电源。
3、正常使用条件
3.1海拔不超过2000米。
3.2环境温度不低于-10℃，不高于+40℃。
3.3空气最大相对湿度不超过90%（20℃±5℃时）。
3.4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。
3.5无剧烈振动和冲击。
4、主要技术参数
4.1主电路进线额定电压：380V~1140V（50HZ）
4.2控制供电电源：单相18V/1A、单相6V/3A、三相18V/2A、三相18V/2A。
4.3中频电压反馈信号：AC  15V/15mA。
4.4电流反馈信号：AC  12V/5mA六相输入。
4.5整流触发脉冲移相范围：α=0~130°。
4.6整流触发脉冲不对称度：小于1°。
4.7整流触发脉冲信号宽度：≥600μS、双窄、间隔60°。
4.8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
4.9逆变频率：200HZ~2500HZ。
4.10逆变触发脉冲信号宽度：1/32×逆变频率。
4.11逆变触发脉冲特性：触发脉峰值电压：≥22V
触发脉峰值电流：≥1.5A
触发脉冲前沿陡度：≥2A/μS
4.12最大外型尺寸：335×230×40mm。
4.13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。
三、电路原理
整个控制电路除逆变末级触发单元（整流逆变脉冲板）外，做成一块印刷电路板结构。功能上包括电源、整流触发、给定调节器、平衡调节器、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U10、U11，型号为MPU，它是二块专用超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、水压低保护、水温高保护、控制板欠压保护。
1、整流触发工作原理
MPU-8双桥整流电源控制板，有两套相互独立触发部分，它们分别包括三相同步、相序自适应、压控时钟、数字触发、末级驱动等电路。
三相同步信号通过同步变压器进入控制板，再进行滤波，再经光电耦合器进行电位隔离，分别获得6个相位互差60度的矩形波同步信号，输入到U10（或U11）的输入端。
在U10（或U11）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。
U3B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U10（或U11）的3P，作为数字触发的时钟CL0K1。
数字触发的特征是用计数（时钟脉冲）的办法来实现移相，6路整流移相触发脉冲均由U10（或U11）产生。6路整流移相触发脉冲经晶体管放大后，驱动整流脉冲变压器输出。
2、给定调节器工作原理
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（U5C），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（U5A）用于使逆变桥能在某一з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U5C没有限幅，而U5A工作于限幅状态，对应的为最小逆变з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U5C开始限幅，整流桥的调节不再起作用，而U5A退出限幅状态开始工作，调节逆变角调节器的з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。
中频电压互感器过来的中频电压信号由UP1、UP2输入后，分为两路，一路由U2C进行电平转换后送到U10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。
由主回路交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、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ6输入，经二极管整流后，再分为两路，一路作为过流保护信号，另一路作为电压/电流调节器的反馈信号。
3、逆变部分工作原理
本电路逆变触发部分，采用的是归频式零压软起动，只需取一路中频电压反馈信号，无需槽路中频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，当它少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动作，转由自动调频电路控制逆变动引前角，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移钟。
由UP1和UP2输入的中频电压信号，经U4B转换成方波信号，输入到U11的12P。由U11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CMOS晶体管Q5、Q6 、Q16、Q17。U4A和U4C构成逆变压控时钟，输入到U5的83P；同时又由U9进行频压转换后用于驱动频率表。FHZ微调电位器用于整定外接频率表的读数。
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只晶闸管均导通。
U3A为起动失败检测器，其输出控制U10内部重复起动电路。
四、控制板的接线端子与参数
功  能 端子号 参      数
故障
输出 K-2
K-1 常开接点AC 5A/220V，DC 10A/28V
电压反馈
信号 UP1
UP2 VF
中频电压15V
电流反馈
信号 Ⅰ1~Ⅰ3 IF
AC，六相12V
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：DC，0-+15V
VCC  DC，+15V，最大输出20Ma
控制电源 A4、N4
A3、N3
A2、B2、C2
A1、B1、C1 单相A C  18V/1A 控制电源
单相AC  6V/3A 控制电源
三相AC  18V/2A整流脉冲电源
三相AC  18V/2A 逆变脉冲电源
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，不带延时。
外故障公共端（接地端）
频率
表 HZ+
HZ 频率表正端（+15V、5mA 输出）
频率表负端
三角侧
整流脉冲 DG1-DG6
DK1-DK6 接三角侧1-6号晶闸管控制极
接三角侧1-6号晶闸管阴极
星型侧
整流脉冲 YG1-YG6
YK1-YK6 接星型侧1-6号晶闸管控制极
接星型侧1-6号晶闸管阴极
逆变
脉冲输出 NG1-NG4
NK1-NK4 接逆变1-4号晶闸管控制极
接逆变1-4号晶闸管阴极
五、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
+24V-Z 整流脉冲+24V电源工作
+24V-N 逆变脉冲+24V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
DQX 三角侧三相输入缺相故障
YQX 星型侧三相输入缺相故障
SY 水压低故障
SW 水温高故障
六、电位器
代  号 功      能
W1 IF最大输出电流设定电位器；当有电压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 MIN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。
W4 MAX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。
W5 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。
W6 FHZ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。
W7 双桥整流桥电流的平衡调节
七、SI开关工作状态
开   关 工     作     状    态
SI-1 重复起动开关：打在ON时，重复起动开；打在OFF时，重复起动关。
SI-2 三角侧缺相保护开关：打在ON时，没有缺相保护；打在OFF时，缺相保护工作。
SI-3 星型侧缺相保护开关：打在ON时，没有缺相保护；打在OFF时，缺相保护工作。
SI-4 逆变角度开关：打在OFF时，小角度；打在ON时，大角度。
八、S2开关工作状态
开   关 工     作     状    态
S2-1、S2-2都打在OFF时 三角侧和星侧电流都不被限制
S2-1打在ON时
S2-2打在OFF时 三角侧电流被限制
S2-1打在OFF时
S2-2打在ON时 星侧电流被限制
九、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，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。
2、整流部分的调试（W1）
整流部分的调试要分开做，先做三角侧，再做星型侧。
a.三角侧整流部分的调试。
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S1-1、S1-2开关拨在OFF位置，S1-3开关拨在ON位置（取消星型侧缺相保护）；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。
送上三角侧三相供电（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A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W2微调电位器顺时针旋至最高端，（调试过程发生逆变过压时，可以提供过压保护）。主控板上的S1-1开关拨在OFF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25%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的50%左右，逆时针调节主控制板上的W1电流把馈微调电位器，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。
b.星型侧整流部分的调试。
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S1-1、S1-3开关拨在OFF位置，S1-2开关拨在ON位置（取消星型侧缺相保护）；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。
送上星型侧三相供电（可以不分相序）。
之后调试同三角侧整流部分的调试。
C.整流部分的统一调试。
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S1-1开关拨在OFF位置，S1-2、S1-3开关拨在OFF位置（恢复缺相保护）；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。
送上三角侧、星型侧六相供电（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。
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，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。
当出现直通现象时，把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，直到旋到头，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。
若三角侧和星型侧的电流不平衡，就要调节开关S2和电位器W7，使三角侧和星型侧的电流平衡。方法如下：
a.三角侧电流大，星侧电流小时：主控板上的S2-1开关拨在ON位置，S2-2开关拨在OFF位置，此时星侧电流不变，三角侧电流被限制，再通过调节电位器“W7”，改变三角侧电流被限制的强弱，从而使三角侧和星型侧的电流达到平衡。
b.当星侧电流大，三角侧电流小时：主控板上的S2-2开关拨在ON位置，S2-1、开关拨在OFF位置，此时三角侧星侧电流不变，星侧电流被限制，再通过调节电位器“W7”，改变星侧电流被限制的强弱，从而使三角侧和星型侧的电流达到平衡。
这样整流桥的测试就基本完成，可以进行逆变桥的调试。
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。
3、逆变部分的调试
（1）校准频率表（W6）
主控板上的S1开关的S1-1拨在ON位置、S1-4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W6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，这一方面是可以测得最高它激频率，另一方面是价格便宜。
（2）起振逆变器
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NG和NK接线端子接反了；再把主控板上DIP开关的S1-1拨在ON位置、S1-4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W5，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，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。
（3）整定逆引前角（W3、W4）
逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作，把DIP开关S1-1拨在ON位置、S1-4拨在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W3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S1-4开关打在ON位置，调节主控板上W4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象，应检查槽路谐振频率是否过低。
（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S1-1拨在ON位置、S1-4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。
（5）注意事项
a.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。
b.内部电路及参数的更改，恕不另行通知。
c.如果在使用中造成控制板以外的零部件损坏，概不负责。
d.MPU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。
十、其它问题
a.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，当进行额定电压的整定时，过压保护就自动设定好。若觉得不合适，可改变控制板上的R48电阻值，减小R48，过压保护电平增高；反之减小。
b.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。若觉得1.4倍不合适可改变控制板上的R51电阻值，减小R51，过流保护电平增高，反之减小。
c.额定电流整定
当整流调试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“W2  IF”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。
d.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1.3倍是合适的。