KGPS系列中频晶闸管变频装置使用说明书

一．概述：

可控硅中频电源是将三相工频交流变成单相的中频交流电流的的变频器。基本工作的原理，就是通过一个三相桥式整流电路，把50周/秒的工频交流电流整流成直流，再经过一个滤波器（直流平波电抗器）进行滤波，Z后经一逆变器将直流变为单相的中频交流以供给负载，因此这种逆变器实际上是一只交流——直流——交流变换器。

二.型号含义：

晶闸管变频装置，是将三相工频交流电能转变为单相中频电能的静止变频装置。本装置采用并联逆变电路，因此负载适应能力较强，可以作为淬火、透热、熔炼以及其它感应加热设备的供电电源。

三.使用条件：

1.海拔高度不超过1000米。

2.环境温度不超过+5℃～+35℃。

3.电源电压波动不大于±10％，波形畸变小于5％。

4.环境无易燃、易爆粉尘、无腐蚀性气体，无强烈振动。

5.安装于通风良好、无剧烈振动和冲击的工作场地；安放电源柜时垂直倾斜度不超过5度。

6.装置工作水压0.2～0.3MPa；进水温度不高于+5℃～30℃；水质6≤PH≤9；装置不可在凝露情况下使用

 四.技术数据：

五.安装维护：

1.设备拆箱后，首先检查各电器元件在运输过程中是否有损坏，所有紧固零件是否有松动或脱落，如果有上述情况发生应及时修复和紧固。

2.设备应安装在通风良好，不受雨水侵袭的室内。机体与墙壁应保持一定的距离，以便机体前后左右门能正常开启。

3.进出水路由用户连接; 进出水各用两路,进水口管径为1.5英寸 ；出水口的管径为2英寸。

4.用户选择操作方便的位置安装与外操作台,机体与外操作台气缸之间均对号连接。

5．用户应自备气源，管路各压力≥6Kg/cm2;连接至推料气缸。

6．冷却水质应比较纯净；电阻率不小于2.5KΩ. CM(在温度25℃左右测量);PH值在6～9之间。                                                                                                                                                                                         

7.本装置应每月检查一次，清除机内尘埃，如发现损蚀、松动等现象应予修复后再使用。

8.若本装置需停用一段时间，则应清除冷却水路中的积水，并加强通风干燥，以免装置受潮引起元件损坏。

9.熔断器熔断后，应换上同型号的熔断器。

六.电路原理：

1.主电路原理：

本系列中频电源装置是采用晶闸管元件，将三相工频交流电整流为直流，经电抗器平波后，成为一个恒定的直流电流源，再经单相逆变桥，把直流电流逆变成一定频率的单相中频电流。负载是由感应线圈和补偿电容器组成的。联接成并联谐振电路。详细原理图见主电路图《KEXIN2006》。三相工频交流电(380V、三相四线制)送至本装置隔离开关的三个进线端，自动空气开关ZK作为主回路的电源开关。电流检测采用电流互感器，该电流信号被电流互感器及5/0.1A电流变换器二次转换后送到控制电路板《KEXIN2006》作为电流闭环信号和过电流保护信号。快速熔断器作为控制电路失控时的短路保护。为了减少开关操作过电压及由SCR换相时产生的"毛刺"，在进线处设置了阻容滤波电路及压敏过电压吸收电路。

本装置采用三相桥式全控整流电路，可以获得较为平滑的电流波形，并且通过脉冲移相，可实现拉逆变工作状态。三相全控桥式整流电路的工作原理从略。

2.控制电路原理

整个控制电路除逆变末级触发电路板外,做成一块印刷电路板结构,从功能上分为整流触发部分、调节器部分、逆变部分、启动演算部分。详细电路见《KEXIN控制电路原理图》。

2.1 整流触发工作原理

这部分电路包括三相同步、数字触发、末级驱动等电路。触发部分采用的是数字触发，具有可靠性高、精度高、调试容易等特点。数字触发器的特征是用计(时钟脉冲)数的办法来实现移相,该数字触发器的时钟脉冲振荡器是一种电压控制振荡器,输出脉冲频率受α移相控制电压Vk的控制,Vk降低,则振荡频率升高,而计数器的计数量是固定的(256),计数脉冲频率高,意味着计一定脉冲数所需时间短,也即延时时间短,α角减小,反之α角增大。计数器开始计数时刻同样受同步信号控制,在α=0°时开始计数。现假设在某 Vk 值时 , 根据压控振荡器的控制电压与频率间的关系确定输出振荡频率为 25KHZ , 则在计数到 256 个脉冲所需的时间为 (1/50000)×256=10.2 (mS) ,相当于约180°电角度,该触发器的计数清零脉冲在同步电压(线电压)的30°处,这相当于三相全控桥式整流电路的β=30°位置,从清零脉冲起,延时10.2mS产生的输出触发脉冲,接近于三相桥式整流电路某一相晶闸管α=150°的位置。如果需要得到准确的α=150°触发脉冲,可以略微调节一下电位器W4。显然,有三套相同的触发电路,而压控振荡器和Vk控制电压为公用。这样，在一个周期中产生6个相位差60°的触发脉冲。数字触发器的优点是工作稳定,特别是用HTL或CMOS数字集成电路,则可以有很强的抗干扰能力。

IC16A及其周围电路构成电压──频率转换器，其输出频率随调节器送来的输入电压VK而线性变化。这里W4微调电位器是Z低输出频率调节(相当于模拟电路锯齿波幅值调节)。

三相同步信号直接由晶闸管的门极引线K4，K6，K2从主回路的三相进线上取得，由R23，C1，R63，C40，R102，C63进行滤波及移相，再经6只光电耦合器进行电位隔离，获得6个相位互差60度、占空比略小于50％的矩形波同步信号(如IC2C、IC2D)的输出。

IC3，IC8，IC12(14536计数器)构成三路数字延时器。三相同步信号对计数器进行复位后，对电压——频率转换器的输出脉冲每计数256个脉冲便输出一个延时脉冲，因计数脉冲的频率是受VK控制的，换句话说，VK控制了触发脉冲的延时。

计数器输出的脉冲经隔离、微分后，变成窄脉冲，送到后级的LM556，它既有同步分频器功能，亦有定输出脉宽的功能。输出的窄脉冲经电阻合成为双窄脉冲，再经晶体管放大，驱动脉冲变压器输出。具体的时序图见附图。

2.2调节器工作原理

调节器部分共设有四个调节器:中频电压调节器、电流调节器、阻抗调节器、逆变角调节器。

其中电压调节器、电流调节器,组成常规的电流、电压双闭环系统,在启动和运行的整个阶段，电流环始终参与工作，而电压环仅工作于运行阶段;另一阻抗调节器,从输入上看,它与电流调节器LT2的输入完全是并联的关系,区别仅在于阻抗调节器的负反馈系数较电流调节器的略大,再者就是电流调节器的输出控制的是整流桥的输出直流电压,而阻抗调节器的输出控制的是中频电压与直流电压的比例关系,即逆变功率因数角。

调节器电路的工作过程可以分为两种情况:一种是在直流电压没有达到Z大值的时候,由于阻抗调节器的反馈系数略大,阻抗调节器的给定小于反馈,阻抗调节器便工作于限幅状态,对应的为Z小逆变Θ角,此时可以认为阻抗调节器不起作用,系统完全是一个标准的电压、电流双闭环系统;另一种情况是直流电压已经达到Z大值,电流调节器开始限幅,不再起作用,电压调节器的输出增加,而反馈电流却不变化,对阻抗调节器来说,当反馈电流信号比给定电流略小时,阻抗调节器便退出限幅,开始工作,调节逆变角调节器的Θ角给定值,使输出的中频电压增加,直流电流也随之增加,达到新的平衡。此时,就只有电压调节器与阻抗调节器工作,R 的继续增大,直至到Z大逆变Θ角。逆变角调节器使逆变桥能在某一Θ角下稳定的工作。

中频电压互感器过来的中频电压信号由CON2-1和CON2-2输入后，分为两路,一路送到逆变部分,另一路经D7-D10整流后，又分为三路，一路送到电压调节器;一路送到过电压保护；一路用于电压闭环自动投入。

电压PI调节器由IC13A组成，其输出信号由IC13D进行钳位限幅。IC13C和IC21C组成电压闭环自动投入电路，DIP-3开关用于进行电压开环调试。内环采用了电流PI调节器进行电流自动调节，控制精度在1％以上,由主回路交流互感器取得的电流信号，从CON2-3、CON2-4、CON2-5输入，经二极管三相整流桥(D11～D15)整流后，再分为三路。一路作为电流保护信号，另一路作为电流调节器的反馈信号,还有一路作为阻抗调节器的反馈信号。由IC17B构成电流PI调节器，然后由IC17A隔离，控制触发电路的电压──频率转换器。

IC17C构成阻抗调节器,它与电流调节器是并列的关系,用于控制逆变桥的引前角。其作用可间接地达到恒功率输出,或者可提高整流桥的输入功率因数。DIP-1可关掉此调节器。

IC19B构成逆变角调节器,其输出由IC19C为其钳位限幅。

2.3逆变部分工作原理

本电路逆变触发部分,采用的是扫频式零压软起动,由于自动调频的需要,虽然逆变电路采用的是自励工作方式,控制信号也是取自负载端,但是主回路上无需附加起动电路,不需要预充磁或预充电的启动过程,因此,主回路得以简化,但随之带来的问题是控制电路较为复杂。

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直流电流时,便控制它激信号的频率从高向低扫描,当它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扫描,转由自动调频电路控制逆变引前角，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Z低频率,重复起动电路一旦检测到它激信号进入Z低频段,便进行一次再起动,把它激信号再推到Z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秒钟,完成一次起动到满功率运行的时间不超过1秒钟。

由CON2-1和CON2-2输入的中频电压信号，经变压器隔离送到ZPMK(中频启动模块)，ZPMK 3脚、4脚输出的信号经微分后由IC18B和IC20B变成窄脉冲输出,驱动逆变末级MOS晶体管。IC20A构成频率电压转换器，用于驱动频率表。W7用于整定频率表的读数。IC18A构成过电压保护振荡器，当逆变桥发生过电压时，振荡器起振，使逆变桥的4只晶闸管均导通。

IC19D为启动失败检测器,其输出控制重复启动电路。IC19A为启动成功检测器,其输出控制中频电压调节器的输出限幅电平,即主回路的直流电流。

W6为逆变它激信号的Z高频率设定电位器。

2.4启动演算工作原理

过电流保护信号经IC13B倒相后，送到IC5A组成的过电流截止触发器，封锁触发脉冲(或拉逆变)；驱动“过流”指示灯亮和驱动报警继电器。过电流触发器动作后，只有通过复位或关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行。调节W2微调电位器可整定过流电平。

当三相交流输入缺相时，本控制板能对电源实现保护和指示。其原理是：由4#、6#、2#晶闸管的阴极（K）分别取A、B、C三相电压信号（通过门极引线），经过光电耦合器的隔离送到IC14及IC16B进行检测和判别，一旦出现“缺相”故障时，除了封锁触发脉冲外，还驱动“缺相”指示灯及报警继电器。

为了使控制电路能够更可靠准确的运行，控制电路上还设置了启动定时器和控制电源欠压检测保护。在开机的瞬间，控制电路的工作是不稳定的，设置一个三秒钟左右的定时器，待定时后，才容许输出触发脉冲。这部分电路由C11、R20等元件构成。若由于某种原因造成控制板上直流供电电压过低，稳压器不能稳压，亦会使控制出错。设置一个欠压检测电路(由DW4、IC9B等组成)，当VCC电压低于12.5V时便封锁触发脉冲，防止不正确的触发。

自动重复启动电路由IC9A组成。DIP-2开关用于关闭自动重复启动电路。

IC5B组成过电压截止触发器，封锁整流桥触发脉冲(或拉逆变)；驱动“过压”指示灯亮和驱动报警继电器；通过Q9使过压保护振荡器IC18A起振。过电压触发器动作后，也象过流触发器一样,只有通过复位信号或通过关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行。调节W1微调电位器可整定过压电平。

Q7及周围电路组成水压过低延时保护电路，延时时间约8秒。

复位开关信号由CON2-6、CON2-7输入,短路为复位暂停。

3．调试

3.1整流部分的调试

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或断开逆变末级的输入线，使逆变桥的晶闸管无触发脉冲。再在整流桥口接入一个约1～2KW的电阻性负载。电路板上的If微调电位器W2顺时针旋至Z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开关均拨在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Z小。

送上三相电(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，再把面板上的“给定”电位器逆时针旋至Z小，调节整流板上的W4微调电位器，使直流电压波形全关闭，移相角约150度。输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。

把逆变桥接入，使逆变触发脉冲投入。把电路板上的Vf微调电位器W1顺时针旋至Z高端，(调试过程发生逆变过压时，可以提供过压保护)。把面板上的“给定”电位器顺时针稍微旋大，这时逆变桥便工作。当出现直通现象时，继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋至一半，此时直流电流表应指示到额定电流的25%左右，若电流表的指示不为额定值的25%，可调节控制板上的W2反馈微调电位器，使直流电流表达到额定值的25%左右。一旦逆变起振后,直流电流就可接近额定电流值,精确的额定电流整定,要在满负荷运行时才可进行。

若把面板上的“给定”电位器顺时针稍微旋大，逆变器便起振,不出现直通现象,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,就不会起振了。

3.2逆变部分的调试

3.2.1 首先应校准频率表，用示波器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W7微调电位器,使频率表的读数与示波器测得的相一致。

3.2.2 起振逆变器,调节控制板上的W6微调电位器，使其略高于槽路的谐振频率。把面板上的“给定”电位器顺时针稍微旋大，这时它激频率开始扫描,逆变桥进入工作状态，当起动成功后,控制板上的“P.P”指示灯会熄灭。可以把面板上的“给定”电位器旋大、旋小反复操作,这样,它激信号也反复作扫频动作。若不起振,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。此步骤的调试,亦可使DIP-2和DIP-3开关处在OFF位置,此时加入了重复起动功能,电压环也投入工作。

3.2.3 逆变起振后,可做整定逆变引前角的工作,把DIP-1开关打在OFF位置,调节W5微调电位器,使中频输出电压与直流电压的比为1.2左右;再把DIP-1开关打在ON位置,调节W3微调电位器,使中频输出电压与直流电压的比为1.5左右,此项调试工作可在较低的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。

3.2.4 下一步可以在轻负荷的情况下整定电压外环。主控板上的DIP-3开关拨在OFF位置，W1微调电位器顺时针旋至Z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Z大，逆时针调节W1微调电位器，使输出的中频电压达到额定值。在这项调试中,可见到阻抗调节器起作用的现象,即直流电压不再上升,而中频输出电压却还能继续随“给定”电位器的旋大而上升。

3.3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,过压保护就自动整定好了。若觉得1.2倍不合适,可改变控制板上的R13电阻值,增大R13,过压保护电平增高;反之减小。

3.4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。若觉得1.5倍不合适,可改变控制板上的R43电阻值,增大R43,过流保护电平增高;反之减小。

3.5额定电流整定

在满负荷下调节控制板上的W2反馈微调电位器，使直流电流表达到额定值。

七 、控制板的接线端子与参数:

控制板共有32个M3接线端子，各端子功能表见下表。

八、发光二极管工作状态:

九、电位器:

W1（If）Z大输出电流设定电位器，当有电流反馈时可设定Z大输出电流，顺时针方向为Z小，Z大调节范围约2倍。

W2（Vf）Z大中频输出电压设定电位器，当有电压反馈时可设定Z大中频输出电压，顺时针方向为Z小，Z大调节范围约2倍。

W3（θmax）Z大逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围约为40°～60°。

W4（θmin）Z小逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围20°～40°。

W5（F）外接频率表设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围约3倍。

W6（Fmax）Z大它激逆变频率设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围2倍。

W7（2If）Z大输出电流设定电位器，当有电流反馈时可设定Z大输出电流，顺时针方向为Z小，Z大调节范围约2倍。

十. 维护与保养:

晶闸管变频装置与中频发电机组比较，有省电、无噪声、调节方便等许多优点，但是，由于半导体器件的过载能力较差，因此，合理使用，正确操作与精心维护，是晶闸管变频电源安全运行避免故障的重要保证。在连续运行的生产线上搞好装置的维护保养尤为重要。

1.经常清除电源柜内积尘，尤其是可控硅管芯外部，要用酒精擦除干净。运行中的变频装置一般都有专用机房，但实际作业环境并不理想。在熔炼锻压工序，粉尘很大振动强烈；在透热淬火工序，装置常靠近酸洗、磷化等作业设备，有较多腐蚀性气体，这些都会对装置的元件起到破坏作用，降低装置的绝缘强度。在积尘较多时，往往会发生元件表面放电现象，因此必须注意经常清洗工作，防止故障发生。

2.经常检查水管接头扎结是否牢固，清理冷却水管内壁水垢，在使用自来水、井水作为装置的冷却水源时，更易积存水垢，影响冷却效果。在塑料水管老化产生裂纹时，应及时更换。装置在夏天运行时采用自来水、井水冷却往往容易发生凝露现象。应该考虑使用循环水系统，凝露严重时应该停止运行。

3.定时对装置进行检修，对装置各部的螺栓、螺母、压接进行检查和紧固。接触器、继电器的触头有松动或接触不良，均应及时修理更换，不要免强使用，防止引起更大事故。定期校验装置的过流、过压等保护系统，防止保护失灵。

4.经常检查负载的接线是否良好，绝缘是否可靠，透热感应圈内积存的氧化皮要及时清理；隔热炉衬有裂纹时，要及时更换；熔炼炉在更换新炉衬后，应注意检查绝缘。变频装置的负载都设在工作现场，故障比较高，而往往被人忽视，因此，加强对负载的维护，防止故障波及变频电源是保证装置正常运行的重要一环。

十一.操作规程:

1.中频电源开机操作程序：

1.1开启水泵，检查各支路流水应畅通无阻。

1.2将“控制电源”开关搬向“合”的位置，“控制电源指示”灯亮。

1.3合断路器开关，并将功率电位器逆时针旋至零位。若无故障指示，将中频启动开关搬向“启动”的位置，“中频指示”灯亮。

1.4以上动作完成后，缓慢旋动功率电位器，观察直流电压和中频电压，当听到中频叫声后，说明已经启动，继续旋动功率电位器，调至所需的电压和功率，装置进入正常运行状态。

1.5选择适当的工件加热节拍输入推料时间，打开气源，打开推料运行开关，推料机构周期性运行。装入工件，由气缸自动推入感应器内进行加热，在中频功率一定的情况下，加热温度可由推料时间微调。通过调节气缸磁性开关的位置，可以调整气缸运行距离；调节进气压缓冲阀，可以调整气缸推料速度。

2．中频电源关机操作程序：

2.1先将功率电位器旋至零位。

2.2按顺序将“中频”开关搬向“停”位置，“控制电源”开关搬向“分”的位置，再分断主供电开关,此时装置完全停止工作。

2.3用冷工件将感应器中已加热的工件置换出来，然后驱除炉中所有工件，同时关闭推料开关和气源。用气吹干净炉膛内残留的氧化皮。

2.4冷却水应在中频电源停止工作半小时后再关闭.