MPU-2说明书

1MPU-2型恒功率晶闸管中频电源控制板使用说明书小芯片六脉波1、概述MPU-2恒功率晶闸管中频电源控制板主要由电源、调节器、移相控制、保护电路、相序自适应电路、启动演算电路、逆变频率跟踪、逆变脉冲形成、脉冲放大及脉冲变压器组成。其核心部件采用高性能、高密度、大规模专用MPU集成电路，使其电路除调节器外，其余均实现数字化，整流触发器部分不需要任何调整，具有可靠性高、脉冲对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点，又由于有相序自适应电路，无需同步变压器，所以，现场调试中免去了调相序、对同步的工作，仅需把KP晶闸管的门极线接入控制板相应的接线端上，整流部分便能投入运行。逆变采用扫频式零压软启动方式，启动性能优于普通的零压软启动电路。并设有自动重复启动电路，可防止中频电源偶尔的启动失败，使启动成功率达到100%。频率跟踪电路采用的是平均值取样方案，提高了逆变的抗干扰能力，而且仅需取样中频电压信号，而无需槽路电容器的电流信号，免去了外接中频电流互感器、确定取样电流相位的烦恼。因此，在调试和使用现场中，也不会由于中频输出线或取样电流互感器的相位接反，而产生中频电源不能启动的问题。逆变电路中还加有逆变角调节电路，可以自动调节负载阻抗的匹配，达到恒功率输出，可以制成“快速熔炼”的中频电源，达到节时、节电、提高网侧功率因数的目的（此功能也可被送掉）。逆变部分的主要电路均在MPU-2大规模集成电路的内部，亦是数字电路。MPU-2控制板全板仅有7只集成电路、6只晶体管、6只微调电位器、32个引出端子，安装十分方便，适用于各种晶闸管并联谐振中频电源。MPU-2控制板在设计中征求了多方面的意见，采取了有效措施，使得调试极为方便，大多数参数的都由电路内部自动设定，需要用户调整的只有6只电位器的参数设定，所以具有极强的通用性和互换性。2、产品名称产品名称：恒功率晶闸管中频电源控制板3、适用装置适用于400HZ-10KHZ各种晶闸管并联谐振中频电源。4、正常使用条件4.1海拔不超过2000米。4.2环境温度不低于-10℃，不高于+40℃。4.3空气最大相对湿度不超过90%（20℃±5℃时）。4.4运行地点无导电及爆炸性尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。4.5无剧烈振动和冲击。5、主要技术参数5.1主电路进线额定电压：100V~660V（50HZ）（注意R3、R7、R11的匹配）25.2控制供电电源：单相17V/2A。5.3中频电压反馈信号：AC12V/15mA。5.4电流反馈信号：AC12V/5mA三相输入。5.5整流触发脉冲移相范围：α=0~130°。5.6整流触发脉冲不对称度：小于1°。5.7整流触发脉冲信号宽度：≥600μS、双窄、间隔60°。5.8整流触发脉冲特性：触发脉冲峰值电压：≥12V触发脉冲峰值电流：≥1A触发脉冲前沿陡度：≥0.5A/μS5.9逆变频率：400HZ~10KHZ。5.10逆变触发脉冲信号宽度：1/16×逆变频率。5.11逆变触发脉冲特性：触发脉峰值电压：≥22V触发脉峰值电流：≥3A触发脉冲前沿陡度：≥2A/μS（逆变的触发脉冲变压器是外接的）5.12最大外型尺寸：238×175×40mm。5.13故障信号输出：控制板在检测到故障信号时，输出一组接点信号，该接点容量为AC：5A/220V：DC：10A/28V。6、电路原理整个控制电路除逆变末级触发单元外，做成一块印刷电路板结构。功能上包括电源、整流触发、调节器、逆变、启动演算等，除调节器为模拟运算电路外，其余均为数字电路。组成该控制板的核心集成电路为IC6，型号为MPU-2，它是一块专用超大规模数字集成电路，有3路时钟输入口，31路输入/输出口，内部功能包括整流移相触发、相序自适应、逆变触发、逆变引前角锁定、逆变重复起动、过流保护、过压保护、缺相保护、水压低保护、控制板欠压保护，另外还有三个0.2秒钟的定时器。6.1整流触发工作原理这部分电路包括三相同步、相序自适应、压控时钟、数字触发、末级驱动等电路。三相同步信号直接由晶闸管的门极引线K4、K6、K2从主回路的三相进线上取得，由R3、C1、R7、C2、R11、C3进行滤波，再经6只光电耦合器进行电位隔离，获得6个相位互差60度的矩形波同步信号（低电平有效），输入到IC6的5P-10P。在IC6的内部有相序自适应电路，确保了中频电源的三相交流输入可以不分相序。IC1D及其周围电路构成压控时钟，其输出信号的周期随调节器的输出电压VK而线性变化。压控时钟信号输入到IC6的11P，作为数字触发的时钟CL0K0。数字触发的特征是用计数（时钟脉冲）的办法来实现移相，6路整流移相触发脉冲均由IC6产生，IC2C、IC2D及其周围电路组成定输出脉宽电路。6路整流移相触发脉冲经IC5晶体管陈列放大后，驱动整流脉冲变压器输出，这里脉冲变压器采用的是反激工作方式。36.2调节器工作原理共设有2个调节器：中频电压/电流调节器、逆变角调节器。其中电压/电流调节器（IC3C），是常规的PI调节器，在启动和运行的整个阶段，该环始终参与工作；逆变角调节器（IC3B）用于使逆变桥能在某一θ角下稳定的工作。调节器电路的工作过程可以分为两种情况：一种是直流电压没有达到最大值的时候，即IC3D没有限幅，而IC3A工作于限幅状态，对应的为最小逆变θ角，此时系统完全是一个标准的电压/电流闭环系统；另一种情况是直流电压已经达到最大值，即IC3D开始限幅，整流桥的调节不再起作用，而IC3A退出限幅状态开始工作，调节逆变角调节器的θ角给定值，使输出的中频电压增加，达到新的平衡。此时，就有电压/电流调节器与逆变角调节器双环工作。中频电压互感器过来的中频电压信号由CON2-1和CON2-2输入后，分为两路，一路由IC1A进行电平转换后送到IC6的30P，另一路经D7-D10整流后，又分为两路，一路送到电压/电流调节器，另一路送到过电压保护。由主回路交流互感器取得的电流信号，先在外部转换成电压信号，从CON2-3、CON2-4、CON2-5输入，经二极管D11-D16整流后，再分为两路，一路作为过流保护信号，另一路作为电压/电流调节器的反馈信号。6.3逆变部分工作原理本电路逆变触发部分，采用的是扫频式零压软起动，只需取一路中频电压反馈信号，无需槽路中频电容器上的电流信号，其本质上相当于它激转自激电路，属于平均值反馈电路。由于主回路上无需附加任何起动电路，不需要预充磁或预充电的起动过程，因此，主回路得以简化，调试过程简单。起动过程大致是这样的，在逆变电路起动前，先以一个高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变晶闸管，当电路检测到主回路开始有直流电流时，便控制它激信号的频率从高向低扫描，同时加大主回路的直流电流，当它激信号频率下降到接近槽路谐振频率时，中频电压便建立起来，并反馈到自动调频电路。自动调频电路一旦投入工作，便停止它激信号的频率往低扫描动作，转由自动调频电路控制逆变动引前角，使设备进入稳态运行。若一次起动不成功，即自动调频电路没有抓住中频电压反馈信号，此时，它激信号便会一直扫描到最低频率，重复起动电路一旦检测到它激信号进入到最低频段，便进行一次再起动，把它激信号再推到最高频率，重新扫描一次，直至起动成功，重复起动的周期约为0.5移钟。由CON2-1和CON2-2输入的中频电压信号，经IC1A转换成方波信号，输入到IC6的30角，由IC6的15P、16P输出的逆变触发信号。经IC7A隔离放大后，驱动逆变触发CMOS晶体管Q5、Q6。IC4B和IC4C构成逆变压控时钟，输入到IC6的33脚CLOK2；同时又由IC7B进行频压转换后用于驱动频率表。W6微调电位器用于设定压控时钟的最高频（即逆变它激信号的最高频率），W5微调电位器用于整定外接频率表的读数。另外，当发生过电压保护时，IC6内部的过电压保护振荡器起振，输出2倍于最高逆变频率的触发脉冲，使逆变桥的4只晶闸管均导通。IC4A为起动失败检测器，其输出控制IC6内部重复起动电路。6.4启动演算工作原理4过电流保护信号经Q3倒相后，送到IC6的20P，封锁整流触发脉冲：驱动“O.C”LED批示灯亮和驱动报警继电器。过电流触发器动作后，只有通过复位信号或通过关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行。通过W1微调电位器可整定过流电平。当三相交流输入缺相时，本控制板均能对电源实现保护和指示。其原理是：由4#、6#、2#晶闸管的阴极（K）分别取A、B、C三相电压信号（通过门极引线），经过光电耦合器的隔离送到IC6进行检测和判别，一旦出现“缺相”故障时，除了封锁整流触发脉冲外，还驱动“O.P”LED指示灯以及报警继电器。为了使控制电路能够更可靠准确的运行，控制电路上还设置了启动定时器和控制电源欠压检测保护。在开机的瞬间，控制电路的工作是不稳定的，设置一个3秒钟左右的定时器，待定时过后，才容许输出触发脉冲。这部分电路由IC2B等元件构成。若由于某种原因造成控制板上直流供电电压过低，稳压器不能稳压，亦会使控制出错。设置一个欠压检测电路（由IC2A等组成），当VCC电压低于12.5V时便封锁整流触发脉冲，防止不正确的触发，同时点亮“L.Y”LED批示灯和驱动报警继电器。自动重复起动电路在IC8内部。微动开关DIP-1用于关闭自动重复起动电路。Q2组成中频过电压检测，输入到IC6的29P，封锁整流触发脉冲；驱动“O.Y”LED指示灯亮和驱动报警继电器；同时使过压保护振荡器起振。过电压保护动作后，也像过流保护一样，只有通过复位信号或通过关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行，调节W2微调电位器可整定过压电平。IC4D及周围电路组成水压过低延时保护电路，延时时间约3秒，输入到IC6的27P，封锁整流触发脉冲；驱动“W.P.L”LED指示灯亮和驱动报警继电器。复位开关信号由CON2-6、CON2-7输入，闭合状态为复位/暂停。输入到IC635P的时钟信号CLOK1，其周期为20mS。7、控制板的接线端子与参数控制板共有32个M3接线端子，端子排列图参见图一，各端子功能表见表一。表一功能端子号参数故障输出CON1-1CON1-2常开接点AC5A/220V，DC10A/28V常开接点的定触头，接电源N线电压反馈信号CON2-1CON2-2VF中频电压12V电流反馈信号CON2-3CON2-4CON2-5IFAC，三相12V控制信号CON2-6CON2-7RST悬空为运行状态，接地为停止运行和故障复位GND控制信号接地端（与给定共用）给定CON2-7CON2-8CON2-9GND给定接地端Vg给定：DC，0—+15VVCCDC，+15V，最大输出20Ma电源CON3-1CON3-217VAC17V/2A5逆变脉冲输出CON3-3CON3-4CON3-5+22V逆变输出公共端E端OUT逆变输出端，最大输出15VOUT逆变输出端，最大输出15V外故障输入CON3-6CON3-7WP接地为故障状态，OV灯亮，带3秒延时。GND接地为故障地端频率表CON3-8CON3-9Vcc频率表正端F频率表负端（5mA输出）整流脉冲输出G1~G6K1~K6接1~6号晶闸管控制极接1~6号晶闸管阴极8、发光二极管工作状态代号发光二极管亮时指示状态POWER控制板带电工作WPL水压低故障OC过电流故障LV控制板欠电压故障OV中频过电压故障OP三相输入缺相故障LED1-LED6六路整流脉冲指示，正常为微亮，过亮表示SCR门极接反或开路9、电位器代号电位器工作状态W1IF最大输出电流设定电位器；当有电流反馈时可设定最大输出电流，顺时针方向为最小，最大调节范围约2倍。W2VF最大中频输出电压设定电位器；当有电压反馈时可设定最大中频输出电压，顺时针方向为最小，最大调节范围约2倍。W3（θMAX）最大逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，最大调节范围约为40度至60度。W4（θMIN）最小逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，最大调节范围约为20度至40度。W5FHZ外接频率表设定电位器，顺时针方向为读数增大，最大调节范围约3倍。W6FMAX最大它激逆变频率设定