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新型智能化三相触发板的设计

发布时间:2014-07-04 16:31   类型:技术前沿   人浏览

  武汉辉达工控技术有限公司三相控制触发板是以高级工业级单片机和电源变压器、脉冲变压器为核心, 结合外围器件来实现对可控硅三相全控、半控桥的触发控制,采用锁相环技术及过零触发的方法,实现触发脉冲与电源信号(线电压)的同步,提高了触发器的抗干扰能力,改善了三相触发脉冲的对称性,由软件控制可产生不同顺序的6组触发脉冲,适应不同性质负载,控制精度高,动态特性好。脉冲不对称度≤0.1°,用军工脉冲变压器触发,脉冲前沿陡度≤0.2uS,双屏数码显示,功能、参数设定采用按键操作,故障、报警采用LED 显示,操作简单、方便,显示直观。


  一、特点


  l 采用宽电源供电,可提供显示板完成字符人机操作界面,输入信号故障指示以及输入输出可组态,方便用户使用和维护


  l 多功能组合报警,有报警延时,防止误动作,超温自动关输出,过流报警,启动断开报警,也可取消该功能。


  l A/D采集稳定,自动消除温漂处理,参数可修改,掉电自动记忆。


  l 适用于多形式的可控硅触发,多种不同负载接线方式,具有可配置性。


  l 可任意配置软启软关功能,外接电阻时可手动输出。


  l 支持标准的Moudbus-RTU协议, RS485硬件接口。


  l 60 °脉冲列触发方式,稳定性好,抗干扰能力强;输出具有防烧保护功能。


  二、控制原理


  2.1整体设计框图


  2.2 核心电路说明


  此电路为NZK-M系列可控硅三相触发模块电流反馈电路,IA1、IA2端接电流互感器(HWGS-3B5A/2.5mA)次级绕组,初级接负载电流,反馈电流经电流互感器变比后再经过电流反馈电路和单片机处理。


  三、负载常规控制理论


  3.1 变压器控制


  1)变压器的设计容量不足,造成当电流增加到一定程度时变压器铁芯饱合,导致电流剧增、波形畸变、损坏器件,则需重新设计变压器,或加负载最大电流限制功能。


  2)运行过程瞬间断电后又上电等,造成上电时的磁通极性与剩磁极性(固有剩磁和瞬间断电正在衰减的磁场)的“撞车”,产生危害性冲击电压、电流。所以电感负载尤其是变压器,应采用上电缓起动,逐步顺磁和缓关断逐步衰减磁场。


  3)变压器为感性负载,窄脉冲触发不可靠。脉宽可变直流触发技术,能提供负载电流到达晶闸管擎驻电流的足够时间,确保可靠触发。注:变压器负载不能空载调试、运行。


  3.2纯金属类


  1)硅钼、钼丝、钨、白金、石墨等负载冷态电阻小,低、中温段需限压和限流;随着温度增高,电阻按线性增大,在高温段反而需增加负载电压。可控硅三相移相/过零触发模块的电流限制功能,是专门为这类负载设计的。此外,带有多组PID 和调节输出限幅的仪表,也可控制负载电流。例如:本公司的XMA-55系列仪表或岛电的FP21等可设计低、中、高温区的调节输出限制。


  3.3硅碳棒


  2)一般采用缓起动> 1 分钟或更长和电流限制,避开在700℃附近负阻的冲击电流(新棒更明显)。


  3.4 恒阻(泛指冷热阻变化小的负载)


  1) 控制策略较简单,可采用过零调功方式,克服调压方式功率因数低、污染电网的缺点。周期过零(占空比控制),一般采用大功率SSR 实现。周波过零调功,负载电流以全正弦波为单位均匀分布,多台设备运行时,总动力电流相对均衡(避免了周期过零方式电流集中),改善炉温均匀性,避免了电流表撞针,重要的是:提高了电源利用率和避免电力设备增容,节电效果十分明显。可控硅三相移相/过零触发模块是调功调压一体化设计,既可调压也能调功(周期和周波过零两种方式),可满足不同的控制策略。


  四、可控硅触发理论


  晶闸管由截止到导通需要在控制极上加以一定的触发信号,触发信号可以是直流、交流信号或脉冲信号,但通常使用的都是脉冲信号,


  4.1 晶闸管对触发电路的基本要求


  1) 触发信号应有足够的触发功率(电压和电流),一般触发电压为4-10V,触发电流为几十到几百毫安,因此要求脉冲变压器初级直流电源电压不小于15V左右(一般为18-24V)


  2) 控制极平均功率不PG不能超过允许值,对于5A的晶闸管应小于0.5W,10-50A的小于1W等。


  3) 触发脉冲应有足够的宽度,因为晶闸管的开通时间约为6us,故触发脉冲宽度不能小于6us。


  4) 在采用强触发时, 晶闸管控制极功率可能超过允许平均功率的几倍,但允许的峰值功率比平均功率大得多,由于强触发时晶闸管的开通时间很短,因此强触发脉冲可以很窄,常用强触发脉冲波形如下:


  t1=1us


  1.5-2IGT


  10-20us


  




  图4.1


  5) 为了使触发时间准确,要去触发脉冲上升沿要陡,最好在10 us以下.


  6) 具有抗干扰能力,触发时触发电路的输出电压应小于0.15-0.2V,为避免误触发,必要时可在控制极加上1-2V的负电压。


  7) 触发脉冲必须与加在晶闸管上的电源电压同步,以保证主电路中的晶闸管在每个周期的导通角相等,而且要求触发脉冲发出的时刻能平稳地前后移动(即相角),同时还要求移相范围足够宽。


  4.2常用脉冲触发形式


  根据负载形式的不同,可以选择6种不同脉冲的触发形式,具体如下:


  1) 窄脉冲:其脉冲宽度T=30-100us,适用于电阻性负载和小功率晶闸管,如图(a)


  2) 宽脉冲:其脉冲宽度T=100us-5ms,适用于感性负载,根据电感的强弱选取适当的脉冲宽度如图(b),弱电感性负载,可选取1ms以下 ,强电感性负载,可选取1-5ms,对于三相全控桥式电路,如果不是采用双脉冲触发为了使顺相序的两个晶闸管同时被触发,脉冲宽度必须大于60°电角度,一般取5ms左右。


  3) 连续脉冲:其脉冲宽度T=180°-α(Α为晶闸管导通角),适用于强电感性负载,如图(c)


  iG


  180°-α


  30-100us


  iG


  100us-5msM


  iG


  图(a) 图(b) 图(c)


  4) 双脉冲:双脉冲主要是为了适应三相全桥式电路要求,使相邻两个元件同时得到触发脉冲,如图(d)


  5) 脉冲列:载波频率为5-20kHz,任何一种宽度的脉冲都可调制成脉冲列,主要是简化了脉冲的传送,如图(e)


  6) 组合脉冲:在触发串联或并联的晶闸管时,要求触发电流有很高的上升率,如(1-3)A/us,当脉冲宽时,脉冲变压器匝数必然多,漏感大,难以达到很高的电流上升率,如图(e),为此,需采用上升率高的窄脉冲和宽脉冲组合方式。


  iG


  60°


  iG


  iG


  


  五、总结


  本触发板的所有控制参数均为数字量,无温度漂移变化,运行稳定、工作可靠。强抗干扰能力,采用独特措施,恶劣干扰环境正常运行。通用性强,适用范围宽,触发板适应任何性质负载,手动、自动;稳流、稳压;电位器控制、模块控制可任意选择和切换,适应多于六个晶闸管元件的各种大型可控整流设备。具有完善故障、报警检测和保护功能。实时检测过流、过压、控制板内部故障。设有开机软启动、急停软关保护。调试简便,触发板调试不用示波器和万用表。每一块触发板均经过了严格的软件测试、硬件老化,以确保工作稳定可靠。


  主要应用领域:盐浴炉、工频感应炉、淬火炉温控;热处理炉温控;玻璃生产过程温控;金刚石压机加热;大功率充磁/退磁设备;半导体工业舟蒸发源;航空电源调压;真空磁控溅射电源;纺织机械;水晶石生产;粉末冶金机械;隧道电窑集散温控系统;彩色显像管生产设备;冶金机械设备;交直流电机拖动;石油化工机械;电压、电流、功率、灯光等无级平滑调节,恒压恒流恒功率控制等领域。


  为了满足不同层次的需求,我们正在加强新产品的开发,并不断推陈出新。为了满足您的特殊要求,我们愿为您单台定制。您在使用我们产品时,可能还会发现一些不尽人意的地方,请您提出宝贵意见,我们在此表示衷心感谢。


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