1、概述
KGPS型可控硅中頻電源是一種靜止變頻裝置,利用可控硅元件將工頻三相交流電源變換成中頻單相交流電源,主要應用于感應加熱.感應熔煉及其他需要中頻電源供電的場合.由于它具有整機效率高,重量輕,噪音小,起停迅速而且對電網無沖擊,頻率自動跟蹤負載參數變化,功率調節方便等一系列優點.因而,它正在逐步取代中頻發電機組.本裝置主電路采用"交流——直流——交流"變換系統由三相全控橋式整流電路,電感慮波電路,并聯逆變電路組成.可控硅元件用水冷卻.其控制系統由集成電路組成性能穩定,可靠.啟動采用先進的掃頻式零電壓方式,安全,方便.維修簡便,經濟,特別適用于金屬溶煉、加熱及熱處理工況.
MPU—6 恒功率晶閘管中頻電源控制板，主要由電源、調節器、移相控制電路、保護電路、啟動演算電路、逆變頻率跟蹤、逆變脈沖形成、脈沖放大及脈沖變壓器組成。其核心部件采用美國生產的高性能、高密度、超大規模專用MPU集成電路，使其電路除調節器外，其余均實現數字化，整流觸發器部分不需要任何調整，而且可靠性高、脈沖對稱度高、抗干擾能力強、反應速度快等特點，又由于有相序自適應電路，無需同步變壓器，所以，現場調試中免去了調相序、對同步的工作，僅需把KP晶閘管的門極線接入控制相應的接線端上，整流部分便能投入運行。
逆變采用掃頻式零壓軟啟動方式，啟動性能優于普通的零壓軟啟動電路。并設有自動重啟動電路，可防止中頻電源偶爾的啟動失敗，使啟動成功率達到100%。頻率跟蹤電路采用的是平均值取樣方案，提高了逆變的抗干擾能力，而且僅需取樣中頻電壓信號，而無需槽路電容器的電流信號，免去了外接中頻電流互感器、確定取樣電流相位的煩惱。因此，在調試和使用現場中，也不會由于中頻輸出線或取樣電流互感器的相位接反，而產生中頻電源不能啟動的問題。
逆變電路中還加有逆變角調節電路，可以自動調節負載阻抗的匹配，達到恒功率輸出，可以制成“快速熔煉”的中頻電源，達到節時、節電、提高網側功率因數的目的（此功能也可關掉）。逆有8只變部分的主要電路均在MPU大規模集成電路的內部，亦是數字電路。
MPU—6控制板全板僅有7只集成電路、4只晶體管、6只微調電位器、33個引出端子，安裝十分方便。適用于各種晶閘管并聯諧振中頻電源。

2、正常使用條件
2.1海拔不超過2000米。
2.2環境溫度不低于-10℃，不高于+40℃
2.3空氣最大相對濕度不超過90%（20℃+5℃時）。
2.4運行地點無導電及爆炸性塵埃，無腐蝕性金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽。
2.5無劇烈振動和沖擊。
3、主要技術參數
3.1主電路進線額定電壓：380V-1000v（50Hz）。
3.2控制供電電源：單相17V/2A。
3.3中頻電壓反饋信號：AC15V/15mA。
3.4電流反饋信號：AC12V/5mA三相輸入。
3.5整流觸發脈沖移相范圍： a=0~130°

3.7整流觸發脈沖信號寬度：≥600μS、雙窄、間隔60°。
3.8整流觸發脈沖特性：觸發脈沖峰值電壓：≥12V
觸發脈沖峰值電流：≥1A
觸發脈沖前沿陡度：≥0.5A/μS
3.9逆變頻率：400Hz—8KHz。
3.10逆變觸發脈沖信號寬度：1/16X逆變頻率。
3.11逆變觸發脈沖特性：觸發脈沖峰值電壓：≥22V
觸發脈沖峰值電流：≥1.5A
觸發脈沖前沿陡度：≥2A/μS
（逆變的觸發脈沖變壓器是外接的）
3.12最大外型尺寸：245×175×40mm
3.13故障信號輸出：
控制板在檢測到故障信號時，輸出一組接點信號，該接點容量為AC：5A/220V；DC：10A/28V。
4、電路原理
整個控制電路除逆變末級觸發單元外，做成一塊印刷電路板結構。功能上包括電源、整流觸發、調節器、逆變觸發、啟動演算等，除調節器為模擬運算電路外，其余均為數字電路。
組成該控制板的核心集成電路為U5，型號為MPU它是一塊專用超大規模數字集成電路，有3路時鐘輸入口，33路輸入/輸出口，內部功能包括整流移相觸發、相序自適應、逆變觸發、逆變引前角鎖定、逆變重復起動、過流保護、過壓保護、缺相保護、水壓低保護、水溫高保護控制板欠壓保護，另外還有二個外部故障輸入保護。
4.1整流觸發工作原理
這部分電路包括三相同步、相序自適應、壓控時鐘、數字觸發、末級驅動等電路。
三相同步信號直接由晶閘管的門極引線K4、K6、K2從主回路的三相進線上取得，由R8、C5、R9、C6、R10、C7進行濾波，再經6只光點耦合器進行電隔離，獲得6個相位互差60度的矩形波同步信號，輸入到U5的54P、56P、58P、60P、61P、63P。
在U5的內部有相序自適應電路，確保了中頻電源的三相交流輸入可以不分相序。
在U3D及其周圍電路構成壓控時鐘，其輸出信號的周期隨調節器的輸出電壓VK而線性變化。壓控時鐘信號輸入到U5的3P，作為數字觸發的時鐘CLOK1。
數字觸發的特征是用計數（時鐘脈沖）的辦法來實現移相，6路整流移相觸發脈沖均由U5產生。6路整流移相觸發脈沖經U6晶體管陳列放大后，驅動整流脈沖變壓器輸出。
4.2調節器工作原理
共設有2個調節器；中頻電壓/電流調節器、逆變角調節器。
其中電壓/電流調節器（U3C），是常規的PI調節器，在啟動和運行的整個階段，該環始終參與工作；逆變角調節器（U3B）用于使逆變橋能在某一З角下穩定的工作。
調節器電路的工作過程可以分為兩種情況；一種是直流電壓沒有達到最大值的時候，即U3D沒有限幅，而U3A工作于限幅狀態，對應的為最小逆變З角，此時系統完全是一個標準的電壓/電流閉環系統；另一種情況是直流電壓已到最大值，即U3D開始限幅，整流橋的調節不再起作用，而U3A退出限幅狀態開始工作，調節逆變角調節器的З角給定值，使輸出的中頻電壓增加，達到新的平衡。此時，就有電壓/電流調節器與逆變角調節器雙環工作。

由主回路交流互感器取得的電流信號，先在外部轉換成電壓信號，從11、12、13輸入。經二極管D39~D44整流后，再分為兩路，一路作為過流保護信號，另一路送到電壓/電流調節器的反饋信號。
4.3逆變部分工作原理
本電路逆變觸發發部分，采用的是掃頻式零壓軟起動，只需取一路中頻電壓反饋信號，無需槽路中頻電容器上的電流信號，其本質上相當于它激轉自激電路，屬于平均值反饋電路。由于主回路上無需附加任何啟動電路，不需要預充磁或預充電的起動過程，因此，主回路得以簡化，調試過程簡單。
起動過程大致是這樣的，在逆變電路起動前，先以一個高于槽路諧振頻率的它激信號去觸發逆變晶閘管，當電路檢測到主回路開始有直流電流時，便控制它激信號的頻率從高向低掃描，同時繼續加大主回路的直流電流，當它激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時，中頻電壓便建立起來，并反饋到自動調頻電路。自動調頻電路一旦投入工作，便停止它激信號的頻率往低掃描動作，轉由自動調頻嗲路控制逆變動引前角，使設備進入穩態運行。
若一次起動不成功，即自動調頻電路沒偶抓住中頻電壓反饋信號，此時，它激信號便會一直掃描到最低頻率，重復起動電路一旦檢測到它激信號進入到最低頻段，便進行一次再起動，把它激信號再推到最高頻率，重復掃描一次，直至起動成功。重復起動的周期約為0.5移鐘
由UP1和UP2輸入的中頻電壓信號，經U2C轉換成方波信號，輸入到U5的12P。由U5的64P、67P輸入的逆變觸發信號，經U7隔離放大后，驅動逆變觸發CMOS晶體管Q5、Q6。U4A和U4C構成逆變壓控時鐘，輸入到U5的83P；同時又由U7進行頻壓轉換后用于驅動頻率表。FHZ微調電位器用于整定外接頻率表的讀數。
另外，當發生過電壓保護時，U5內部的過電壓保護振蕩器起振，輸出2倍于最高逆變頻率的觸發脈沖，使逆變橋的4只晶閘管均導通。
U4B為起功失敗檢測器，其輸出控制U5內部重復起動電路。
6.4啟動演算工作原理
過電流保護信號經U1B，送到U5的15P，封鎖整流觸發脈沖；驅動“OL”LED批示燈亮和驅動報警繼電器。通過“W1IF”微調電位器可整定過流電平。
當三相交流輸入缺相時，本控制板均能對電源實現保護和指示。起原理是：由4#、6#、2#晶閘管的陰極（K）分別取A、B、C三相電壓信號（通過門極引線），經過光電耦器的隔離送到U5進行檢測 和判別，一旦出現“缺相”故障時，除了封鎖整流觸發脈沖外，還驅“OP”LED批示燈以及報警繼電器。
為了使控制電路能夠更可靠準確的運行，控制電路上還設置了啟動定時器和控制電源欠壓檢測保護，在開機的瞬間，控制電路的工作是不穩定的，設置一個3秒鐘左右的定時器，待定時過后，才容許輸出觸發脈沖。這部分電路由U1C等元件構成。若由于某種原因造成控制板上直流供電電壓過低，穩壓器不能穩壓，亦會使控制出錯。設置一個欠壓檢測電路（由U1D等組成），當VCC電壓低于12.5V時便封鎖整流觸發脈沖，防止不正確的觸發，同時點亮“LV”LED批示燈和驅動報警繼電器。
自動重復起動電路在U5內部。微動開關DIP-2用于關閉自動重復起動電路。
U1A組成中頻過電壓檢測，輸入到U5的15P，封鎖整流觸發脈沖；驅動“OV”LED指示燈亮和驅動報警繼電器；同時使過壓保護震蕩器起振。調節“W2VF”微調電位器可整定過壓電平。
U8A及周圍電路組成水壓過低延時保護電路，延時時間約3秒。輸入到U5的77P封鎖整流觸發脈沖；驅動“WPL”LED指示燈亮餓驅動報警繼電器。