1、1 BX6 型 恒功率晶閘管中頻電源控制板 原理說明書 一、概述 BX6型恒功率晶閘管中頻電源控制板，是本公司開發研制的新型控制板，主要由電源、調節 器、移相控制電路、保護電路、啟動演算電路、逆變頻率跟蹤、逆變脈沖形成、脈沖放大及 脈沖變壓器組成。其核心部件采用高性能、高密度、大規模專用集成電路， 使其電路除調節 器外， 其余均實現數字化。整流觸發器部分不需要任何調整， 而且具有可靠性高、 脈沖對稱 度好、抗干擾能力強、反應速度快等特點，又由于有相序自適應電路，無需同步變壓器，所 以，現場調試中免去了調相序、對同步的工作，僅需把共陽極 KP晶閘管的陰極線接入控制 板相應的接線端子上，整流部分便

2、能投入運行。 逆變器采用掃頻式零壓軟啟動方式， 啟動性能優于普通的零壓軟啟動電路， 并設有自動重復 啟動電路，使啟動成功率到 100%。頻率跟蹤電路采用的是平均值取樣方案，提高了逆變的 抗干擾能力， 而且僅需取樣中頻電壓信號， 而無需取槽路電容器的電流信號， 免去了外接中 頻電流互感器、 確定取樣電流相位的煩惱。因此， 在調試和使用過程中，也不會由于中頻輸 出線或取樣電流互感器的相位接反，而造成中頻電源不能啟動的問題。 逆變電路中還加有逆變角調節電路， 可以自動調節負載阻抗的匹配， 達到恒功率輸出、 “快 速熔煉”的效果。從而節時、節電、提高網側功率因數。逆變部分的主要電路均在 BXIC大 規

3、模集成電路的內部，亦是數字電路。 BX6型控制板全板僅有 6個通用集成電路和1個專用集成電路、6只微調電位器、33個引出 端子，安裝十分方便，適用于各種規格的晶閘管并聯諧振中頻電源。 BX6型恒功率晶閘管中頻電源控制板分 BX6A和BX6B兩種，兩者的控制原理、元件布局、編 號及板面尺寸相同。唯一的區別在于 BX6A板上帶有整流脈沖變壓器， BX6B板上沒有整流脈 沖變壓器，整流脈沖變壓器必須外接，同步信號需從“ A”、“ B”、“ C三個端子接入， 功放驅動元件由IC5(2003)改為Q101-Q106(TIP41 )。因驅動功率增大故適用于觸發多只 可控硅線路，如雙整流橋 6 脈波的晶閘管

4、中頻電源。 二、產品名稱 產品名稱：BX6型恒功率晶閘管中頻電源控制板。 三、 適用裝置 適用于200HZ-8KHZ晶閘管并聯諧振中頻電源。 四、 正常使用條件 a) 海拔不超過 2000 米。 b） 環境溫度不低于-10C，不高于+ 40C。 2 c） 空氣最大相對濕度不超過 90%（20C 5C時）。 d） 運行地點無導電及爆炸性塵埃，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽。 e） 無劇烈振動和沖擊。 五、主要技術參數 I ）主電路進線額定電壓： 100V-1000V （ 50HZ）（注意 R3 R7、R11的匹配）。 2） 控制板供電電源：單相 17V/2A。 3） 中頻電壓反饋信號： AC

5、15V/15mA。 4 ）電流反饋信號：AC 12V/5mA三相輸入。 5） 整流觸發脈沖移相角調節范圍： a = 0-130。 6） 整流觸發脈沖不對稱度：小于 1。 7） 整流觸發脈沖寬度：600us、雙窄、間隔 60。 8 ）整流觸發脈沖特性：觸發脈沖峰值電壓：12V 觸發脈沖峰值電流：1A 觸發脈沖前沿陡度：0.5A/（1S 9） 逆變頻率： 200HZ-10KHZ。 10） 逆變觸發脈沖寬度： 1/16f （f- 逆變頻率）。 II ）逆變觸發脈沖特性：觸發脈沖峰值電壓： 22V 觸發脈沖峰值電流：1.5A 觸發脈沖前沿陡度：2A/ S （逆變觸發脈沖變壓器外接） 12 ）最大外型尺

6、寸：245 X 177 X 40mm 13 ）故障信號輸出：控制板在檢測到故障信號時，輸出一組接點信號，該接點容量為 AC： 5A/220V DC： 10A/28V。 六、電路原理 整個電路除逆變末級觸發單元外， 做成一塊印刷電路板結構。 功能上包括電源、 整流觸發、 調節器、逆變觸發、啟動演算等，除調節器為模擬運算電路外，其余均為數字電路。 組成該控制板的核心集成電路為 IC6 ,型號為BXIC,它是一塊專用大規模數字集成電路， 內 部功能包括整流移相觸發、相序自適應、逆變計數觸發、逆變引前角鎖定、逆變重復起動、 過流保護、過壓保護、缺相保護、外部故障保護、控制系統欠壓保護等。 1、整流觸發

7、工作原理 這部分電路包括三相同步、相序自適應、壓控時鐘、計數觸發、末級驅動等電路。 三相同步信號直接由晶閘管3 的陰極引線 K4、K6、K2 從主回路的三相進線上取得， 由 R3、C1、 R7、C2 R11、C3進行移相濾波，再經 6只光電藕合器進行電位隔離，獲得 6個相位互差60 度的矩形波同步信號，輸入到 IC6 的 5P、 6P、 7P、 8P、 9P、 10P。 在 IC6 的內部有相序自適應電路，確保了中頻電源的三相交流輸入可以不分相序。 IC1C及其周圍電路構成壓控時鐘，其輸出信號的周期隨調節器的輸出電壓 VK而線性變化。 壓控時鐘輸出信號輸入到 IC6的11P,作為數字觸發的時鐘

8、 CLOK1 數字觸發的特征是用調節計數（時鐘脈沖）周期的辦法來實現移相， 6 路整流相觸發脈沖均 由 IC6 產生， 6 路整流移相觸發脈沖經 IC5 隔離放大后，驅動整流脈沖變壓器輸出。 2、 調節器工作原理 控制板上設有 2 個調節器： 中頻電壓 / 電流調節器和逆變引前角調節器。 其中電壓 / 電流調節 器IC3C，是常規的PI調節器，在啟動和運行的整個階段，該環始終參與工作，逆變角調節 器IC3B是一個比例調節器，用于使逆變橋能在某一 3角下穩定的工作。 調節器電路的工作過程可以分為兩種情況： 一種是直流電壓沒有達到最大值的時候， 即 IC3D 沒有限幅， 而 IC3A 工作于限幅狀

9、態，對應的逆變角為最小逆變角，此時系統完全是一個標 準的電壓/電流閉環系統；另一種情況是直流電壓已到最大值， 即IC3D開始限幅，整流觸發 的計數脈沖頻率不再變化，整流橋的調節不再起作用，而 IC3A 退出限幅狀態工作，逆變角 調節器開始起調節作用，使輸出的中頻電壓增加，在新的 3 角下達到新的平衡，此時，電 壓/ 電流調節器與逆變角調節器雙環工作。 取自中頻電壓互感器的中頻電壓信號由 UP1、UP2輸入后，分為兩路，一路由IC1A進行電平 轉換后關這到IC6的30P，另一路經D7-D10整流后，又分為兩路，一路送到電壓 /電流調節 器，另一路送到過電壓保護。 由主回路電流互感器取得的電流信號

10、，先在外部轉換成電壓信號，從 I1 、I2 、I3 輸入，經 二極管 D11-D16 整流后，分為兩路，一路作為過流保護信號，另一路作為電壓 /電流調節器 的反饋信號。 3、 逆變觸發及啟動演算工作原理 逆變觸發部分采用的是掃頻式零壓軟起動， 只需取中頻電壓反饋信號， 無需槽路中電容器上 的電流信號， 其本質上相當于它激轉自激電路， 屬于平均值反饋電路。 由于主回路上無需附 加任何起動電路，不需要預充磁或預充電的起動過程，因此， 主回路得以簡化，調試過程簡 單。 4 起動過程大致是這樣的， 在逆變電路起動前， 先以一個高于槽路諧振頻率的它激信號去觸發 逆變晶閘管， 當電路檢測到主回路開始有直流

11、電流時， 便控制它激信號的頻率從高向低掃描。 同時繼續加大主回路的直流電流， 當它激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時， 中頻電壓便 建立起來， 并反饋到自動調頻電路。 自動調頻電路一旦投入工作， 便停止它激信號的頻率往 低掃描過程，轉由自動調頻電路控制逆變引前角，使設備進入穩態運行。 若一次起動不成功， 即自動調頻電路沒有捕捉住中頻電壓反饋信號， 此時， 它激信號便會一 直掃描到最低頻率， 重復起動電路一旦檢測到它激信號進入到最低頻段， 便進行一次再起動， 把它激信號再推到最高頻率，重新掃描一次，直至起動成功。重復起動的周期約為 0.5 秒。 由UP1和UP2輸入的中頻電壓信號，經 IC1A轉

12、換成方波信號，輸入到 IC6的30P。由IC6 的15P、16P輸出的逆變觸發信號，經 IC7放大后，驅動逆變觸發功率放大管 Q5 Q& IC4B 和IC4C構成逆變壓控時鐘，輸入到 IC6的33P； IC7的15P輸出經頻壓轉換后驅動頻率表。 W5微調電位器用于校正外接頻率表的讀數。 另外，當發生過電壓保護時， IC6 內部的過電壓保護振蕩器起振，輸出 2倍最高逆變頻的觸 發脈沖，使逆變橋的四個橋臂晶閘管均導通。 IC4B 為起動失敗檢測器，其輸出接到 IC6 的 28P控制內部重復起動電路。 過電流保護信號經晶體管 Q3,送到IC6的20P,封鎖整流觸發脈沖，驅動“過流” LED指

13、示 燈和驅動報警繼電器。通過 W1微調電位器可整定過流電平。 當三相交流電源輸入缺相時， 本控制板能對電源實現保護和指示。 其原理是： 由 4 號、 6 號、 2號晶閘管的陰極 K4、K6、K2分別取A、B、C三相電壓信號，經過光電耦合器的隔離送到 IC6 進行檢測和判別，一旦出現“缺相”故障時，除了封鎖整流觸發脈沖外，還驅動“缺 相” LED指示燈以及報警繼電器。 為了使控制電路能夠更可靠穩定的運行， 控制電路上還設置了啟動定時器和控制電源欠壓檢 測保護。在開機的瞬間， 控制電路的工作是不穩定的，故設置一個 3秒鐘左右的定時器。控 制板通電后需等預定時間到了才允許輸出觸發脈沖。 這部分電路由

14、 IC2B 及其外圍元件構成。 若由于某種原因造成控制扳上直流供電電壓過低， 穩壓器不能穩壓， 亦會使控制出錯。 又設 置一個欠壓檢測電路，由 IC2A及其外圍元件組成，當 VCC電壓低于12.5V時便封鎖整流觸 發脈沖， 防止不正確的觸發， 同時點亮“控制電壓低” LED 指示燈和驅動報警繼電器。 自動重復起動電路在 IC6 內部。微動開關 S1-3 用于關閉或打開自動重復起動電路。 中頻過電壓信號經晶體管 Q2,輸入到IC6的29P,封鎖整流觸發脈沖；驅動“過壓” LED指5 示燈和報警繼電器；調節“ W2微調電位器可整定過壓電平。 IC4D及周圍電路組成水壓過低延時保護電路， 延時時間約

15、3秒。輸入到IC6的27P,封鎖整 流觸發脈沖，驅動“水壓低” LED指示燈和報警繼電器。 以上保護，只有通過復位信號，或通過關機后再開機進行“上電復位”方可再運行。 復位開關信號由 RST GND輸入，閉合狀態為復位/暫停狀態。 七、控制板的接線端子與參數 控制板共有33個接線端子，端子排列圖參見表一 表 功能 端子 號 參數 故障 輸出 JK1 JK2 常開接點 AC 5A/220V DC 10A/28V 常開接點的定觸頭，接電源 N線 電壓 反饋 信號 UP1 UP2 中頻電壓15V 電流 反饋 信號 11 12 13 AC,三相12V 控制 信號 RST GND RST懸空為運行狀態，

16、接地為停止運行和 GNE控制信號接地端（與給定共用） 給定 GND Ug +15V GND給定接地端 Ug 給定：DC 0-15V VCC DC + 15V,最大輸出 20mA 電源 18V1 18V2 AC 17V/1A 逆變 脈沖 輸出 UE UA UB + 22V逆變輸出公共端 E端 逆變脈沖輸出端 逆變脈沖輸出端 外部 故障 輸入 WP GND 接地為故障狀態，“水壓低” LED燈亮，帶3秒延時 外部故障公共端（接地端） 頻率 表 HZ+ ZH- 頻率表正端（+ 15V、5mA輸出） 頻率表負端 整流 脈沖 輸出 G1-G6 K1-K6 接1-6號晶閘管控制極 接1-6號晶閘管陰極 6

17、 八、發光二極管工作狀態 代號 發光二極管亮時指示狀態 POWER 控制板+ 5V電源工作 過壓 中頻過電壓故障 過流 中頻過電流故障 電壓低 控制板欠電壓故障 缺相 三相輸入缺相故障 水壓低 水壓低故障 LED1-LED6 六路整流脈沖指示 九、電位器 代號 電位器工作狀態 電流整定 W1 最大電流設定電位器。當有電流反饋時，可設定最大輸出電流，順時 針方向為最小，最大調節氾圍約 2倍。 電壓整定 W2 最大中頻電壓設定電位器。當有電壓反饋時，可設定最大中頻輸出電 壓，順時針方向為最小，最大調節范圍約 2倍。 最大角整定 W3 最大逆變引前角設定電位器，順時針方向為增大，最大調節范圍約為 4

18、0度至60度。 最小角整定W4 最小逆變引前角設定電位器，順時針方向為增大，最大調節范圍約為 20度至40度。 頻率表校正 W5 外接頻率表校正電位器，順時針方向為讀數增大，最大調節范圍約 3 掃頻頻率 W6 最大它激頻率設定電位器， 順時針方向為增大，最大調節范圍約2倍。 十、DIP ( S1)開關工作狀態 開關 工作狀態 S1-1 它激頻率調節開關：打在 OFF時頻率高；打在 ON時，頻率低(與 W6 電位器配合使用)。 S1-2 逆變角度開關：打開 OFF時自動調角運行；打在 ON時，自動調角關 閉，可進行最大角整定。 S1-3 重復起動開關：打在 OFF時，重復起動開；打在 ON時，重

19、復起動關。 7 十一、調試 1、調試需準備的工具 一臺20M示波器，若示波器的電源線是三芯插頭時， 注意“地線”千萬不能接， 示波器外殼 對地需絕緣，使用單蹤探頭，示波器的 X軸、Y軸均需校準，探頭需在測試信號下補償好。 若無高壓探頭，應用電阻做一個分壓器， 以適應600V以上電壓的測量。一個W 500 Q、500W 的電阻性負載。 2、整流部分的調試 為了調試的安全，調試前，應該使逆變橋不工作。例如：把平波電抗器的一端斷開，再在整 流橋直流口接入一個W 500 500W的電阻性負載。電路板上的“ W1微調電位器順時針 旋至最高端，（調試過程發生短路時，可以提供過流保護），主控板上的 S1-3

20、 開關撥在 ON 位置；用示波器做好測量整流橋輸出直流電壓波形的準備； 把面板上的“給定”電位器逆時 針旋至最小。 送上三相供電（可以不分相序）檢查是否有缺相報警指示，若有，應找出原因。 把面板上的“給定”電位器順時針旋大，直流電壓波形應該幾乎全放開（ a=0） ,6 個波頭 都全在，若中頻電源為380V輸入，此時的直流電壓表應為指示在 530V左右。再把面扳上的 “給定”電位器逆時針旋至最小，直流電壓波形幾乎全關閉，此時的 a 角約為 120，輸出 直流波形在整個移相范圍內應該是連續平滑的。 若在調試中， 發現出不來 6個整流波頭， 則應檢查 6只整流晶閘管的序號是否接錯， 晶閘管 的門極線

21、是否接反或短路。 在此調試過程中也檢查了面板上的“給定”電位器是否接反， 接反了則會出現一上電直流電 壓幾乎為最大，只有把“給定”電位器順時針旋到頭時，直流電壓才會減小的現象。 在停電狀態下， 把逆變橋接入， 使逆變觸發脈沖投入，去掉整流橋直流口的電阻性負載。把 電路板上的“ W2微調電位器順時針旋至最高端， （調試過程中發生逆變過壓時， 可以提供 過壓保護）。主控板上的S1-3開關撥在ON位置，面板上的給定電位器逆時針旋至最小。 上電數秒鐘后， 把面板上的“給定”電位器順時針慢慢地旋大， 這時逆變橋會出現兩種工作 狀態， 一種是逆變橋起振，另一種是逆變橋直通， 此時需要的是逆變橋直通。若逆變

22、橋為起 振狀態，可在停電的狀態下把中頻電壓互感器的 20V繞組的輸出線對調一下，就不會起振了。 在緩慢旋大面板上“給定”電位器的操作中， 應密切注意電流表的反應， 若電流表的指示迅 速增大， 則應迅速把“給定”電位器逆時針旋到底， 此時表明電流取樣電路有問題， 系統處 于電流開環狀態， 應檢查電流互感器是否接上。 正常的當表現是隨著“給定”電位器的緩慢 加大， 電流表的指示也跟著緩慢增大， 當停止旋轉“給定”電位器時， 電流表的指示能穩 定的停在某一刻度上。 當出現直通現象時， 把面板上的“給定”電位器順時針旋大， 使電流表的指示接近額定值的 50%左右。用交8 流電壓表測量 I1 、I2 、

23、I3 三個接線端子間的電壓， 三個電壓應該大致相等的。 若相差太大， 說明電流互感器的同名端接錯， 必須改對， 否則會影響電流調節器的正常工作。 繼續把面板上的“給定”電位器順時針旋到頭， 調節主控制扳上的“ W1電流反饋微調電位 器，使電流表指示到額定輸出電流，完成了額定電流的整定。 這樣整流橋的調試就基本完成，可以進行逆變橋的調試了。 當調試場地的電源無法提供裝置的額定電流時， 額定電流的整定， 可放在現場滿負荷運行時 進行。但是，應先在小電流的狀況下，判定一下電流取樣回路的工作是否正常。 3、逆變部分的調試 3.1 、校準頻率表 主控板上的S1開關的S1-3投在ON位置、S1-2撥在OF

24、F位置，面板上的“給定”電位器逆 時針旋至最小。把示波器接在 Q5或Q6的管殼上，測逆變觸發脈沖的它激頻率，調節 W5微 調電位器，使頻率表的讀數與示波器測得的相一致。 若中頻電源用的是專用中頻頻率表， 則可免去此步調試。 但還是推薦使用直流毫安表頭改制 的頻率表， 3.2 、啟動逆變器 檢查逆變晶閘管的觸發線連接是否正確。 把主控板上的S1開關的S1-3撥在OFF位置、S1-2 撥在OFF位置，把面板上的“給定”電位器逆時針旋到底， 調節控制板上的“W 6”微調電 位器和S1-1，使最高它激頻率高于槽路諧振頻率的 1.4倍，“W3 W”微調電位器旋在中 間位置。 把面板上的“給定”電位器順時

25、針稍微旋大， 這時它激頻率開始從高往低掃描 （從 頻率表中可以看出）。逆變橋進入工作狀態，開始起振。若不起振，表現為它激信號反復作 掃頻動作，可調節中頻電壓互感器的相位， 即把中頻電壓互感器 20V繞組的輸出線對調一下。 若把中頻電壓互感器 20V繞組的輸出線對調后， 仍然不能起動，此時應確認一下槽路的諧振 頻率是否正確，可以用電容 / 電感表測量一下電熱電容器的電容量及感應器的電感量，計算 出槽路的諧振頻率。 當槽路的諧振頻率處在最高它激頻率的 0.6-0.9 倍的范圍內時， 起動應 該是極容易的。再有就是檢查一下逆變晶閘管是否有損壞的。 3.3 、整定逆引前角 逆變起振后，可做整定逆變引前角的工作。 把S1開關的S1-3打在OFF位置，S1-2打在OFF 位置，用示波器觀察電壓互感器 100V繞組的波形，調節主控板上， W4微調電位器，使逆變 換相引前角在 25左右，此時中頻輸出電壓與直流電壓的比為 1.3 左右。 9 再把S1-2開關打在ON位置，調節主控板上“ W3微調電位器，整定最大逆變換相引前角。 根據不同的中頻輸出電壓要求，確定不同逆變引前角。若中頻電壓要求為 750V時，則要求 最大逆變換相引前角在 42左右，此時，中頻輸出電壓與直流