專利名稱：串聯型可控硅中頻電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于各類感應加熱負載的中頻電源，特別是串聯型可控硅中頻電源。
目前國內生產和使用的可控硅中頻電源多數是并聯型中頻電源，這種電源雖然對各種負載適應能力強，但控制電路復雜，約需14－15塊插件板；啟動較困難，需有專門的啟動電路；感應線圈損耗大。國內現有的串聯型可控硅中頻電源，使用可控硅整流，電路簡單；啟動容易，不需專門的啟動電路；感應線圈損耗小；容易制成較高頻率，但對品質因數(也稱Q值)變化較大的感應加熱器適應能力差，這是因為在Q值變化很大時，如不適時地改變電流與電壓的相角，或改變頻率，將使串聯電容和感應線圈的電壓和電流在較大范圍內變化，易造成損壞，這一缺點限制了串聯型可控硅中頻電源的推廣使用。
本實用新型的目的在于提供一種自動控制中頻電流的串聯型可控硅中頻電源。
本實用新型所述的串聯型可控硅中頻電源主要由主電路(見附圖一)和控制電路(見附圖二)組成。主電路中，整流二極管Z1－Z6組成三相橋式整流電路。它可將三相工頻交流電整流為直流電，再經過由快速可控硅K1－K4和快速整流管Z7－Z10組成的逆變電路將直流逆變為中頻交流。L為感應加熱線圈，C為串聯的電熱電容，LH1、LH2為中頻電流互感器，LH3、LH4、LH5為工頻電流互感器。由LH1取出的反映中頻電流相位的信號、由LH2取出的反映中頻電流大小的信號和由LH3、LH4、LH5取出的反映直流電流大小的信號分別通過導線1、2和10送入附圖二所示的控制電路。SB1為信號變壓器，當逆變橋發生直通故障時，例如K1、K4直通，濾波電容CD通過K1、K4及電感LK振蕩放電，在放電電壓的負半周，SB1產生信號電壓通過導線3送入控制電路，以實現直通保護。在控制電路中，B1為四電壓比較器，其［1］、［6］、［7］腳，［8］、［9］、［14］腳，［2］、［4］、［5］腳和［10］、［11］、［13］腳分別構成一個電壓比較器；其中［1］、［2］、［13］、［14］為四個輸出端，［4］、［6］、［8］、［10］為四個負輸入端，［5］、［7］、［9］、［11］為四個正輸入端。A1、A2和A3為運算放大器。M1，M2為定時器。H1為四與非門。H2為雙與門。T2、T3為功率放大管。MB1－MB4為觸發可控硅K1－K4的脈沖變壓器。其中由B1的［8］、［9］、［14］腳和［1］、［6］、［7］腳兩個電壓比較器構成的對電流信號進行整形和倒相整形電路，A1構成的自舉恒流充電電路，T1構成的可控分流電路，A2和A3構成的兩個積分調節器，M2構成的單穩定時電路和雙與門H2構成的確定逆變橋各橋臂可控硅觸發順序和觸發脈沖寬度電路組成中頻電流控制電路，B1的［8］腳和［7］腳接地，［6］腳和［9］腳通過導線1與主電路中的LH1相連，［1］腳通過導線5與H2的［3］腳相連，［14］腳通過導線4與M1的［8］腳和H2的［1］腳相連，A1的［6］腳和［2］腳相連后通過電容和電阻與電位器W1的一個固定端相連，［7］腳與正電源相連，［3］腳與電位器W1的另一個固定端和滑動端相連。T1的基極通過穩壓管、二極管分別與A2和A3的輸出端［6］腳相連，發射極通過電阻分別與A1、A2、A3的［4］腳相連后接負電源，集電極與A1的［3］腳相連，與C1并聯，構成分流電路。A2和A3的［7］腳與正電源相連，［3］腳通過電阻接地，A2的［2］腳通過電阻分別與電位器的W2的滑動端和導線2相連，A3的［2］腳通過電阻分別與電位器W2的滑動端和導線10相連。M2的［1］腳接地，［2］腳通過導線6與M1的［3］腳相連，［3］腳通過導線7與H2的［2］腳和［12］腳相連。［4］腳和［8］腳與H2的［14］腳、B1的［3］腳和［14］腳、M1的［8］腳相連，［5］腳通過電容器接地，［6］腳和［7］腳通過電容器接地，通過電阻與［8］腳相連。H2的各腳除上述的連接關系外，［3］腳和［11］腳空閑，［6］腳接T3的基極，［7］腳接地，［8］腳接T2的基極。T2和T3的發射極接地，T2的集電極接MB2和MB4，T3的集電極接MB1和MB3。由B1的［10］、［11］、［13］腳構成的電壓比較器，H1、FD2構成的過流指示信號電路及H1和H2構成的封鎖電路組成過流保護電路，B1的［10］腳與電位器W3的滑動端相連，［11］腳通過導線2與LH2相連，［13］腳與H1的［13］腳、A1的［7］腳、M1的［8］腳、H2的［14］腳、M2的［8］腳及自身的［3］腳相連，H1的［10］腳和［11］腳相連后通過電阻與FD2相連，FD2的另一端接地，H2的［4］腳和［10］腳相連后與H1的［12］腳和［8］腳相連，［5］腳和［9］腳相連后與H1的［2］腳和［6］腳相連。由B1的［2］、［4］、［5］腳構成的電壓比較器，H1、FD1構成的信號指示電路及H1和H2構成的封鎖電路組成逆變橋直通保護電路，B1的［2］腳與H1的［1］腳相連，［4］腳通過導線3與主電路中的SB1相連，［5］腳與分壓電阻相連，H1的［3］、［4］腳相連后通過電阻與FD1相連，FD1的另一端接地。本實用新型所述的串聯型可控硅中頻電源在三相工頻電源接通后，整流橋有直流電壓輸出時，按下N1逆變電路即可啟動。調節位器W4，使中頻功率達到要求值即完成了啟動工作。其中頻電流控制電路的工作原理為，由B1的［8］、［9］、［14］腳組成的電壓比較器對由導線1輸入的中頻電流信號進行整形，由導線4輸出，其波形如附圖三所示，圖中P1為由導線1輸入的中頻電流信號，P4為導線4輸出的電壓波形；由［1］、［6］、［7］腳組成的電壓比較器對由導線1輸入的中頻電流信號進行倒相和整形，由導線5輸出，其波形如附圖三中的P5所示。導線4和5上的方波電壓通過微分電路加于M1的輸入端［2］腳，使由M1構成的單穩定時電路在P4或P5由正跳變到負時觸發，在M1的［3］腳產生定時脈沖，此脈沖由導線6傳遞到M2的輸入端［2］腳，其波形如附圖三中的P6所示，此定時脈沖的寬度取決于定時電容C1充電的快慢。通過由A1組成的自舉電路向C1進行恒流充電。充電的快慢取決于由T1組成的分流電路，其分流的大小由積分器A2和A3的輸出電壓來控制，也可通過調節電位器W4人工控制。其工作原理如下由導線2輸入的反映中頻電流實際值的信號電壓(負值)，在運算放大器A2的輸入端與由電位器W2上引出的給定中頻電流信號電壓(正值)相加，當實際值小于給定值時，A2的輸入為正，經積分使A2的輸出達負限幅；同樣，運算放大器A3對直流的實際值與給定值進行比較和積分，當實際值小于給定值時，A3的輸出亦為負限幅，此時如果W4也位于最低點，則T1截止，分流電流為零，C1充電最快。調節電位器W1，使脈沖P6的寬度等于可控硅關斷所要求的最小時間。當中頻電流或直流電流的實際值大于給定值時，積分器A2或A3的輸出由負限幅值逐漸上升，使通過T1的放電電流增大，C1的充電變慢，P6的寬度增大。P6的下降沿使由M2構成的單穩定時電路觸發，通過導線7輸出觸發脈沖P7(見附圖三)，加于雙與門H2的［2］腳和［12］腳，通過導線4和5的方波電壓P4和P5加于H2的［1］和［13］腳，當P4為正時，脈沖P7加于功放管T3的基極，T3導通，接通脈沖變壓器MB1、MB3，輸出觸發脈沖P8(見附圖三)，觸發可控硅K1、K3；當P5為正時，脈沖P7加于功放管T2的基極，T2導通，接通脈沖變壓器MB2、MB4，使之產生觸發脈沖P9(見附圖三)，觸發可控硅K2、K4。脈沖P6的寬度確定了中頻電流過零后觸發下一對橋臂可控硅所延遲的時間，此時間延長就增大了中頻電壓滯后于中頻電流的角度，使中頻電流減小，當中頻電流或直流電流的實際值等于給定值時，積分器A2或A3的輸出保持不變，中頻電流或直流電流保持恒定。從而達到了自動地通過調節中頻電壓和電流的相角來實現將中頻電流控制在一定數值范圍內的目的。同樣也可以通過人工調節電位器W4來控制中頻電流和中頻功率。過流保護電路的工作原理為，通過電位器W3向由B1的［10］、［11］、［13］腳構成的電壓比較器的負輸入端［10］腳輸入一負給定電壓，由2號導線輸入的中頻電流信號電壓亦為負值，加于比較器的正輸入端［11］腳，當中頻電流信號電壓的絕對值小于給定電壓的絕對值時，［13］腳輸出為正，H1的［8］腳為正，使H2的兩個與門全開通，中頻電源處于正常工作狀態。當中頻電流信號電壓絕對值大于給定電壓絕對值時，［13］腳輸出跳變為負，H1的［8］腳為零，使H2的兩個與門封鎖，脈沖變壓器無觸發脈沖輸出，逆變橋停止工作，實現過流保護。同時，H1的［11］腳由零跳變為正，發光二極管FD2發光，指示出過流故障。故障消除后，按下按鈕N2即可使電路恢復正常工作狀態。逆變橋直通保護電路的工作原理為，在由B1的［2］、［4］、［5］腳構成的電壓比較器的正輸入端［5］腳上加一適當的正電壓，其負輸入端［4］腳由導線3聯接到直通保護信號變壓器SB1上。工作正常時，SB1無輸出。當發生直通故障時，濾波電容CD通過直通的橋臂振蕩放電，在放電電壓的負半周，SB1發出一正脈沖電壓加于比較器的負輸入端［4］腳，比較器的［2］腳電壓由正跳變到負，與過流保護的過程一樣，實現逆變橋直通保護。同時發光二極管FD1亮，指標出直通故障。所以本實用新型所提供的串聯型可控硅中頻電源能根據中頻電流的大小自動調節中頻電流，使之保持在一定的數值范圍內。此外，還具有過流保護和直通保護功能。所有控制和保護電路都是采用集成元件組裝而成，而且只是對逆變電路進行控制。因此，電路相當簡單，包括控制用的穩壓電源在內，全部組裝在一塊與并聯型中頻電源插件板同樣大的插件板上。調整容易，維修方便，損耗小，適用于各種類型的感應加熱負載，特別是Q值變化較大的，更適于做成較高頻率的中頻電源。
附圖一串聯型可控硅中頻電源主電路附圖二串聯型可控硅中頻電源控制電路附圖三中頻電流控制過程中各個階段的波形圖實施例選用通用電子元件按附圖一所示組成主電路，選用BGJ139型四電壓比較器做B1，MA741型運算放大器做A1、A2、和A3，LM555型定時器做M1和M2，H006型四與非門做H1，H002型雙與門做H2，達林頓功率放大管做T2和T3，以及自制的脈沖變壓器MB1－MB4，按附圖二所示組成控制電路，接通三相工頻電源，按下N1，逆變電路即可啟動，將電位器W4的輸出調到負15V，中頻電源即可在電流自動控制下運行。運行中當FD2指示燈亮時，說明有過流故障，此時沒有中頻交流電流輸出，需查找原因排除故障，而后按下按鈕N2即可使電路恢復正常工作。當FD1指示燈亮時，說明有逆變橋直通故障，故障排除后，再按一下按鈕N2即可使電路恢復工作。
權利要求1.一種串聯型可控硅中頻電源，主要由主電路和控制電路組成，其特征在于控制電路是由中頻電流控制電路，過流保護電路和逆變橋直通保護電路組成。
2.根據權利要求1所說的串聯型可控硅中頻電源，其特征在于所說的中頻電流控制電路是由B1的［8］、［9］、［14］腳和［1］、［6］、［7］ 腳兩個電壓比較器構成的電流信號整形和倒相整形電路，A1構成的自舉恒流充電電路，T1構成的可控分流電路，A2和A3構成的兩個積分調節器，M2構成的單穩定時電路和雙與門H2構成的確定逆變橋各橋臂可控硅觸發順序和觸發脈沖寬度電路組成，B1的［8］腳和［7］腳接地，［6］腳和［9］腳通過導線1與主電路中的LH1相連，［1］腳通過導線5與H2的［13］腳相連，［14］腳通過導線4與M1的［8］腳和H2的［1］腳相連，A1的［6］腳和［2］腳相連后通過電容和電阻與電位器W1的一個固定端相連，［7］腳與正電源相連，［3］腳與電位器W1的另一個固定端和滑動端相連，T1的基極通過穩壓管、二極管分別與A2和A3的輸出端［6］腳相連，發射極通過電阻分別與A1、A2和A3的［4］腳相連后接負電源，集電極與A1的［3］腳相連，與C1并聯，A2和A3的［7］腳與正電源相連，［3］腳通過電阻接地，A2的［2］腳通過電阻分別與電位器的W2的滑動端和導線2相連，A3的［2］腳通過電阻分別與電位器W2的滑動端 和導線10相連，M2的［1］腳接地，［2］腳通過導線6與M1的［3］腳相連，［3］腳通過導線7與H2的［2］腳和［12］腳相連，［4］腳和［8］腳與H2的［14］腳、B1的［3］腳和［14］腳、M1的［8］腳相連，［5］腳通過電容器接地，［6］腳和［7］腳通過電容器接地，通過電阻與自身的［8］腳相連，H2的各腳除上述的連接關系外，［3］腳和［11］腳空閑，［6］腳接T3的基極，［7］腳接地，［8］腳接T2的基極，T2和T3的發射極接地，T2的集電極接MB2和MB4，T3的集電極接MB1和MB3。
3.根據權利要求1所說的串聯型可控硅中頻電源，其特征在于所說的過流保護電路是由B1的［10］、［11］、［13］腳構成的電壓比較器，H1、FD2構成的過流指示信號電路及H1和H2構成的封鎖電路組成，B1的［10］腳與電位器W3的滑動端相連，［11］腳通過導線2與LH2相連，［13］腳與H1的［13］腳、A1的［7］腳、M1的［8］腳、H2的［14］腳、M2的［8］腳及自身的［3］腳相連，H1的［10］腳和［11］腳相連后通過電阻與FD2相連，FD2的另一端接地，H2的［4］腳和［10］腳相連后與H1的［12］腳和［8］腳相連，［5］腳和［9］腳相連后與H1的［2］腳和［6］腳相連。
4.根據權利要求1所說的串聯型可控硅中頻電源，其特征在于所說的逆變橋直通保護電路是由B1的［2］、［4］、［5］腳構成的電壓比較器，H1、FD1構成的信號指示電路及H1和H2構成的封鎖電路組成，B1的［2］腳與H1的［1］腳相連，［4］腳通過導線3與主電路中的SB1相連，［5］腳與分壓電阻相連，H1的［3］、［4］腳相連后通過電阻與FD1相連，FD1的另一端接地。
專利摘要本實用新型提供一種自動控制中頻電流的串聯型可控硅中頻電源，主要由主電路和控制電路組成，控制電路又可分為中頻電流控制電路，過流保護電路及逆變橋直通保護電路。能夠通過自動調節中頻電壓和電流的相角來實現將中頻電流自動控制在一定數值范圍內的目的。電路簡單，調整容易，維修方便，損耗小，適用于各種類型的感應加熱負載，特別是Q值變化較大的，更適于做成較高頻率的中頻電源。
文檔編號H02M5/45GK2070058SQ8921635
公開日1991年1月23日 申請日期1989年12月20日 優先權日1989年12月20日
發明者吳慶正, 戴厚甫, 蘇建東 申請人:山東蓬萊縣蓬龍電力電源聯營廠, 黑龍江礦業學院工廠