專(zhuān)利名稱(chēng)：調(diào)功柜用組件板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于三相調(diào)功加熱設(shè)備的溫度自動(dòng)控制裝置。
各種大型的加熱爐、保溫箱及恒溫箱等設(shè)備，為了使溫度達(dá)到一定的使用要求，保證產(chǎn)品加工的工藝要求，溫度值可以通過(guò)自動(dòng)控制裝置進(jìn)行設(shè)定，其中普遍采用功率半導(dǎo)體器件。隨著功率半導(dǎo)體器件在電力領(lǐng)域日趨廣泛的應(yīng)用，帶來(lái)了電網(wǎng)的嚴(yán)重污染問(wèn)題。采用晶閘管以零觸發(fā)調(diào)功的方式取代移相觸發(fā)，是消除電網(wǎng)污染的一個(gè)重要途徑。1989年第5期《電爐》雜志發(fā)表了一篇“三相過(guò)零觸發(fā)調(diào)功器內(nèi)ST－033集成電路的性能和應(yīng)用”一文，詳細(xì)介紹了ST－033三相零觸發(fā)調(diào)功器專(zhuān)用集成電路的工作原理、性能指標(biāo)及使用方法。該電路存在的主要問(wèn)題是三相可控硅的關(guān)斷時(shí)間差異較大，各相間的差異約為0、2～0、5S左右，調(diào)節(jié)延時(shí)展寬及修改電路參數(shù)均無(wú)效。分析該文電路框圖得出如下結(jié)論由于存在可控硅關(guān)斷時(shí)間差異較大的現(xiàn)象，框圖中零檢測(cè)及對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系工作不正常，所謂過(guò)零觸發(fā)也不能成立。
本實(shí)用新型的目的是選擇一種新的途徑不采用ST－033三相零觸發(fā)調(diào)功器專(zhuān)用集成電路解決過(guò)零觸發(fā)問(wèn)題，以便消除電網(wǎng)污染，達(dá)到自動(dòng)控制加熱裝置控溫的目的。
本實(shí)用新型所說(shuō)的組件板采用的技術(shù)方案是集電源供給、過(guò)零檢測(cè)、時(shí)間比例調(diào)節(jié)、溫度閉環(huán)控制、過(guò)電流脈沖封鎖、三相脈沖于一體，集成度高，觸發(fā)器不需要同步，安裝調(diào)試方便、工作可靠。該組件板由下列六個(gè)電路單元組成A、鋸齒波發(fā)生器電路單元；B、電壓跟隨器電路單元；C、占空比溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路單元；D、電源供給電路單元；E、過(guò)電流脈沖封鎖電路單元；F、過(guò)零檢測(cè)與三相觸發(fā)輸出電路單元。
其技術(shù)關(guān)鍵在于采用了一塊通用四運(yùn)算放大器和三支過(guò)零型全固化交流固態(tài)繼電器，該繼電器系過(guò)零型全固化常開(kāi)式，內(nèi)部電路采用光電耦合器做為輸入輸出隔離器件。
本實(shí)用新型組件板的SCR型調(diào)功柜是用于電阻加熱爐及熱處理爐。三相供電，可控硅選用水冷方式、負(fù)載為“△”形接線。調(diào)功柜電路見(jiàn)圖3，其組成如下一、主電路組成中，ZK1為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，做電源隔離開(kāi)關(guān)，同時(shí)做電源短路保護(hù)。
A、B、C三相交流信號(hào)通過(guò)LH1、LH2、LH3 電流互感器，經(jīng)B1、B2、B3電流電壓變換器供積分電流表A21、A22、A23使用，調(diào)節(jié)W21、W22、W23電位器使主電路電流與A21、A22、A23積分型電流表指示相等，在電流電壓變換器B1、B2、B3上取出與主電路電流呈線性變化的電壓信號(hào)送至組件板上，做為電流脈沖封鎖電路的控制信號(hào)。RL1、RL2、RL3為負(fù)載電阻，LW為電壓換向開(kāi)關(guān)，用于測(cè)量UA－B、UB－C、UC－A線電壓。SCR1～SCR6為可控硅器件，RD1～RD12為快速溶斷器，為可控硅進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，R21－23、C21－23為阻容吸收裝置。
二、控制電路組成中，ZK2為控制電源自動(dòng)開(kāi)關(guān)，YJ為壓力繼電器?？煽毓璨捎盟鋮s方式，為滿足可控硅散熱條件，線路設(shè)計(jì)有水壓保護(hù)電路。水壓正常YJ常開(kāi)接點(diǎn)閉合，允許啟動(dòng)中間繼電器ZJ0；水壓低于規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)切斷中間繼電器ZJ0線圈電路，仃止可控硅觸發(fā)控制電源。此時(shí)YJ2常閉接點(diǎn)閉合，紅色信號(hào)燈HD1亮表示水壓正常。AQ為啟動(dòng)按鈕，按下AQ中間繼電器ZJ0線圈得電吸合并自保。此時(shí)控制變壓器BK得電，紅色信號(hào)燈HD2亮，表示組件板控制電源已接通。
At為仃止按鈕，按動(dòng)At中間繼電器ZJ0釋放，組件板控制電源仃止，此時(shí)綠色信號(hào)燈亮，表示組件板控制電源仃電。
三、組件板各引出端的組成，2、4、6點(diǎn)為過(guò)電流脈沖封鎖電路取樣輸入端，11、12點(diǎn)為控制電源AC10V＋10V，BK的中間抽頭接地。1點(diǎn)為溫度控制信號(hào)的輸入端，當(dāng)KK為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，0～10mA電流控制信號(hào)通過(guò)組件板內(nèi)部電路轉(zhuǎn)變?yōu)?～5V直流控制電壓實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。15點(diǎn)為＋5V電源輸出，當(dāng)KK在手動(dòng)位置，調(diào)節(jié)W24實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控溫，8點(diǎn)為參考接地端。
17、18；19、20；21、22；組件板各引出端與可控硅觸發(fā)極及固態(tài)繼電器各端子相對(duì)應(yīng)。
(見(jiàn)圖3、圖2)附


圖1為調(diào)功柜零、部、組件安裝示意圖。圖2為STC－Z組件板電路圖。圖3為調(diào)功柜電路圖。
圖中1、溫度控制信號(hào)輸入端；2、C相取樣電路輸入端；3、機(jī)箱；4、B相取樣電路輸入端5、前面板6、A相取樣電路輸入端；7、左側(cè)門(mén)；8、參考接地端；9、右側(cè)門(mén)；10、機(jī)箱內(nèi)安裝板；11、控制電源；12、控制電源；13、安裝板固定螺釘；14、接線端子；15、＋5V電源輸出；
16、STC－Z組件板；17－22、組件板引出端與可控硅觸發(fā)極及固態(tài)繼電器各端子對(duì)應(yīng)端；23、SSR1固態(tài)繼電器；24、SSR2固態(tài)繼電器；25、SSR3固態(tài)繼電器；26、N1運(yùn)算放大器；27、N2運(yùn)算放大器；28、N3運(yùn)算放大器；29、N4運(yùn)算放大器；30、BG晶體管A、鋸齒波發(fā)生器電路單元；B、電壓跟隨器電路單元；C、占空比溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路單元；D、電源供給電路單元；E、過(guò)電流脈沖封鎖電路單元；F、過(guò)零檢測(cè)與三相觸發(fā)輸出電路單元。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
該組件板以一塊通用型四運(yùn)算放大器(26～29)和三支過(guò)零型全固化交流固態(tài)繼電器(23、24、25)為核心，配置必要的外圍元件，即可滿足過(guò)零觸發(fā)調(diào)功柜的控制要求。各電路單元的工作原理如下
A鋸齒波發(fā)生器電路單元N1(26)為積分調(diào)節(jié)器，N2(27)為電壓比較器，兩者構(gòu)成負(fù)向鋸齒波形成電路。
積分調(diào)節(jié)器N1(26)為反相輸入積分運(yùn)算放大器。R1為輸出保護(hù)電阻，C1為積分電容器，W1為負(fù)向鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器。R2、D2為正電平箝位電位器、D1為電容器C1的放電二極管。
當(dāng)N2輸出為正電平時(shí)，負(fù)斜率充電控制，電平被箝位在＋0、7V左右，由于電容器C1容量選擇的較小，在N2輸出為負(fù)電平時(shí)，電容器C1放電迅速，可以得到較大的正斜率。
N2輸出為負(fù)電平、電容器C1放電，由于放電回路電阻小，電容器C1容量較小，則正向上升沿陡。
電壓比較器N2系同相輸入開(kāi)環(huán)放大器。N1積分調(diào)節(jié)器輸出的負(fù)向鋸齒波與N2電壓比較器輸出的正電平在電位器W2上進(jìn)行比較，其結(jié)果輸入N2的同相輸入端，當(dāng)N1輸出變化至－5V時(shí)，N2輸出為負(fù)電平，此時(shí)電容器C1迅速放電，形成鋸齒波。W2為鋸齒波幅值調(diào)節(jié)電位器。W3為基線電平調(diào)節(jié)電位器。
調(diào)功器對(duì)觸發(fā)器的要求如下溫度控制電平為“0”時(shí)，觸發(fā)器輸出“0”溫度控制為＋5V時(shí)，觸發(fā)器輸出為全額輸出。
溫度控制電平為0～5V之間時(shí)，觸發(fā)器輸出為占空比調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)W3使基線電平為－0、1V～－0、15V之間，當(dāng)溫度控制電平為“0”時(shí)觸發(fā)器仍處于封鎖狀態(tài)，這樣使控溫過(guò)程工作可靠。
B、電壓跟隨器電路單元控溫精度與鋸齒波的線性度有直接關(guān)系，本設(shè)計(jì)選用ICL7641四運(yùn)算放大器，其輸入阻抗高達(dá)1012歐姆，為防止負(fù)載的鋸齒波線性度的影響，本設(shè)計(jì)N3(28)為電壓跟隨器，R6為輸出保護(hù)電阻。
C、占空比溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路單元N4(29)為反相輸入比例運(yùn)算放大器，將0～10mA的電流信號(hào)經(jīng)組件板的(1)、(8)輸入，通過(guò)R18轉(zhuǎn)換成0－5V直流控制電壓與負(fù)向鋸齒波電壓加至N4運(yùn)算放大器反向輸入端，并決定N4輸出端的極性。經(jīng)BG倒相放大后控制觸發(fā)模塊輸入端。其中比例運(yùn)算系數(shù)Af＝－10，R4為輸出保護(hù)電阻，R10為輸入平衡電阻，R9為饋電阻，D3為保護(hù)二極管，R11為BG三極管(30)的負(fù)載電阻同時(shí)還作為(23)、(24)、(25)固態(tài)繼電器輸入保護(hù)限流電阻。
D、電源供給電路單元由調(diào)功柜控制變壓器BK輸出二次額定電壓為10V＋10V輸入至組件板(11)、(12)中間抽頭接地。經(jīng)QL2單相橋堆整流濾波分別經(jīng)IC1、IC2三端穩(wěn)壓器取±8V經(jīng)IC3取得＋5V直流電源。
E、過(guò)電流脈沖封鎖電路單元
A、B、C三相取樣信號(hào)電壓輸入至(2)、(4)、(6)上經(jīng)三相全波整流濾波后在電位器W4上產(chǎn)生與主電路呈線性變化的直流電壓，當(dāng)主電路電流超過(guò)額定值1、1～1、15倍時(shí)，穩(wěn)壓二極管D4導(dǎo)通可控硅SCR被觸發(fā)導(dǎo)通，執(zhí)行脈沖封鎖。
四運(yùn)算放大器N1、N2產(chǎn)生的負(fù)向鋸齒波電壓與溫度控制信號(hào)電壓比較后決定N4輸出端的極性。在保溫過(guò)程中N4輸出端為占空比方波，設(shè)N4輸出為正電平，BG(30)三極管導(dǎo)通，其飽和壓降為0、1～0、3V，電阻R17上的壓降在1、5～2、0V之間，保證可靠的實(shí)行脈沖封鎖，C4、C7、R12的設(shè)計(jì)參數(shù)保證不致發(fā)生誤觸發(fā)。發(fā)光二極管LED顯示主要用于空負(fù)荷試車(chē)過(guò)程使用。在運(yùn)行過(guò)程中狀態(tài)如下升溫過(guò)程LED發(fā)光二極管亮，表示滿功率輸出。
保溫過(guò)程與占空比方波同步閃爍，實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)。
超溫、過(guò)電流脈沖封鎖LED發(fā)光二極管熄滅，輸出為零。
F、過(guò)零檢測(cè)與三相觸發(fā)輸出電路單元過(guò)零檢測(cè)電路選擇三支交流過(guò)零型、全固化常開(kāi)式、固態(tài)繼電器做為三相過(guò)零觸發(fā)器件。三相觸發(fā)輸出電路采用反并聯(lián)可控硅漏電流觸發(fā)方式，三支固態(tài)繼電器的交流輸出端分別對(duì)應(yīng)的接至反并聯(lián)可控硅的觸發(fā)極，組件板的引腳與可控硅的對(duì)應(yīng)關(guān)系為(17)－Gc；(18)－Vc；(19)－Gb；(20)－Vb；(21)－Ga；(22)－Va，R14、R15、R16為保護(hù)電阻。
本實(shí)用新型的性能參數(shù)及外形尺寸a)電源電壓(AC)10V＋10V中間抽頭接地b)電源電流≤40mA(AC)c)帶負(fù)載能力能可靠地驅(qū)動(dòng)500A反并聯(lián)可控硅d)通斷占空比0～100％e)通斷周期0.5～15Sf)溫控信號(hào)電源0～10mAg)外形尺寸120mm×200mm
STC-2組件板元器件明細(xì)表
在STC－Z型組件板(16)上，裝有(A)(B)(C)(D)(E)(F)各電路單元，然后裝在機(jī)箱內(nèi)安裝板(10)上。在圖3調(diào)功框電路圖上的RL1、RL2、RL3裝在電阻加熱爐或熱處理爐內(nèi)，而交流電壓表(V)積分型電流表(A21～A23)、電位器(W21、W22、W23)、電壓換相開(kāi)關(guān)(LW)、信號(hào)燈(HD1、HD2、LD)、按鈕(KK)、電位器(W24)、按鈕(AQ、At)均裝在調(diào)功柜前面板(5)上，電路間連接導(dǎo)線通過(guò)接線端子(14)接通，并同其余元器件、自動(dòng)開(kāi)關(guān)、自動(dòng)變壓器等一起安裝在機(jī)葙內(nèi)安裝板(10)上，安裝板(10)用螺釘(13)固定在機(jī)箱(3)上，在運(yùn)行狀態(tài)左右側(cè)門(mén)(7)(9)關(guān)閉。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于選擇了三支過(guò)零型全固化常開(kāi)式交流固態(tài)繼電器做為三相脈沖輸出的觸發(fā)器件，解決了過(guò)零觸發(fā)問(wèn)題。取消了脈沖變壓器，故不存在鐵芯飽和問(wèn)題，勿需設(shè)置脈沖列調(diào)制單元，一支通用型運(yùn)算放大器取代了ST－033集成電路，使線路大為簡(jiǎn)化、工作可靠。
由于采用了過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，因此能有效的降低dV／dt和di／dt的產(chǎn)生，延長(zhǎng)了可控硅的使用壽命。取代了移相觸發(fā)是消徐電網(wǎng)污染的一個(gè)重要途徑。
權(quán)利要求1.一種調(diào)功柜用組件板，其特征在于在STC-Z型組件板(16)上裝有鋸齒波發(fā)生器電路單元(A)、電壓跟隨器電路單元(B)、占空比溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路單元(C)、電源供給電路單元(D)、過(guò)零脈沖封鎖電路單元(E)、過(guò)零檢測(cè)與三相觸發(fā)輸出電路單元(F)。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)功柜用組件板，其特征在于在電路單元(A、B、C)上裝有通用四運(yùn)算放大器(N1、N2、N3、N4)和晶體三相管BG(30)；在電路單元(F)上裝有SSR1～SSR3固態(tài)繼電器(23－25)。
3.如權(quán)利要求1所述調(diào)功柜用組件板，其特征在于在電路單元(E)上裝有可控硅(SCR)、發(fā)光二極管(LED)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于一種溫度自動(dòng)控制裝置，由于采用過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，因此可有效地降低dv/dt和di/dt的產(chǎn)生，延長(zhǎng)可控硅使用壽命。同時(shí)以零觸發(fā)的調(diào)功方式取代移相觸發(fā)是消除電網(wǎng)污染的一種重要途徑。該組件板集電源供給、過(guò)零檢測(cè)、時(shí)間比例調(diào)節(jié)、溫度閉環(huán)控制、過(guò)電流脈沖封鎖、三相脈沖輸出于一體，集成度高觸發(fā)器不需同步，安裝調(diào)試方便，工作可靠。該電路可用于三相調(diào)功加熱爐、保溫爐及恒溫箱的溫度自動(dòng)控制設(shè)備。本實(shí)用新型以一塊通用四運(yùn)算放大器和三支過(guò)零型全固化交流固態(tài)繼電器為核心，配置必要外圍元件，即可滿足過(guò)零觸發(fā)調(diào)功器的控制要求。
文檔編號(hào)F28F27/00GK2153758SQ9224553
公開(kāi)日1994年1月19日 申請(qǐng)日期1992年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月23日
發(fā)明者張國(guó)復(fù) 申請(qǐng)人:張國(guó)復(fù)