[其他]可控硅中频电源数控逆变调节装置

说明书

一种采用锁相环技术的全数字电路可控硅中频电源逆变调节装置。

本实用新型属于应用数字控制的交流功率输入变为直流功率输出的电源变换设备。

目前国内在金属热处理方面使用的可控硅中频电源逆变调节装置，大都采用由分立元件或小规模集成电路组成的模拟线路来实现。其控制方式有定时自动调频、移相调频及定角调频三种，前两种方式在操作过程中需要人为地对逆变时间不断进行调整，且调节精度差，而后一种方式虽然控制过程简单、系统反应迅速，但其抗干扰能力较差。近年来，国外（如西德AEG公司）生产一种采用恒反压时间调频控制的可控硅中频电源逆变调节装置，其抗干扰能力虽然有明显提高，但存在着调节响应较慢、易引起逆变失败的缺点，使之不能可靠地工作。加上受模拟电路元件本身性能的限制，抗干扰性能和控制精度受环境影响较大，线路参数整定困难，以致对中频电源的推广应用造成一定困难。

本实用新型的目的，是提供一种线路简单、响应迅速、控制精度高、抗干扰能力强的可控硅中频电源数控逆变调节装置。它以数字集成锁相环为核心组成频率跟踪环路，用集成数字电路进行逆变触发引前角控制，其具体内容现结合附图加以说明。

图1、为本可控硅中频电源系统的框图。

图2、为逆变调节控制电路的原理图。

图3、为对应于图2电路中各输出点的波形图。

可见，本可控硅中频电源数控逆变调节装置包括桥式可控硅主电路1、逆变调节控制电路2、信号变换电路3和脉冲放大电路4，与直流调节装置20组成一个完整的中频电源设备。其中，逆变调节控制电路2，是由过零检测器5、锁相环路6和逆变触发引前角控制电路10三部分组成。所述的锁相环路6包括一个数字集成锁相环7，一个一阶RC滤波网络8和一个N倍分频器9构成，而逆变触发引前角控制电路10则由计数器11，连接边沿检测器12、13、14、15、D触发器16及置数集成开关17构成，同时锁相环路6的输入端a、输出端b及N倍分频器9的输出端c，分别与过零检测器5的输出端、计数器11的脉冲输入端及边沿检测器12、13的输入端相连接。

本实用新型的工作过程如下：当可控硅中频电源的起动回路21投入工作时，贮存在电容器中的能量馈送至中频电源的RL负载回路中。此时，RL负载回路将发生谐振，系统将谐振频率为fr、电压为的正弦信号取回送至逆变调节电路2。该信号经过过零检测器5将正弦波转换为方波，而后送入锁相环路6中，经N倍分频器9N次分频后，得到的频率为f_N（f_N＝f_r／N）的脉冲信号，并又反馈输入到锁相环7中进行相位比较，直到锁定（f_N与fr两个频率同频、同相）。该信号随即又作为逆变触发引前控制电路10的输入信号通过边沿检测器12、13、产生对应于上升沿和下降沿的脉冲。两个脉冲为触发引前角的同步信号，作用于计数器11的寄存端；锁相环路6的输出信号频率f₀为N·fr（对半波而言），作用于计数器11的脉冲输入端；人为设置置数集成开关17为某一数（即在0～180°之间可取O～N中任一数值），作为对应于所需的逆变引前角，此时计数器11利用中频电压的过零点作为同步信号，将此数置入，又通过锁相环路6锁定的频率信号f₀作为计数器11的时钟，与所置的数进行减法或加法运算，取计数器11溢出所得到的错位或进位信号即作为逆变引前角的触发脉冲信号，该信号经D触发器16及边沿检测器14、15及功率放大器18、19去控制逆变可控硅的触发引前角（参见图3的波形），以实现了对可控硅中频电源逆变调节装置的数字控制。

为了进一步提高逆变调节控制电路的工作可靠性，可在集成锁相环7上连接一个电阻R₂，用作最高响应频率的选定。调节该电阻阻值，使环路的最高响应频率略大于负载谐振频率，从而使锁相环路6的快速频率跟踪和抗干扰性能大幅度提高。

本实用新型的效果是线路简单，调试方便，频率跟踪迅速、稳定，控制精确，工作可靠及抗干扰能力强。可广泛地用于金属材料的热处理领域。

其最佳实施例：

使用可控硅中频电压频率在1000～2500Hz时，逆变调节控制电路2中的锁相环路6，采用一个CMOS的数字式锁相环，型号为MC14046B；一阶RC滤波网络8的电阻R₁阻值为10KΩ、电容C₁的值为1μF；N倍分频器9取N为256，采用2片CMOS可逆计数器17C140B和一个或非门MC14芯片。逆变触发引前角控制电路10的计数器11采用八位可逆计数器，选用两个COMS型号为MC14029B芯片组成；边沿检测器12、13、14、15均采用两个COMS单稳触发器，型号为：MC14538B；而D触发器16选用型号为MC14013B芯片。