CN201345067Y - 全数字调功装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种全数字调功装置，包括，主控制电路，电源转换电路，控制单元，脉冲及逻辑转换电路和显示单元，其中，电源转换电路分别连接主控制电路和控制单元，控制单元分别连接脉冲及逻辑转换电路和显示单元。电源转换电路包括输出端分别连接控制单元的电源变压器和同步变压器。控制单元包括有微处理器，微处理器的同步信号输入端接电源变压器和同步变压器：微处理器的功率信号输入端接4～20mA电流信号；微处理器的功率信号输出端输出0～10V电压信号；微处理器的脉冲输出端、逻辑输出端和逻辑输入端分别对应通过第一光电隔离芯片、第二光电隔离芯片和第三光电隔离芯片连接脉冲及逻辑转换电路。本实用新型可广泛应用于加热炉等需要温度控制的系统中。

Description

全数字调功装置

技术领域

本实用新型属于一种调功装置，特别是涉及一种用于加热炉温度控制系统的全数字调功装置。

背景技术

目前，随着加热炉在冶金、化工等工业生产过程中被广泛地使用，调功装置也被广泛应用。调功装置是采用晶闸管及其触发控制电路用于控制输出功率的功率调节装置；对于炉温控制系统有很好的控制作用，并被广泛的应用于加热炉炉温控制系统中。目前，调功装置的功率单元大部分都是采用晶闸管。

但是，以往采用晶闸管调功的技术存在以下不足：

1、触发方式：晶闸管的触发方式有两种：移相触发、过零触发。移相触发实际上是控制晶闸管的导通，达到调节功率的目的，此方式易造成电磁干扰且控制电路复杂；而过零触发把晶闸管导通的起始点限制在电源电压的过零点，大大降低了谐波分量，功率因数近似为1。所以过零触发方式得到了广泛的应用。然而，传统的晶闸管过零触发调功装置由同步电路、检零电路、隔离电路组成，结构复杂，从而降低装置的可靠性；而且多采用分立元件，器件的离散性和温漂严重影响调功装置的控制精度及使用寿命。

2、辅助功能：目前，市场上的调功装置虽得到了广泛的应用，但其辅助功能很少或者没有，这些都无法判断装置功能的好坏及是否正常运行。对于整个系统而言，当系统发生外部故障的时候，调功装置并无处理故障的能力；对于单个调功装置而言，当装置本身发生故障的时候，也无故障报警功能。

3、频率变化：调功装置是通过晶闸管的导通与关断来控制每个周期内的功率输出，从而达到功率控制要求。因为调功装置所应用的系统有所不同，所以频率也会有所不同。频率跟踪自适应问题就显得尤为重要。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种能够解决现有技术所存在的不足，可以满足不同功率控制的要求，具有多种保护功能的用于加热炉温度控制系统的全数字调功装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种全数字调功装置，包括，主控制电路，电源转换电路，控制单元，脉冲及逻辑转换电路和显示单元，其中，所述的电源转换电路分别连接主控制电路和控制单元，所述的控制单元分别连接脉冲及逻辑转换电路和显示单元。

所述的电源转换电路包括连接220V控制电源的电源变压器和从主控制电路采集380V同步电源的同步变压器，所述的电源变压器和同步变压器的输出端分别连接控制单元。

所述的控制单元包括有微处理器，所述的同步电源经变压的信号依次通过第一运算放大器和钳位电路进入微处理器的同步信号输入端；4～20mA电流信号依次通过第二运算放大器和A/D转换模块进入微处理器的功率信号输入端；微处理器的功率信号输出端依次通过D/A转换模块和第三运算放大器输出0～10V电压信号；所述的微处理器的脉冲输出端、逻辑输出端和逻辑输入端分别对应通过第一光电隔离芯片、第二光电隔离芯片和第三光电隔离芯片连接脉冲及逻辑转换电路。

所述的脉冲及逻辑转换电路包括有脉冲转换电路和逻辑转换电路，其中，所述的脉冲转换电路的输入端连接控制单元中的第一光电隔离芯片，输出端连接主控制电路；所述的逻辑转换电路一侧分别连接第二光电隔离芯片和第三光电隔离芯片另一侧分别对应第二光电隔离芯片和第三光电隔离芯片构成输出端子和输入端子。

所述的主控制电路中还包括有由三对型号相同的晶闸管构成的晶闸管组，其中，每一对晶闸管为反向并联连接，三对晶闸管的一端分别对应穿过第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器与三相电源主回路进线端相连，三对晶闸管的另一端分别对应连接三相电源主回路出线端；所述的三对晶闸管的触发端均连接脉冲及逻辑转换电路中的脉冲转换电路的信号输出端。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的全数字调功装置，采用大功率晶闸管为功率单元，可以满足不同功率控制的要求；并以单片机为控制核心，采用微机控制变周期过零触发技术。该技术具有对电网无公害、无谐波、Cosφ近于1、频率自适应、控制精度高等特点；此外还具有对超温、短路、过流、过载、模块过热、风机停转等多种辅助保护功能。可广泛应用于加热炉等需要温度控制的系统中。

附图说明

图1是本实用新型的构成框图；

图2是本实用新型的功能示意图。

图中的标号分别是：

1-主控制电路；2-电源转换电路；3-控制单元；4-脉冲及逻辑转换电路；5-显示单元；6-同步变压器；7-微处理器；8-电源变压器；9-第一运算放大器；10-钳位电路；11-第二运算放大器；12-A/D转换模块；13-第三运算放大器；14-D/A转换模块；15-第一光电隔离芯片15；16-第二光电隔离芯片；17-第三光电隔离芯片；18-脉冲转换电路；19-逻辑转换电路；20-输出端子；21-输入端子；22-晶闸管组。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明本实用新型的功能如下：

如图1所示，本实用新型全数字调功装置，包括，主控制电路1、电源转换电路2、控制单元3、脉冲及逻辑转换电路4及显示单元5，其中，所述的电源转换电路2分别连接主控制电路1和控制单元3，所述的控制单元3连接脉冲及逻辑转换电路4。所述的控制单元3还连接显示单元5，所述显示单元中的显示模块型号是HD7279。电源转换电路2为装置提供控制电源，并把经过转换的同步信号输入给控制单元3；脉冲及逻辑转换电路4把控制单元3发出的脉冲经过变压器放大输出给晶闸管，使其能正常工作；控制单元3是整个调功装置的核心，完成所有接收/发送的信号转换，可靠的保证了调功装置的正常运行；主控制电路1用来触发晶闸管，完成调功功率的输出。

所述的电源转换电路2包括有与220V电源相连的电源变压器8和采集主控制电路1同步电源信号的同步变压器6，所述的电源变压器8和同步变压器6的输出端分别连接控制单元3。所述的电源变压器8型号为DK1D-0.06/0.8(技术数据220V/30V，10V)，同步变压器6型号为PBT0025-6。

如图2所示，所述的控制单元3包括有微处理器7，微处理器7型号为89C52单片机；它与若干扩展电路(程序存储器、数据存储器、地址锁存器、地址译码器等)构成处理器模块。例如：功率设定输入，通过A/D转换之后送入微处理器，微处理器根据输入的信号，通过模糊控制数学模型调节控制量，输出脉冲触发信号，触发晶闸管组，调节其输出功率，从而控制调功装置的输出功率，达到对加热炉炉温的温度控制。所述的同步电源经同步变压器6输出的同步电源信号依次通过第一运算放大器9和钳位电路10进入微处理器7的同步信号输入端A；4～20mA电流信号依次通过第二运算放大器11和A/D转换模块12进入微处理器7的功率信号输入端B；微处理器7的功率信号输出端C依次通过D/A转换模块14和第三运算放大器13后输出0～10V电压信号，并可通过显示仪表来显示输出的功率信号；所述的微处理器7的脉冲输出端D、逻辑输出端E和逻辑输入端S分别对应通过第一光电隔离芯片15、第二光电隔离芯片16和第三光电隔离芯片17连接脉冲及逻辑转换电路4。同时，所述的微处理器7上还预留485接口。

利用同步电源信号的输入，使微处理器7可以准确的判断过零点，并且利用微处理器的一组I/O作为脉冲触发口，经过一系列的变换实现对晶闸管的可靠过零触发导通控制，从而实现功率的调节。

如图1所示，所述的脉冲及逻辑转换电路4包括有脉冲转换电路18和逻辑转换电路19，其中，所述的脉冲转换电路18的输入端连接控制单元3中的第一光电隔离芯片15，输出端连接主控制电路1；所述的逻辑转换电路19一侧分别连接第二光电隔离芯片16和第三光电隔离芯片17另一侧分别对应第二光电隔离芯片16和第三光电隔离芯片17构成输出端子20和输入端子21(图1中的23)。所述的输出端子20是逻辑信号输出，包括有装置报故障、装置准备好、装置运行、过流、过载等等，使系统可以通过这些逻辑信号的输出，更全面的了解调功装置的状态，便于系统控制，确保系统运行。所述的输入端子21是逻辑信号输入，包括有系统合闸信号、手动状态/自动状态的选择、开关量阶跃信号的给定、外部故障报警等，使全数字调功装置能很好的了解系统状况，决定装置的状态，保证整个系统运行的可靠性。

如图1所示，所述的主控制电路1中还包括有由三对型号相同的晶闸管构成的晶闸管组22，其中，每一对晶闸管为反向并联连接，一端分别对应穿过第一电流互感器T01、第二电流互感器T02、第三电流互感器T03与三相电源主回路进线端U1、V1、W1相连，另一端分别对应连接三相电源主回路出线端U2、V2和W2；所述的三对晶闸管的触发端均连接脉冲及逻辑转换电路4中的脉冲转换电路18的信号输出端。

所述的第一电流互感器T01、第二电流互感器T02、第三电流互感器T03用来检测主控制电路1的电流并反馈给控制单元3。

本实用新型的全数字调功装置是通过周波过零触发方式，控制晶闸管的导通，从而调节输出到负载的平均功率的三相调功器。由于其原理是在各相电压过零时触发该相晶闸管，在负载上呈现完整的正弦波，所以具有功率因数高，无谐波，对电网污染少等优点。该全数字调功装置控制内核采用嵌入式单片计算机，全数字控制，控制精度为1％，具有超温、短路、过载、过流、晶闸管组过热、风机停转等多种保护功能，可在一定范围内自动跟踪电网频率。人机交互方便，显示及故障报警功能强，所有设置参数可保持，掉电不丢失。

本装置可以适应频率在30Hz～60Hz的范围内变化，且不影响晶闸管的功率输出。

Claims (5)

1.一种全数字调功装置，包括，主控制电路(1)，其特征在于，还设置有电源转换电路(2)，控制单元(3)，脉冲及逻辑转换电路(4)和显示单元(5)，其中，所述的电源转换电路(2)分别连接主控制电路(1)和控制单元(3)，所述的控制单元(3)分别连接脉冲及逻辑转换电路(4)和显示单元(5)。

2.根据权利要求1所述的全数字调功装置，其特征是：所述的电源转换电路(2)包括连接220V控制电源的电源变压器(8)和从主控制电路(1)采集380V同步电源的同步变压器(6)，所述的电源变压器(8)和同步变压器(6)的输出端分别连接控制单元(3)。

3.根据权利要求1所述的全数字调功装置，其特征是：所述的控制单元(3)包括有微处理器(7)，所述的同步电源经变压的信号依次通过第一运算放大器(9)和钳位电路(10)进入微处理器(7)的同步信号输入端(A)；4～20mA电流信号依次通过第二运算放大器(11)和A/D转换模块(12)进入微处理器(7)的功率信号输入端(B)；微处理器(7)的功率信号输出端(C)依次通过D/A转换模块(14)和第三运算放大器(13)输出0～10V电压信号；所述的微处理器(7)的脉冲输出端(D)、逻辑输出端(E)和逻辑输入端(S)分别对应通过第一光电隔离芯片(15)、第二光电隔离芯片(16)和第三光电隔离芯片(17)连接脉冲及逻辑转换电路(4)。

4.根据权利要求1所述的全数字调功装置，其特征是：所述的脉冲及逻辑转换电路(4)包括有脉冲转换电路(18)和逻辑转换电路(19)，其中，所述的脉冲转换电路(18)的输入端连接控制单元(3)中的第一光电隔离芯片(15)，输出端连接主控制电路(1)；所述的逻辑转换电路(19)一侧分别连接第二光电隔离芯片(16)和第三光电隔离芯片(17)另一侧分别对应第二光电隔离芯片(16)和第三光电隔离芯片(17)构成输出端子(20)和输入端子(21)。

5.根据权利要求1所述的全数字调功装置，其特征是：所述的主控制电路(1)中还包括有由三对型号相同的晶闸管构成的晶闸管组(22)，其中，每一对晶闸管为反向并联连接，三对晶闸管的一端分别对应穿过第一电流互感器(T01)、第二电流互感器(T02)、第三电流互感器(T03)与三相电源主回路进线端(U1、V1、W1)相连，三对晶闸管的另一端分别对应连接三相电源主回路出线端(U2、V2、W2)；所述的三对晶闸管的触发端均连接脉冲及逻辑转换电路(4)中的脉冲转换电路(18)的信号输出端。

Images