CN116208013A - 一种可控硅串联逆变电源纯他激控制板 - Google Patents

Abstract

一种可控硅串联逆变电源纯他激控制板，包括电源单元、启动延时单元、整流触发单元、功率调节单元、逆变触发单元、数字移相单元、关断时间控制单元、线路保护单元；由控制板根据主回路系统的配置，自主生成接近于负载中频电压反馈的模拟波形信号，与实际中频电流信号进行谐振角度比较，得到相位差，控制设备正常运行，实现纯他激的脉冲输出信号。本发明的优点：使用纯他激控制方式，谐振角度比较时，中频电压信号由控制板中移相控制单元模拟形成，中频电流信号由设备运行中的实际中频电流信号，通过传感器反馈得到，两者进行谐振比较得到相位差，来控制设备正常运行，实现纯他激的脉冲输出信号。在可控硅串联逆变线路中，保证设备正常运转。

Description

一种可控硅串联逆变电源纯他激控制板

技术领域

本发明涉及可控硅串联逆变中频电源领域的应用，特提供了一种可控硅串联逆变电源纯他激控制板。

背景技术

原有的可控硅串联逆变线路，采用的是闭环控制相位跟踪反馈方式。当设备运行时，主控板通过采集负载反馈的中频电流和中频电压信号，形成对应的相位波形进行比较，实时根据负载的变化情况，调整相对应的脉冲频率跟踪输出，主控板的运行参数与负载运行的参数一致，整个控制处于一个闭环控制状态。这种闭环形式的控制方式，在负载稳定的情况下，电压与电流的反馈波形会保持一个光滑平整的反馈状态，可以满足中频电源设备的稳定运行。但实际生产过程复杂多变，包括：

如果多台中频电源使用同一台变压器供电，同时处于大功率运行状态；

如果一台变压器单独供一套中频电源设备使用，同时多台中频电源带动多台负载感应线圈，在相近的工作空间同时运行；

如果负载炉体处于新打炉状态，并没有进行长时间的烘干炉衬，炉衬还有一定的潮气。

设备停炉时间过久炉体处于受潮状态，在正式工作前，操作者没有进行充分烘干操作。

由于以上原因不可控，因此，会导致负载感应线圈电感量变化较大，运行过程中，中频电压信号反馈到主控板中的信号属于无规则的杂波信号，幅值波动较大，电压与电流相比较的谐振角度会发生异常波动，无法维持可控可调的稳定谐振角度，逆变功率器件在这种条件下运行，不能正常跟踪频率脉冲进行微秒级快速开通关闭动作，必然导致设备直接跳机停车。

为了解决在上述情况下，由负载的异常波动引起的中频电压反馈信号干扰，造成控制系统的谐振角度异常，影响设备稳定运行问题，需要研发可控硅串联逆变纯他激控制板。

发明内容

本发明的目的在于解决可控硅串联逆变中频电源在运行过程中，在负载受到干扰情况下，中频电源仍可以正常稳定运行的问题。

本发明提供了一种可控硅串联逆变电源纯他激控制板，其包括电源单元、启动延时单元、功率调节单元、整流触发单元、逆变触发单元、数字移相单元、关断时间控制单元、线路保护单元。

电源单元为控制板上正负12伏电源为整个控制板线路稳定供电。

启动延时单元为控制板接收到启动信号后，整流单元先启动3秒后，逆变单元再启动。其中3秒的时间足够整流单元充电成功，整流可控硅保持全开通状态。

功率调节单元为根据设备运行要求，调节设备运行升降功率功能。上升动作时，功率缓慢上升，降低设备负载反馈信号对控制系统的冲击。下降动作时，快速降低功率可以快速切断设备运行状态，处理紧急情况及减少不必要的功率损耗。

整流触发单元是通过单片集成控制芯片，固定整流发出脉冲触发频率。其集成控制芯片中含有欠压锁定电路、软启动控制电路、脉冲宽度调制器。增加了驱动能力，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。配置适当的阻容元件，设置整流触发脉冲的运行频率，通常在串联谐振设备中，整流处于全开放状态。

逆变触发单元是由单元中的锁相环集成电路输出一组方波脉冲，经线路板分成两路脉冲，一路经过单元中的反相器，与另一路保持180度相位差，两路同时经过微分电容，截取方波脉冲前沿后沿，组成两组相差180度相位差的方波脉冲，经过三极管驱动放大后，输出到逆变输出端口。

数字移相单元是通过串行计数器，选择不同的波形前沿后沿，经过计数器清零和反相器，组成所需的频段波形，实现数字移相，移相精度为半个时钟脉冲。其中时间输入端使用施密特触发器，对脉冲上升和下降时间无限制。

关断时间控制单元是由中频电流反馈信号和数字移相后输出的模拟中频电压信号两组信号，进行谐振角度比较，得出相位差信号，再与控制板中设定的极限电压值进行比较，来控制逆变可控硅的关断时间。

线路保护单元，通过采集各路反馈信号与控制板中设定的极限值比较进行，从而输出限制设备运行参数信号或报警信号，快速通过复位端，直接将功率调节线路归零，确保设备平稳停机。保护信号包括中频电压限压、中频电压过压，直流电流限流，直流电流过流，中频电流限流，中频电流过流，水温、水压。

本发明的优点：

使用纯他激控制方式，谐振角度比较时，中频电压信号由控制板中移相控制单元模拟形成，中频电流信号由设备运行中的实际中频电流信号，通过传感器反馈得到，两者进行谐振比较得到相位差，来控制设备正常运行，实现纯他激的脉冲输出信号。在可控硅串联逆变线路中，可以忽略多种由设备负载异常引起的设备误保护动作，保证设备正常运转。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1可控硅串联逆变纯他激结构原理示意图；

图2可控硅串联逆变纯他激布置示意图；

图3模拟的中频电压反馈信号与实际中频电流反馈信号比较波形图。

具体实施方式

实施例1

参照图1所示，图1为可控硅串联逆变电源纯他激控制板结构原理示意图，其包括电源单元、启动延时单元、功率调节单元、整流触发单元、逆变触发单元、数字移相单元、关断时间控制单元、线路保护单元。

其中电源单元为由外部端子输入正负24伏电源，经控制板上电源单元转变为正负12伏电压，为整个控制板线路提供稳定供电。

初始状态时，功率调节单元中功率调节电压设定设在零点。当控制板启动端口接收到启动按钮动作时，一组高电平信号输出到启动延时单元，整流单元先启动，脉冲信号经过整流单元处理后，组成频率为6KHz的脉冲波形，输出到整流输出端口。3秒钟后，逆变单元启动，脉冲信号经处理后，组成两组相差180度相位差的方波脉冲，经过三极管驱动放大后，输出到逆变输出端口。其中3秒的时间足够整流单元充电成功，整流可控硅保持全开通状态。

随后操作功率调节电位器逐渐提高控制电压，使功率调节单元总线电压绝对值逐渐增加，此时逆变波形宽度变窄，运行频率升高，输出功率逐步增加。

同时，数字移相单元通过串行计数器和跳线开关组成接近当前主回路运行时的中频电压反馈波形，与外接传感器采集的负载中频电流波形一起，通过关断时间控制单元进行谐振角度比较，得出相位差信号，再与控制板中设定的极限电压值进行比较，实现控制可控硅关断时间，达到设备稳定运行的目的。

设备运行过程中，线路保护单元通过采集各路反馈信号与设定极限值比较进行，从而输出限制设备运行参数信号或报警信号，快速通过复位端，直接将功率调节线路归零，确保设备平稳停机。保护信号包括中频电压限压、中频电压过压，直流电流限流，直流电流过流，中频电流限流，中频电流过流，水温、水压。

实施例2

参照图2所示，图2为可控硅串联逆变纯他激PCB板布置示意图。该控制板采用双层PCB，电源单元位于控制板的底部，启动延时单元位于控制板上方，整流触发单元位于控制板左下方，逆变触发单元位于控制板右侧，关断时间控制单元和数字移相单元位于控制板中间位置，线路保护单元位于控制板左上方。控制板中各单元共用一个GND，确保信号比较控制、传输一致性。

实施例3

参照图1所示，图3为图1中数字移相单元与关断时间控制单元两个单元线路中，模拟的中频电压反馈信号与实际中频电流反馈信号比较波形图。其中方波为控制板中模似形成的中频电压反馈信号波形，不太规则的正弦波为设备运行过程中，实际反馈的中频电流反馈信号波形。其中，模拟中频电压反馈信号，波形整齐清晰稳定，与实际中频电流波形比较谐振角度关断时间为大于逆变可控硅触发关断时间3倍值时，自行锁住谐振角，确保设备运行稳定可靠。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可控硅串联逆变电源纯他激控制板，其特征在于：包括电源单元、启动延时单元、功率调节单元、整流触发单元、逆变触发单元、数字移相单元、关断时间控制单元、线路保护单元；

电源单元通过启动延时单元分别与功率调节单元、整流触发单元、逆变触发单元和线路保护单元连接，整流触发单元、逆变触发单元和线路保护单元直接与负载端口连接；功率调节单元通过数字移相单元和关断时间控制单元与负载端口连接；

所述电源单元，为整个控制板提供稳定可持续电源；所述启动延时单元，控制板接收到启动信号后，整流单元先启动，3秒后，逆变单元启动；所述功率调节单元，为调节设备运行升降功率功能；所述整流触发单元，控制整流脉冲输出到整流输出端口；所述逆变触发单元，控制逆变脉冲信号输出到逆变输出端口；所述数字移相单元，通过计数器，选择不同的波形前沿后沿，组成所需的频段波形，实现数字移相；所述关断时间控制单元，将实际中频电流反馈信号和模拟中频电压波形信号，进行谐振角度比较，得出相位差信号，来控制可控硅的关断时间；所述线路保护单元，通过采集各路反馈信号与控制板上设定的极限值比较进行，从而输出限制运行参数信号或报警信号。

2.按照权利要求1所述的可控硅串联逆变电源纯他激控制板，其特征在于：采用双层PCB板结构，电源单元位于控制板的底部，启动延时单元位于控制板上方，整流触发单元位于控制板左下方，逆变触发单元位于控制板右侧，关断时间控制单元和数字移相单元位于控制板中间位置，线路保护单元位于控制板左上方；控制板中各单元共用一路电源供电，一路GND，确保信号比较控制、传输一致性。

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