采用晶閘管關(guān)斷時(shí)間控制的高效中頻電源介紹

3 晶閘管關(guān)斷時(shí)間（TOT）控制電路的引用

以德國(guó)AEG公司，英國(guó)RADYNE公司為代表的中頻電源產(chǎn)品，都采用了TOT（turn off time）定時(shí)控制法。其特點(diǎn)是按標(biāo)準(zhǔn)給定的TOT和實(shí)際TOT之間的差值及時(shí)對(duì)觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)整，以便準(zhǔn)確控制逆變晶閘管的關(guān)斷恢復(fù)時(shí)間。前已述及，無論從安全運(yùn)行要求，還是確保恒功率輸出的要求，都希望調(diào)節(jié)觸發(fā)角（即超前功率因數(shù)角φ）。為此，我們從參考文獻(xiàn)[2]引用了“TOT”定時(shí)控制法的“超前觸發(fā)脈沖形成電路”，以滿足高效中頻熔煉電源輸出恒功率對(duì)冀塹鶻詰囊求。

圖2是TOT控制法“超前觸發(fā)脈沖形成電路”框圖及波形圖。該電路由中頻負(fù)載電路電壓u_H和電容支路電流信號(hào)及其轉(zhuǎn)換電路，異或非門U_1A，比較器B，JK觸發(fā)器U_3A和斜波生成電路組成。其核心部分是保證在u_H過零之前的TOT時(shí)間內(nèi)，比較器B產(chǎn)生下降沿，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，由Q及Q端輸出超前觸發(fā)脈沖。比較器B反相輸入端接斜坡電壓信號(hào)u_c2；而同相輸入端接冀塹鶻諦藕u_c1。通過u_c1與u_c2比較（交點(diǎn)）確定觸發(fā)脈沖位置。

（a）電路框圖

（b）波形圖

圖2 超前觸發(fā)脈沖形成電路

4 φ角的控制思想和策略

常規(guī)并聯(lián)諧振電流型中頻電源一般按下列思想設(shè)計(jì)控制電路，即在升溫初期，讓觸發(fā)角固定在某一φ_min下，依靠調(diào)節(jié)整流橋的控制角α來提升中頻電壓u_H；而在升溫后期，則靠保持最大直流輸出功率P_dmax=U_dmaxI_dmax完成熔煉。但由于R_H的變化，使熔煉大部分時(shí)間達(dá)不到P_dmax，因而熔煉周期長(zhǎng)，熱損大，效率低。為此，可以保留升溫初期的控制過程不變，而在升溫后期，采用調(diào)節(jié)嫉目刂品椒ǎ使Rd保持不變，維持最大功率輸出，使中頻電源由低效變成高效。
調(diào)節(jié)φ角的控制電路如圖3所示。圖中①是用于控制場(chǎng)效應(yīng)管Q₁“通－斷”的比較器；②是φ角調(diào)節(jié)器；③是加法器；④是限幅電路；⑤是超前觸發(fā)脈沖形成電路。圖4給出了φ角調(diào)節(jié)過程中u_Hf（中頻爐線圈電壓反饋值），u_d及u_c1的變化曲線。系統(tǒng)在投入工作前u_H^＊為最大值（可根據(jù)中頻負(fù)載電路中電容器和逆變晶閘管的耐壓確定），uc1的最大值uc1max和最小值u_c1min對(duì)應(yīng)于φ_min和φ_max。在階段Ⅰ，直流電壓u_d還沒有達(dá)到最大值，u_H的大小完全由原有整流橋控制角α調(diào)節(jié)，此時(shí)u_d小于比較器①整定值u_b1，比較器①輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管Q₁導(dǎo)通，φ角調(diào)節(jié)器②不起作用，③輸出為最大值，④輸出為u_c1的最大限幅值u_c1max（φ_min）；在階段Ⅱ，直流電壓u_d已達(dá)到最大值，比較器①翻轉(zhuǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管Q₁截止，φ角調(diào)節(jié)器開始工作，并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。若調(diào)節(jié)過程中φ角大于φ_max。則由④輸出進(jìn)行限幅。

圖3φ角調(diào)節(jié)器組成原理圖

（a）u_Hf及u_d的變化曲線

（b）u_c1變化曲線

圖4冀塹鶻詮程中u_Hf，u_d及u_c1的變化曲線

5 結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的高效中頻熔煉電源控制電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

——電路集成化高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于頻率為1000Hz～2500Hz的中頻感應(yīng)熔煉；

——輸入信號(hào)取自原檢測(cè)電路與控制電路，不須另加檢測(cè)電路；

——φ角調(diào)節(jié)電路可取代原逆變觸發(fā)器，并可與原逆變觸發(fā)器互為備用，既可使中頻電源實(shí)現(xiàn)高效控制，又可提高運(yùn)行可靠性。