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第四节 工作原理
本机的主电路框图如[图1]所示。整流器采用三相桥式全控整流电路,逆变器采用单相桥式逆变电路,负载为并联谐振形式,直流滤波环节为大电感滤波,以满足并联逆变器的输入要求。 |
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[图1] 交——直——交变换器
(1)三相桥式全控整流电路[图2] |
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三相桥式全控整流电路的输出电压为:
Ud=2.34U2cosa……………………………………………(1)
式中,U d——输出直流电压平均值;
U2——— 电网相电压
a —— 触发移相角
[图3]给出了在不同a角下的输出电压的波形(在感性负载和电流非断续状态下)。其中a>90°的状态称为整流的逆变工作状态,其实质是负载向电网反馈能量。见下页[图3]
整流触发电路采用数字集成电路构成,所采用芯片的型号、功能及有关说明如表二所示。
表 二
编 号 |
名 称 |
型 号 |
用 途 |
U101 |
四运放 |
LM324 |
限幅放大 |
U102、U103 |
四异或门 |
CD4070 |
过零检测及整形 |
U104~U106 |
2输入或非门 |
CD4001 |
或非逻辑 |
U107~U109 |
14级二进制串行计数器 |
CD 4020 |
分频 |
U110~U112 |
双时基电路 |
556 |
脉冲整形调制 |
U113 |
单时基电路 |
555 |
产生调制脉冲 |
本装置的整流触发同步信号由同步变压器提供,经RC滤波及比较放大,找出触发同步信号的过零点,再由数字计数器计数延时。触发脉宽由555构成的单稳确定,并由555进行高频调制,以减小触发脉冲变压器的体积。本触发电路具有抗干扰能力强、延时准确、调试方便、触发可靠、功耗低及体积小的优点。 |
(二)单相桥式并联逆变电路[图4]
并联逆变器的基本线路如 [图4]所示。图中V7— V10组成了一个桥式逆变电路,Ld为直流滤波电感,Lr为感应炉等效电路,C为补偿电容,由L、r、C组成一个并联谐振电路。 |
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Ld使整流桥输出的直流电流连续,电流纹波减小,这样可近似地把整流桥输出电流看成一平直电流。Ld的另一个作用是限制中频电流进入工频电网,起隔离作用;当逆变失败时,它也起限制浪涌电流的作用。
逆变桥由四只桥臂构成,每一臂为一只晶闸管和一个限流电抗器串联组成。限流的作用是限制逆变晶闸管导通时的电流上升率(di/dt),使它不超过允许的数值。如果桥臂中V7、 V10和V8、V9轮流导通,便将直流Id逆变为在负载中流动的电频电流 |
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[图4] 逆变主电路及触发检测电路
为使逆变器正常工作,其工作频率应高于负载谐振频率。此时负载回路对输入的中频梯形电流中的高次谐波电流呈现低阻抗,对中频梯形波电流中的基波电流呈现高阻抗,因而使输出电压接近正弦波。逆变电路有关波形示于[图5]。
由于逆变工作频率略高于负载谐振频率,使晶闸管获得一定的换相关断时间tj,从[图5]可以看出,j也是负载功率因数角.从数学分析可知,中频负载电压对输主直流电压有如下关系: |
UL=1.11Ud/cosj……………………………………………(2)
为了提高输出额定功率因数角,应尽量减小tj,但tj的减小就意味着逆变晶闸管道关断时间的减小,这不利于逆变器的可靠工作.,加外通常加大换相关断时间tf会增加晶闸管的电压定额.因此需两者兼顾,通常取j=30 °左右.由于中频电源负载参数(L、r)随着工件的多少和工件温度 的变化而变化,因此负载频率也是随时间变化的.为了获得恒定的引前时间以保证可靠换流,逆变频率必须随着负载谐振频率而变,并始终略高于负载谐振频率,这就是说,逆变触发电路不能采用恒定的频率的他激方式,而必须采用自激方式,即自动跟踪负载频率。 |
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逆变触发同步信号是由中频输出电压和补偿电容电流的取样信号合成的,该合成信号滞后于补偿电容电流而超前于中频输出电压, 其过零时刻即为逆变触发时刻。可见逆变触发频率始终略高于负载谐振频率。
逆变触发同步信号为中频正弦信号,经高灵敏度的比较器LM311转换为方波,在方波的上跳沿及下跳沿各送出一个宽度一定的脉冲到相应的逆变晶闸管,即可完成频率自动跟踪的逆变触发 |
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