双混倍频式晶闸管中频炉重要技术分析

流，小电感滤波，因此无论输出功率大小，供电电源功率因数均可高于0. 95。原来的并联逆变式中频炉是利用改变整流用晶闸管的触发脉冲移相角来调节功率．因此，其供电电源功率因数低到0.5以下。②输出功率的调节是用改变两个子逆变器的输出中频电压之间的相位来实现，因此，可调范围特宽。它的输出中频电压的调节范围可达额定值的2%～100%。在负载电阻保持额定值不变的前提下，输出功率的调节范围可达额定值的4%～100%。

③工作频率总是跟随负载电路的谐振频率，与输出功率的大小无关。

④具有很强的负载适应能力。等效负载电阻和负载谐振频率在75%～100%额定值变化时，均可输出额定功率。⑤抗负载冲击力强，既不怕空载，也能耐受负载短路的冲击。

⑥无论负载状态如何，容易起动且成功率达100%。

⑦因是倍频电路，晶闸管又用专用的关断电路，因此，对晶闸管的关断时间，du/dt．di/dt的要求均较低，即使用一般的快速晶闸管和二极管，也能制成工作频率较高的中频炉。

2 、双混倍频(SHBP)式晶闸管中频炉电路组成和工作原理

2.1主电路

如图1所示，双混倍频式中频炉由主电路和控制电路两大部分组成，其中主电路由三相二

可见改进后系统无论网压如何变化都能保证直流电压不变，从而保持中频功率不变，实现良好的加热效果。

极管不控整流器、滤波器(CF和LF)、两个子逆变器、中频变压器BY、感应加热线圈L和功率因数补偿电容器C等元件组成。工作时，三相工频电源经整流滤波后作为腰子逆变器的直流源Ed，该直流源经逆变器变成中频电压，经变压器BY送到负载L（与C并联）。显然，Ed是不调节的，BY也只需输送有功功率，感应线圈L中的无功功率由补偿电容器C提供。由于整流器、滤波器和LC并联谐振电路的工作原理早已为大家所熟悉，故从略。下面重点介绍逆变器的工作原理。

本装置的逆变器由两个子逆变器组成，其中一个由电感Li、L2、Ls，电容器Cl、C2和逆导晶闸管NTi、NTz组成。另一个则由电感L3、L4、L6，电容器C3、C．和逆导晶闸管NT3. NT。组成。子逆变器各有三个外接端，电源+、一端和中频电压输出端M或N。Ls、L6用于中频输出端对直流电源去耦。

现在先分析第一个子逆变器的工作过程。假设电容器Cl上充有上“+”下“一”的直流电压E。，触发NT1．使L1、Cl构成谐振电路，正弦半波电流流过NT1，如果电路中没有损耗，则C1将从充有+Ed开始放电，然后，在L．的储能作用下，充电到一Ed。接着，由于NTi具有反向导通特性，因此，在Cl的- Ed作用下，形成负向正弦半波电流流过NT1，使C．上电压从- Ed又恢复到+Ed而停止，波形如图2所示。接着触发NTz，则在L2、C2、NT2构成的谐振电路中，将出现同样的振荡一次。只要不从M端取出电流，两个谐振电路之间就不会互相影响。轮流触发NT1和NT2，在M端对“一”端间就会形成正弦波电压，其值eM=eCl+eC2。由图2可知，eM是直流电压Ed与幅值为Ed的单相正弦电压之和。

第二个子逆变器亦以同样的方式工作，轮流触发NT3、NT。，就会在N端和“一”端间形成电压eN =eC3 +eceN也是直流电压Ed与幅值为E。的单相正弦电压之和。

两个子逆变器的输出端M和N之间的电压就是本装置的中频输出电压eIUN，其值等于两个子逆变器的输出电压之差，即eNIN - eM - eN。如

果两个子逆变器的振荡电压同相，即NTi和NTa同时触发，NTz和NT。亦同时被触发．则输出电压为零。如果两个子逆变器以反相的方式

振荡，即NT3和NT。的触发时间分别滞后NTi和NTz的触发时间180。，则中频输出电压将是任一子逆变器输出电压的2倍。而且，中频输出

电压中不会包含直流成分，因为子逆变器输出中的直流成分总是相互抵消的，与两者之间的相位无关。因此，逆变器输出端M、N之间的中频电压是纯粹的单相交流电压，其幅值是两个子逆变器的相位差的函数．在0～2Ed之间可调。变器的元件上无损耗为前提的，实际上，由于逆变器元件上存在损耗，负载电流又必须流过四个谐振电路，因此，中频输出电压emU。，在加载后会有所降低，换言之，本中频电源具有一定的内阻，即使输出端短路，负载电流也只会达到某一Z大值。

此外，从逆变器的外观看，似乎是由轭流圈Ls、L6与两个子逆变器的谐振电路组成的单相桥路，且是混合桥路，每个子逆变器中的逆导晶闸管被轮流触发一次，都会输出两个完整的正弦波，因此又是倍频电路。工作中，逆导晶闸管的关断与负载电路无关，晶闸管有自己的关断回路，而且关断回路与负载回路的固有振荡频率可以不同，一般前者高于后者，所以称为双混倍频式逆变电路。本装置即被简称为双混倍频式晶闸管中频炉。

2.2控制电路

图3所示为本电源控制电路的框图。控制电路的核心是压控振荡器YKZ，移相脉冲形成器

XM和脉冲同步形成放大器。压控振荡器输出一组频率为本装置工作频率的4倍的窄脉冲di，和一组与窄脉冲同频的锯齿波d2，锯齿波的下降沿形成该窄脉冲。锯齿波被送到YXM，与来自PI4调节器的直流信号进行比较，产生移相脉冲d3送到MTXF，该移相脉冲的前沿必定越前窄脉冲d，（见图4），越前多少则取决于PI4的输

出电压，也即d3与d1间的相位差受PI4控制。d1

和d2就是形成晶闸管触发脉冲的基本信号，它们被送入MTXF，使之转换成晶闸管的触发脉冲NT1～NT4。NT1～NT4的工作频率为d1频率的四分之一，NT1与NT3或NT2与NT4之间相位差都等于d。与di间的相位差，同受PI。控制。压控振荡器YKZ的输出脉冲频率受PIi

的输出直流信号控制，PIi的输入信号有三：频率设定fs; PI2的输出；相位检测XJ的输出。中频输出电压和电流经互感器BY．和BL2，再经滤波后送入XJ进行相位比较，其相位差被转换成直流信号与fs比较后送PI．，进而改变晶闸管的触发脉冲频率，使得逆变器的输出电压频率改变，以适应负载回路的变化，达到频率跟踪的目的。

中频输出电压经BY,与电压设定Us比较后送PI．，进而改变晶闸管NT3、NT4与NT1、NT2的触发脉冲间的相位移p，以达到调节和恒

定逆变器的中频输出电压的目的。

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