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    第四節 工作原理

      本機的主電路框圖如[圖1]所示。整流器采用三相橋式全控整流電路,逆變器采用單相橋式逆變電路,負載為并聯諧振形式,直流濾波環節為大電感濾波,以滿足并聯逆變器的輸入要求。

    [圖1] 交——直——交變換器

    (1)三相橋式全控整流電路[圖2]

    三相橋式全控整流電路的輸出電壓為:

    Ud=2.34U2cosa……………………………………………(1)

    式中,U d——輸出直流電壓平均值;
    U2——— 電網相電壓
    a —— 觸發移相角
    [圖3]給出了在不同a角下的輸出電壓的波形(在感性負載和電流非斷續狀態下)。其中a>90°的狀態稱為整流的逆變工作狀態,其實質是負載向電網反饋能量。見下頁[圖3]
    整流觸發電路采用數字集成電路構成,所采用芯片的型號、功能及有關說明如表二所示。
    表 二

    編 號

    名 稱

    型 號

    用 途

    U101

    四運放

    LM324

    限幅放大

    U102、U103

    四異或門

    CD4070

    過零檢測及整形

    U104~U106

    2輸入或非門

    CD4001

    或非邏輯

    U107~U109

    14級二進制串行計數器

    CD 4020

    分頻

    U110~U112

    雙時基電路

    556

    脈沖整形調制

    U113

    單時基電路

    555

    產生調制脈沖

     

      本裝置的整流觸發同步信號由同步變壓器提供,經RC濾波及比較放大,找出觸發同步信號的過零點,再由數字計數器計數延時。觸發脈寬由555構成的單穩確定,并由555進行高頻調制,以減小觸發脈沖變壓器的體積。本觸發電路具有抗干擾能力強、延時準確、調試方便、觸發可靠、功耗低及體積小的優點。

    (二)單相橋式并聯逆變電路[圖4]
      并聯逆變器的基本線路如 [圖4]所示。圖中V7— V10組成了一個橋式逆變電路,Ld為直流濾波電感,Lr為感應爐等效電路,C為補償電容,由L、r、C組成一個并聯諧振電路。

      Ld使整流橋輸出的直流電流連續,電流紋波減小,這樣可近似地把整流橋輸出電流看成一平直電流。Ld的另一個作用是限制中頻電流進入工頻電網,起隔離作用;當逆變失敗時,它也起限制浪涌電流的作用。

      逆變橋由四只橋臂構成,每一臂為一只晶閘管和一個限流電抗器串聯組成。限流的作用是限制逆變晶閘管導通時的電流上升率(di/dt),使它不超過允許的數值。如果橋臂中V7、 V10和V8、V9輪流導通,便將直流Id逆變為在負載中流動的電頻電流

    [圖4] 逆變主電路及觸發檢測電路

      為使逆變器正常工作,其工作頻率應高于負載諧振頻率。此時負載回路對輸入的中頻梯形電流中的高次諧波電流呈現低阻抗,對中頻梯形波電流中的基波電流呈現高阻抗,因而使輸出電壓接近正弦波。逆變電路有關波形示于[圖5]。

      由于逆變工作頻率略高于負載諧振頻率,使晶閘管獲得一定的換相關斷時間tj,從[圖5]可以看出,j也是負載功率因數角.從數學分析可知,中頻負載電壓對輸主直流電壓有如下關系:

      UL=1.11Ud/cosj……………………………………………(2)

    為了提高輸出額定功率因數角,應盡量減小tj,但tj的減小就意味著逆變晶閘管道關斷時間的減小,這不利于逆變器的可靠工作.,加外通常加大換相關斷時間tf會增加晶閘管的電壓定額.因此需兩者兼顧,通常取j=30 °左右.由于中頻電源負載參數(L、r)隨著工件的多少和工件溫度 的變化而變化,因此負載頻率也是隨時間變化的.為了獲得恒定的引前時間以保證可靠換流,逆變頻率必須隨著負載諧振頻率而變,并始終略高于負載諧振頻率,這就是說,逆變觸發電路不能采用恒定的頻率的他激方式,而必須采用自激方式,即自動跟蹤負載頻率。

      逆變觸發同步信號是由中頻輸出電壓和補償電容電流的取樣信號合成的,該合成信號滯后于補償電容電流而超前于中頻輸出電壓, 其過零時刻即為逆變觸發時刻?梢娔孀冇|發頻率始終略高于負載諧振頻率。

    逆變觸發同步信號為中頻正弦信號,經高靈敏度的比較器LM311轉換為方波,在方波的上跳沿及下跳沿各送出一個寬度一定的脈沖到相應的逆變晶閘管,即可完成頻率自動跟蹤的逆變觸發
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