KGPS-VII型恒功率晶闸管中频电源控制板

1.概述

  KGPS-VII型恒功率晶闸管中频电源控制板是陕西高科电力电子有限责任公司研制的新型控制触发板,它与BSC8M-2恒功率晶闸管中频电源控制板的外形尺寸、内部结构和工作原理完全相同,所以在使用说明的介绍仍以BSC8M-2恒功率晶闸管中频电源控制板形式绘出。这种控制板主要由电源、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。其核心部件采用美国生产的高性能、高密度、大规模专用ASIC-2集成电路,与我公司开发的高性能软件相结合,从而制成智能化控制芯片---KC188,使该板的控制电电路除调节器外,其余均实现数字化,整流触发器部分不需要任何调整,而且具有可靠性高、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,仅需把三只共阳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, 达到省时、节电、提高网侧功率因数的目的(此功能也可被关掉)。逆变部分的主要电路均在KC188大规模集成电路的内部,亦是数字电路。

  BSC8M-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。

  BSC8M-2控制板在设计中征求了多方面的意见,采用了有效措施,使得调试极为方便。在大多数参数的设定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。

3.适用装置
  适用于400Hz~8kHz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R3、R7、R11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=0~130o;
  5.6 整流触发脉冲对称度:小于1o;
  5.7 整流触发脉冲信号宽度:≥600μs、双窄、间隔60o;
  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~8kHz;
  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:触发脉冲峰值电压:≥22V;
  触发脉冲峰值电流:≥3A;
  触发脉冲前沿陡度:≥2A/μs;
  (逆变用触发脉冲变压器是外接的);
  5.12 最大外型尺寸:246×180×30mm;
  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,各端子功能表见表1。

8.电位器
  8.1 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。
  8.2 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。
  8.3 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40o~60o。
  8.4 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20o~40o。
  8.5 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。
  8.6 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.安装与连接
  BSC8M-2控制板的外形尺寸见图1。G1~G6、K1~K6触发脉冲连接导线用0.7mm2RV导线连接,建议用不同颜色的导线表示极性。其余连接导线用0.5mm2RV导线连接。
  如果所装的中频电源不需要复位功能、报警功能、内接频率表的话,端子CON2-1、CON2-6、CON3-8、CON3-9便可不用。

 

图1 BSC8M-2控制板的元件布置图

10.应用举例

  图2为一台KGPS-160kW中频电源的电气原理图,可作为其它装置原理设计的参考。由于控制电路已经对开机、关机的逻辑进行了设计,因此不必考虑主回路与控制回路的上电顺序。

图2 一台KGPS-160kW中频电源的电气原理图

11.调试
  11.1 调试需准备的工具
  一台20MHz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。
11.2 整流部分的调试(W1)
  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指示,若有,可以检查进线快熔断器是否损坏。
  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(α≈0o),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指示在530V左右(若中频电源为660V输入,此时的直流电压表应指示在900V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°。输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。
  若在调试中发现出不来6个整流波头,则应检查6只整流晶闸管的序号是否接对,晶闸管的门极线是否接反或短路。
  在此过程调试中也应检查面板上的“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,直流电压才会有减小的现象。
  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”电位器逆时针旋至最小。
  上电数秒种后,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。在缓慢旋大面板上“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、副边是否接反,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CON2-3、CON2-4、CON2-5三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,必须改正,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。
  这样整流桥的调试就基本完成,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。
11.3 逆变部分的调试
11.3.1 校准频率表(W5)
  主控制板上的DIP开关均拨在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(它激频率可以通过W6来调节),调节W5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。
11.3.2 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,逆变末级上的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。再把主控制板上CON3-5对外的连线断开,看熄灭的LED逆变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倍的范围内时,起动应该是很容易的。再就是检查一下逆变晶闸管是否有损坏的。
  11.3.3 整定逆变引前角(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22o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,一般希望它尽可能的小,当然过小的逆变换相引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,如中频装置的三相输入电压为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。一般希望它尽可能的大些,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。
11.3.4 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”电位器顺时针旋大,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。
12.注意事项
12.1 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。
12.2 内部电路及参数的更改,恕不另行通知。
12.3 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。
12.4 KC198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,为保证器件的安全,因此忌用万用表直接测量器件的引脚。
12.5 当控制板接入主回路后,控制板上标有DANGER HIGH VOLTAGE(注意高压)的区域便带有高压电,敬请注意,以免触电。
13.问题讨论
13.1 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,当进行额定电压整定时,过压保护应自动整定好了。若认为1.2倍不合适,可改变控制板上的R28电阻值,增大R28,过压保护电平增高;反之减小。
13.2 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,过流保护就自动整定好了。若认为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。
13.3 额定电流整定
  当12.2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,使直流电流表达到额定值。这与一般的中频电源的电流整定是一样的。
13.4 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。
13.5 恒功率输出
  对熔炼负载来说,恒功率输出是很重要的,要想使恒功率区的范围大,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。
14.服务承诺
  14.1 一年内免费维修。
  14.2 免费提供技术咨询。

 



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