超音频资料.doc

超音频电源的主要原理及控制技术: 1、超音频电源概述说明：宽频带是指频率在4kHz30kHz之间,其广泛应用 于机械、建材、冶金汽车等行业，成为表面淬火、金属熔炼、真空熔炼、热装配、钎焊等各种感应加热工艺及PC钢棒、电线电缆镀锌钢带等生产线的主要设备。. 逆变器件选用进口的IGBT(绝缘栅双极晶体管).其特点如下: 1.1利用电磁感应作用直接将被加热工件进行热处理,热效率良好,比电子管电源节电10%以上. 1.2燥声低,污染小,改进了工作环境,并且操作简单. 2、超音频电源主要技术性能： 2.1控制电路采用集成化控制,使得结构简单化,维修方便,抗振性好,抗干扰性能强,故障率低. 2.2具有高可靠性,设备有过压,过流,截流,截压等自动保护功能.负载短路不损坏任何非保护元件,排除故障后,可以立即重新起动. 2.3由于采用自关断器件,因此启动性能好,可以频繁起停.此装置负载适应性好,空载,半载,满载启动,成功率100%. 2.4采用特殊线路设计,输入电压无相序要求,启动时电压,电流从零开始增加,实现零电位启动. 2.5该装置对非磁性材料加热效果也很理想. 2.6方便的外部控制接口,很容易与自动生产线主机联机,实现无人操作,自动化. 3、超音频电源线路原理简介： IGBT超音频电源主要由大功率IGBT模块组成静止式变频电源,采用具有高效率,高稳定性能的交-直-交变频方式,将工频电能转换为频率为4-50kHz超音频电能. 3.1 主电路工作原理：由晶闸管T1-T6组成的全控整流器,滤波电抗器Ld,逆变器 T7-T10,LC谐波电路装置组成的主电路.将输入的三相380V工频电源经接电触器1JC,至三相全控整流桥整定成直流电,再经电抗器LD滤波和隔离 后,将直电压加至逆变器.逆变器由T7-T10,高频变压器,高频电容器组成.高频变压器,感应器与高频电容器组成谐振回路,送到感应器(负载). 本装置的输出频率取决于LC并联振荡器的谐振频率由于采用了并联逆变. 电路,因此对负载的适应性很强.本装置逆变触发脉冲信号取自负载回路.当负载发生变化时,逆变触发脉冲的频率能自动跟踪变化着的负载维持了电路的正常工 作.本装置输出功率的调节是通过改变整流触发角来实现的,值变化范围为0-120?,当值发生变化时,整流输出电压也随着变化,从而导致输出功率的 变化. (1)全控整流器：由入由T1-T6组组成的整流器将三相工频交流电能整流成直流电,晶闸管的导通顺序为 T1T2T2T3T3T4T4T5T5T6T6T1,每一瞬间均有二管导通,每过60?电角度,其中一管换相,周而复始,由此要求整流触发器提 供相应的触发脉冲,晶闸管才能正常的导通,关断,全控整流器按下式工作:Ud=1.35UCos,Ud:整流器输出直流电压,U:整流器输入交流线 电压,:整流器的导通角.移相范围0?120?,应能均匀连续调节.当发生过流过压时,无论整流脉冲处在什么位置,均能即时移至120?实现保 护.(2).滤波器Ld： a.对整流出来的直流电流进行滤波,减小直流电流纹波,利于逆变器稳定工作. b.在整流器与逆变器之间起隔离作用. c.不论任何原因,在滤波电抗器后发生短路故障时,配合装置的过流保护电路来限制短路电流的上升率和峰值. (3). 逆变器：本装置采用单相桥式并联逆变器是由于它对负载的适用能力强,由T-T四桥臂组成的单相逆变器,当两组对角桥臂轮流导通时输出电流ia就不断反 相.由于LC 并联谐振电路对基波近于谐振,故负载LC两端的电压很近于基波Ua即正弦波. 逆变管IGBT每秒交替触发导通的次数即为逆变器输出电流的频率,它与负载的LC的固有频率密切相关,在感应加热过程中,负载的频率特性在一定范围内发生 变化,触发脉冲应具有良好的跟随特性,这是IGBT并联逆变器得以正常工作的必要条件. (4).负载电路LC： LC电路构成逆变器T-T的并联负载,电感L对装置而言为一电路元件,对加热工件则为一能量传递的装置.L与工件一起如同一次级为一匝的变压器,它的成功 设计依赖于丰富的电磁场理论知识及工程经验.只有设计合理的感应器L与本装置匹配才会获的理想的运行参数及工艺参数,提高电源运行可靠行,从而产生满意的 经济效益. 电容器C向L提供无功功率补偿,它的增减改变逆变器的工作频率,同时也改变装置的输出功率. 3.2控制电路的工作原理 (1). 整流触发脉冲发生电路的工作原理脉冲形成微分 单稳态触发 双脉冲形成 同步变压器 RC移相 方波信号发生 脉冲功放 输出来自三相同步变压器的同步信号经电阻,电容组成的移相电路后,大约滞后30?.该信号输入集成电路UBA,UJC后得到的方波信号整形后送至由计数 器组成的脉冲形成电路,在UA1,UB1,UC1的13脚,7脚输出六路矩形脉冲,微分后送入单稳触发电路UA3,UB3,UC3,于是便得到六路调制脉 冲.这些单脉冲相位之间互差60?,它们经双脉冲形成电路后便产生六组双调制脉冲.最后经六路脉冲功放输出六路脉冲,分别去触发相应的晶闸管.移相控制电 路用来控制上述六路脉冲的相位。(2).单相桥式逆变器工作原理： 本装置的逆变器采用并联谐振负载结构,其由T-T组成全桥逆变电路,由于IGBT无反向阻断能力,所以每臂都串联一只二极管.IGBT为自关断器件,它的 开通和关断完全取决于栅极控制电压的幅值,不需要换流电路,使其控制方便,启动性能好。 (3).IGBT逆变控制线路 重叠区产生 脉冲分配 重叠区产生 脉冲整形 脉冲形成 脉冲整形 变频频率 它激频率 自激信号 负载电路 逆变采用桥式并联逆变器,这种逆变器的负载适应性强,可以更换不同的感应器,控制采用锁相技术,因为在角度超前时会引起电流毛刺,而电流滞后时会引起电压 毛刺,因此电源应稳定运行在谐振点上,但检测及驱动总会有一定延迟,因此设计有超前补偿线路,使触发脉冲超前检测信号,使装置始终工作在谐振状态.为此将 他激的固定频率发生器改进为变频的频率发生器,即从100kHz逐步变为4kHz,同时检测谐振电压,在谐振点变自激并且过零触发,保证电源工作在零 度.IGBT逆变器件,要求认真布局设计,它可稳定工作在4kHz30kHz。 (4).保护电路的工作原理： 为保证电源安全工作,在电源中设置了过流,过压等可靠的保护线路。 A过流保护: 过流动作的产生一种是由于负载短路而造成的;另一种是由于器件IGBT的损坏而引起的.针对上述情况,采取了如下保护措施:(1).输入端接快速熔断器.(2).通过电流互感器的取样信号来