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第四節(jié) 工作原理
本機(jī)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(fù)載為并聯(lián)諧振形式，直流濾波環(huán)節(jié)為大電感濾波，以滿足并聯(lián)逆變器的輸入要求。 |
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[圖1] 交——直——交變換器
（1）三相橋式全控整流電路[圖2] |
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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(wǎng)相電壓
a —— 觸發(fā)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(fù)載和電流非斷續(xù)狀態(tài)下）。其中a>90°的狀態(tài)稱為整流的逆變工作狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。見下頁[圖3]
整流觸發(fā)電路采用數(shù)字集成電路構(gòu)成，所采用芯片的型號(hào)、功能及有關(guān)說明如表二所示。
表 二
編 號(hào) |
名 稱 |
型 號(hào) |
用 途 |
U101 |
四運(yùn)放 |
LM324 |
限幅放大 |
U102、U103 |
四異或門 |
CD4070 |
過零檢測(cè)及整形 |
U104~U106 |
2輸入或非門 |
CD4001 |
或非邏輯 |
U107~U109 |
14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器 |
CD 4020 |
分頻 |
U110~U112 |
雙時(shí)基電路 |
556 |
脈沖整形調(diào)制 |
U113 |
單時(shí)基電路 |
555 |
產(chǎn)生調(diào)制脈沖 |
本裝置的整流觸發(fā)同步信號(hào)由同步變壓器提供，經(jīng)RC濾波及比較放大，找出觸發(fā)同步信號(hào)的過零點(diǎn)，再由數(shù)字計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)延時(shí)。觸發(fā)脈寬由555構(gòu)成的單穩(wěn)確定，并由555進(jìn)行高頻調(diào)制，以減小觸發(fā)脈沖變壓器的體積。本觸發(fā)電路具有抗干擾能力強(qiáng)、延時(shí)準(zhǔn)確、調(diào)試方便、觸發(fā)可靠、功耗低及體積小的優(yōu)點(diǎn)。 |
（二）單相橋式并聯(lián)逆變電路[圖4]
并聯(lián)逆變器的基本線路如 [圖4]所示。圖中V7— V10組成了一個(gè)橋式逆變電路，Ld為直流濾波電感，Lr為感應(yīng)爐等效電路，C為補(bǔ)償電容，由L、r、C組成一個(gè)并聯(lián)諧振電路。 |
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Ld使整流橋輸出的直流電流連續(xù)，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(gè)作用是限制中頻電流進(jìn)入工頻電網(wǎng)，起隔離作用；當(dāng)逆變失敗時(shí)，它也起限制浪涌電流的作用。
逆變橋由四只橋臂構(gòu)成，每一臂為一只晶閘管和一個(gè)限流電抗器串聯(lián)組成。限流的作用是限制逆變晶閘管導(dǎo)通時(shí)的電流上升率(di/dt),使它不超過允許的數(shù)值。如果橋臂中V7、 V10和V8、V9輪流導(dǎo)通，便將直流Id逆變?yōu)樵谪?fù)載中流動(dòng)的電頻電流 |
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[圖4] 逆變主電路及觸發(fā)檢測(cè)電路
為使逆變器正常工作，其工作頻率應(yīng)高于負(fù)載諧振頻率。此時(shí)負(fù)載回路對(duì)輸入的中頻梯形電流中的高次諧波電流呈現(xiàn)低阻抗，對(duì)中頻梯形波電流中的基波電流呈現(xiàn)高阻抗，因而使輸出電壓接近正弦波。逆變電路有關(guān)波形示于[圖5]。
由于逆變工作頻率略高于負(fù)載諧振頻率,使晶閘管獲得一定的換相關(guān)斷時(shí)間tj,從[圖5]可以看出,j也是負(fù)載功率因數(shù)角.從數(shù)學(xué)分析可知,中頻負(fù)載電壓對(duì)輸主直流電壓有如下關(guān)系: |
UL=1.11Ud/cosj……………………………………………（2）
為了提高輸出額定功率因數(shù)角,應(yīng)盡量減小tj,但tj的減小就意味著逆變晶閘管道關(guān)斷時(shí)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(guān)斷時(shí)間tf會(huì)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(fù)載參數(shù)(L、r)隨著工件的多少和工件溫度 的變化而變化,因此負(fù)載頻率也是隨時(shí)間變化的.為了獲得恒定的引前時(shí)間以保證可靠換流,逆變頻率必須隨著負(fù)載諧振頻率而變,并始終略高于負(fù)載諧振頻率,這就是說,逆變觸發(fā)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(dòng)跟蹤負(fù)載頻率。 |
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逆變觸發(fā)同步信號(hào)是由中頻輸出電壓和補(bǔ)償電容電流的取樣信號(hào)合成的，該合成信號(hào)滯后于補(bǔ)償電容電流而超前于中頻輸出電壓， 其過零時(shí)刻即為逆變觸發(fā)時(shí)刻�？梢娔孀冇|發(fā)頻率始終略高于負(fù)載諧振頻率。
逆變觸發(fā)同步信號(hào)為中頻正弦信號(hào)，經(jīng)高靈敏度的比較器LM311轉(zhuǎn)換為方波，在方波的上跳沿及下跳沿各送出一個(gè)寬度一定的脈沖到相應(yīng)的逆變晶閘管，即可完成頻率自動(dòng)跟蹤的逆變觸發(fā) |
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