1、課題五 中頻感應加熱電源中頻電源裝置是一種利用晶閘管元件把三相工頻電流變換成某一頻率的中頻電流的裝置，廣泛應用在感應熔煉和感應加熱的領域。本課題介紹與中頻感應電源相關的知識：中頻感應加熱裝置的基本原理、三相橋式全控整流電路、觸發電路、觸發電路與主電路同步、無源逆變的基本概念、并聯諧振逆變電路等內容。一、本課題學習目標與要求1了解中頻感應加熱裝置的基本原理及應用。2掌握中頻感應加熱裝置的組成、各部分電路（三相橋式整流電路、觸發電路、并聯諧振逆變電路、保護電路）的工作原理。3理解輸出電壓、電流和晶閘管兩端電壓波形，以三個波形為基礎，推導出有關電量，從而能夠正確選擇晶閘管等元件。4能利用波形分析電路

2、故障。5掌握觸發電路與主電路電壓同步的概念以及實現同步的方法。6了解常用的中頻感應加熱裝置的使用注意事項。7熟悉中頻感應加熱裝置的安裝、調試，簡單的故障維修方法。8了解三相有源逆變電路工作原理及有源逆變電路的應用。二、主要概念提示及難點釋疑1學習三相整流電路時應注意的幾點（1）=0°的地方自然換相點為相鄰相電壓（或線電壓）的交點。它距相電壓波形的原點30°，距對應線電壓原點60°。（2）=0°時，相當于二極管電路不可控整流情況，單相整流電路輸出電壓波形為正弦電壓正半周波形，三相半波整流電路輸出電壓波形為三相相電壓的正向包絡線，而三相橋式整流電路輸出電壓波

3、形是三相相電壓的正負包絡線，即六個線電壓的正向包絡線。2負載性質不同的三相半波可控整流電路的特點（1）電阻性負載（移相范圍=0°150°）0°30°時，一個周期內，三個晶閘管輪流導電，每個晶閘管導通角120°，電流連續。輸出電壓平均值。晶閘管兩端電壓波形由3段組成：第1段，VT1導通期間，為一管壓降，可近似為uT1=0  第2段，在VT1關斷后，VT2導通期間，uT1=uu-uv=uuv，為一段線電壓  第3段，在VT3導通期間，uT1=uu-uw=uuw為另一段線電壓， 如果增大控制角,將脈沖后移,整流電路的工作情況相應地

4、發生變化。30°150°時，每個晶閘管的導通角為150°-，電流斷續。輸出電壓平均值。此時，在三個晶閘管全部都關斷期間，晶閘管承受該相的相電壓，每個周期內由六斷組成。晶閘管承受的反向最大電壓為線電壓峰值，正向電壓為相電壓峰值。I、I2和IT三者的關系為（2）電感性負載（移相范圍=0°90°）電感足夠大，使電流波形連續且近似為一水平線，每個晶閘管輪流導通120°，輸出電壓平均值。各電流有效值關系為I=Id、。當30°90°時，輸出電壓波形出現負值，因而常加續流二極管，以提高輸出電壓平均值。此時輸出電壓波形和電阻性負載

5、一樣，晶閘管的導通角為150°-，續流二極管每個周期內導通三次，導通角為3-90°。（3）共陽極接法的三相半波電路該電路的自然換相點為相電壓負半周相鄰兩相電壓的交點。換相總是由一相換到陰極電位更負的一相上去。電流連續時，輸出電壓平均值為Ud-1.17U2 cos3學習三相橋式全控整流電路應注意的問題（1）按三相U、V、W的順序，共陰極連接的三個晶閘管編號為VT1、VT3、VT5，共陽極連接的三個晶閘管編號為VT4、VT6、VT2。如此編號目的是為了分析問題方便。（2）在任何時刻都必須有兩個晶閘管（分別屬于共陰極組和共陽極組）同時導通，構成電流通路，才有電壓輸出。因此為保證整

6、流電路能啟動運行或在電流斷續后能再次導通，觸發脈沖的寬度應大于60°而小于120°或用雙窄脈沖，以使兩個晶閘管同時得到觸發而導通。（3）每隔60°有一個晶閘管換流，共陰極組和共陽極組輪流進行，但只在本連接組內換流。每個周期內，六個晶閘管導通的順序為VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，觸發脈沖也必須按此順序做響應安排，各脈沖依次相隔60°。電流連續時，每個晶閘管導通120°。（4）輸出電壓波形為六個線電壓的組合。（5）=60°是電阻性負載電流連續與斷續的分界點。電感性負載時。>60°時，輸出電壓波形中出現負值

7、。（6）I、I2和IT三者的關系為4鋸齒波同步觸發電路（1）鋸齒波同步觸發電路中，如何設置偏移電壓Ub？設置偏移電壓的目的是當觸發電路的控制電壓為0時，使晶閘管整流裝置輸出電壓為0，對應控制角定義為初始相位角。整流電路的型式不同、負載的性質不同，則初始相位角不同。（2）鋸齒波觸發電路的組成和工作原理鋸齒波觸發電路由同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成與放大、雙窄脈沖的形成和強觸發環節組成。鋸齒波觸發電路脈沖的輸出時刻由V4管導通時刻決定，脈沖的寬度由V5管持續截止的時間決定，而V5管截止時間的長短由電容C3反向充電時間常數決定。5觸發電路的定相（1）觸發電路同步電壓的確定包括兩方面內容：1）根據晶

8、閘管主電路的結構、所帶負載的性質及采用的觸發電路的形式，確定出該觸發電路能夠滿足移相要求的同步電壓與晶閘管陽極電壓的相位關系。2）用三相同步變壓器的不同連接方式或再配合阻容移相得到上述確定的同步電壓。（2）實現同步的方法步驟如下：1）根據主電路的結構、負載的性質及觸發電路的型式與脈沖移相范圍的要求，確定該觸發電路的同步電壓us與對應晶閘管陽極電壓uu之間的相位關系。2）根據整流變壓器TR的接法，以定位某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次電壓也就是晶閘管陽極電壓的矢量，再根據步驟確定的同步電壓us與晶閘管陽極電壓uu的相位關系，畫出電源的同步相電壓和同步線電壓矢量。3）根據同步變壓器二次線電壓

9、矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點數的接法，然后確定出usu、usv、usw分別接到VT1、VT3、VT5管觸發電路輸入端；確定出us(-u)、us(-v)、us(-w)分別接到VT4、VT6、VT2管觸發電路的輸入端，這樣就保證了觸發電路與主電路的同步。6保護電路最常用的過電壓保護是阻容吸收電路。此外還有硒堆、壓敏電阻以及整流式阻容吸收電路等。最常用的過電流保護是快速熔斷器。此外還有快速開關等。保護電路元件的選擇計算以及估算常常與實際值相差很多。因此可以從經驗值中選擇保護元件。7逆變電路（1）電力變流器的換流方式1）負載諧振換流由負載諧振電路產生一個電壓，在換流時關斷已經導通的晶閘管，一般有

10、串聯和并聯諧振逆變電路，或兩者共同組成的串、并聯諧振逆變電路。2）強迫換流附加換流電路，在換流時產生一個反向電壓關斷晶閘管。3）器件換流利用全控型器件的自關斷能力進行換流。（2）電流型和電壓型逆變電路電壓型逆變電路的基本特點：1)直流側并聯大電容，直流電壓基本無脈動。2)輸出電壓為矩形波，電流波形與負載有關。3)電感性負載時，需要提供無功。為了有無功通道，逆變橋臂需要并聯二極管。電流型逆變電路的基本特點：1）直流側串聯大電感，直流電源電流基本無脈動。2）交流側電容用于吸收換流時負載電感的能量。這種電路的換流方式一般有強迫換流和負載換流。3）輸出電流為矩形波，電壓波形與負載有關。4）直流側電感起

11、到緩沖無功能量的作用，晶閘管兩端不需要并聯二極管。（3）單相并聯諧振逆變電路該電路的換流方式是負載換流，與負載并聯的電容C為換流電容，可使負載電流超前于負載電壓，即負載呈容性。交流輸出電流波形接近矩形波，故諧波幅值遠小于基波，基波頻率接近于負載電路諧振頻率，負載電路對基波呈高阻抗，而對諧波呈現低阻抗，因此負載電壓波形接近正弦波。三、學習方法1波形分析法：波形分析法是分析電路工作原理最有效的方法，讀者要學會利用波形分析來分析電路工作原理。2對比法：將三相電路與單相電路、電阻性負載和電感性負載以及電感性負載接續流二極管的電路對比分析。3分析計算法：電路中各電量的計算要通過工作原理分析來推導。4練習

12、法：波形圖和計算都要自己動手練習，發現問題并解決。5討論分析法：讀者要學習與他人討論分析問題，并了解其他讀者的學習方法和學習收獲，提高學習效率。四、典型題解析例5-1 在晶閘管兩端并聯R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中電阻R的作用是什么？解：R、C回路的作用是：吸收晶閘管瞬間過電壓，限制電流上升率，動態均壓作用。R的作用為：使L、C形成阻尼振蕩，不會產生振蕩過電壓，減小晶閘管的開通電流上升率，降低開通損耗。例5-2 三相半波可控整流電路，如果三只晶閘管共用一套觸發電路，如圖51所示，每隔120°同時給三只晶閘管送出脈沖，電路能否正常工作？此時電路帶電阻性負載時的移相范圍是多少？圖5

13、1 例52圖解：能工作。因為雖然三個晶閘管同時加觸發脈沖，只有陽極電壓最高相所接的晶閘管導通，其余兩個晶閘管受反壓阻斷。但是，移相范圍只有120°，達不到150°移相范圍要求。例53 三相半波可控整流電路帶電阻性負載時，如果觸發脈沖出現在自然換相點之前15°處，試分析當觸發脈沖寬度分別為10°和20°時電路能否正常工作？并畫出輸出電壓波形。解：當觸發脈沖寬度分別為10°，如圖52所示，當觸發脈沖ug1觸發U相晶閘管，則U相晶閘管導通。當ug2觸發V相晶閘管時，這時U相電壓高于V相電壓，所以V相晶閘管不導通，U相晶閘管繼續導通。過了自然

14、換相點后，盡管V相電壓高于U相電壓，但V相晶閘管的觸發脈沖已消失，所以V相晶閘管仍不導通。U相晶閘管導通到過零點關斷。這樣下去，接著導通的是W相晶閘管。由此可以看出，由于晶閘管間隔導通而出現了輸出波形相序混亂現象，這是不允許的。圖52  例53波形當觸發脈沖寬度分別為10°時，輸出波形和=0º時波形一樣。例54 圖53為三相全控橋整流電路，試分析在控制角=60º時發生如下故障的輸出電壓Ud的波形。（1）熔斷器1FU熔斷。（2）熔斷器2FU熔斷。（3）熔斷器2FU、3FU熔斷。解：（1）熔斷器1FU熔斷時輸出電壓波形如圖53b所示，凡與U相有關的線電壓均不

15、導通。（2）熔斷器2FU熔斷時輸出電壓波形如圖53c所示，V字頭線電壓不導通。（3）熔斷器2FU、3FU熔斷時輸出電壓波形如圖53d所示，凡VW字頭線電壓均不導通。圖53 例54圖例55 圖54為兩相零式可控整流電路，直接由三相交流電源供電（1 畫出控制角0°、60°時輸出電壓波形。（2） 控制角的移相范圍多大？（3） ，（4） 推導Ud的計算公式。圖54 例55電路圖解：（1）控制角0°時輸出電壓波形如圖55（a）所示，60°時輸出電壓波形如圖55（b）所示。（a） (b)圖55 例55波形圖例56 若用示波器觀察三相橋式全控整流電路波形分別如圖56

16、(a) (b) (c) (d) (e)所示，試判斷電路的故障。（a）(b)(c)(d)(e)圖56 例56波形圖解：(a)圖：用示波器測得每個周期輸出電壓波形與正確波形相比波頭少了兩個，在t1時刻不能換相，到t2時刻才恢復正常換相，t1t2為120°；三相全控橋電路每個周期輸出電壓的六個波頭，少兩個波頭正好是120°。波形種出現負值是由于電感L中的儲能釋放，回饋給電源所致。正常運行時每個橋臂導通120°，無論少哪兩個波頭，都可以判斷出是有一個臂斷路，但到底是哪個橋臂斷路，波頭上沒有符號指明，需要進一步檢查。在各橋臂熔斷器完好，連接線無松脫的前提下，用示波器量測各管

17、波形。哪個管的波形沒有導通段，即是故障所在，或者是管子壞，或者是沒有觸發脈沖。(b)圖：如圖每個周期的波形波頭只少一個，只有60°，因此不會是橋臂短路，問題出現在觸發電路。根據三相全控橋電路觸發脈沖為雙窄脈沖的特點，t1時未通說明主脈沖丟失，t2時導通是補脈沖的作用。到底哪個管子的觸發電路出了問題，需測量各管子兩端電壓波形，正常管子導通120°，導通段只有60°的管子，其觸發電路有問題，進一步檢查該觸發電路的同步移相環節，即可找出故障所在。(c)圖：每個周期只有兩個連續波頭，其中已個波頭提前輸出，連續少了四個波頭。說明不同相的量個橋臂斷路。(d)圖：每個周期少了四

18、個波頭，但不是連續的四個波頭，而是每半個周期有一個，再連續少兩個。不難分析出是兩相導電。故障為交流側某相失電或某相兩個橋臂斷路。(e)圖：每個周期少了三個波頭，可以看出是兩個不相同的橋臂斷路，一個屬于共陰極組，一個屬于共陽極組。五、自我檢測題1填空題1）常用的過電流保護措施 、 、 、 。（寫出四種即可）2）在電力晶閘管電路中，常用的過電壓保護有 ； ； ； 和 等幾種。3）要使三相全控橋式整流電路正常工作，對晶閘管觸發方法有兩種，一是用 觸發；二是用 觸發。4）在同步電壓為鋸齒波的觸發電路中，鋸齒波底寬可達 度；實際移相才能達 度。5）一般操作過電壓都是瞬時引起的尖峰電壓，經常使用的保護方法

19、是 而對于能量較大的過電壓，還需要設置非線性電阻保護，目前常用的方法有  和 。6）在由兩組反并聯變流裝置組成的直流電機的四象限運行系統中，兩組變流裝置分別工作在正組 狀態、 狀態、反組 狀態、 狀態。7）在有環流反并聯可逆系統中，環流指的是只流經 而不流經 的電流。為了減小環流，一般采用 狀態。8）三相半波可控整流電路，輸出到負載的平均電壓波形脈動頻率為 HZ；而三相全控橋整流電路，輸出到負載的平均電壓波形脈動頻率為 HZ；這說明 電路的紋波系數比 電路要小。9）三相半波可控整流電路電阻性負載時，電路的移相范圍 ，三相全控橋電阻性負載時，電路的移相范圍 。10）鋸齒波觸發電路的主要

20、環節是由 、 、 、 、 環節組成。11）三相橋式全控整流電路是由一組共 極三只晶閘管和一組共 極的三只晶閘管串聯后構成的，晶閘管的換相是在同一組內的元件進行的。每隔 換一次相，在電流連續時每只晶閘管導通 度。要使電路工作正常，必須任何時刻要有 只晶閘管同時導通，一個是共 極的，另一個是共 極的元件，且要求不是  的兩個元件。12）由晶閘管構成的逆變器換流方式有 換流和 換流。13）在電流型逆變器中，輸出電壓波形為 波，輸出電流波形為 波。2判斷題 1）在用兩組反并聯晶閘管的可逆系統，使直流電動機實現四象限運行時，其中一組逆變器工作在整流狀態，那么另一組就工作在逆變狀態。 （ ）2）

21、逆變角太大會造成逆變失敗。 （ ）3）并聯諧振逆變器必須是略呈電容性電路。 （ ）4）在三相半波可控整流電路中，電路輸出電壓波形的脈動頻率為300Hz。 （ ） 5）并聯與串聯諧振式逆變器屬于負載換流方式，無需專門換流關斷電路。 （ ）6）三相半波可控整流電路，不需要用大于60º小于120º的寬脈沖觸發，也不需要相隔60º的雙脈沖觸發，只用符合要求的相隔120º的三組脈沖觸發就能正常工作。（ ）7）三相橋式全控整流電路，輸出電壓波形的脈動頻率是150HZ。 （ ）8）在三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大反壓為倍相電壓U2。（ ）9）三相半波可控整流

22、電路中，如果三個晶閘管采用同一組觸發裝置，則的移相范圍只有120o。 （ ）10）三相半波可控整流電路也要采用雙窄脈沖觸發。 （ ）11）在三相橋式全控整流電路中，采用雙窄脈沖觸發晶閘管元件時，電源相序還要滿足觸發電路相序要求時才能正常工作。 （ ）12）并聯諧振逆變器負載兩端電壓波形是很好的正弦波 （ ）13）無源逆變指的是把直流電能轉換成交流電能送給交流電網。 （ ）3選擇題1）為 度時，三相半波可控整流電路，電阻性負載輸出的電壓波形，處于連續和斷續的臨界狀態。A、 0度， B、60度， C、30度， D、120度，2）晶閘管觸發電路中，若改變 的大小，則輸出脈沖產生相位移動，達到移相控制

23、的目的。A、 同步電壓， B、控制電壓， C、脈沖變壓器變比。3）可實現有源逆變的電路為 。 A、三相半波可控整流電路， B、三相半控橋整流橋電路，C、 單相全控橋接續流二極管電路， D、單相半控橋整流電路。4）在下面幾種電路中，不能實現有源逆變的電路有哪幾種 。A、三相半波可控整流電路。 B、三相半控整流橋電路。C、 單相全控橋接續流二極管電路。 D、單相半控橋整流電路。5）在有源逆變電路中，逆變角的移相范圍應選 為最好。A、=90º180º， B、=35º90º， C、=0º90º，6）晶閘管整流裝置在換相時刻（例如：從U相換到V

24、相時）的輸出電壓等于 。 A、U相換相時刻電壓uU， B、V相換相時刻電壓uV，C、等于uU+uV的一半即：7）三相全控整流橋電路，如采用雙窄脈沖觸發晶閘管時，下圖中哪一種雙窄脈沖間距相隔角度符合要求。請選擇 。8）晶閘管觸發電路中，若使控制電壓UC=0，改變 的大小，可使直流電動機負載電壓Ud=0，使觸發角=90º。達到調定移相控制范圍，實現整流、逆變的控制要求。A、同步電壓， B、控制電壓， C、偏移調正電壓。9）三相半波可控整流電路的自然換相點是( )A、交流相電壓的過零點；B、本相相電壓與相鄰相電壓的交點處；C、比三相不控整流電路的自然換相點超前30°；D、比三相不

25、控整流電路的自然換相點滯后60°。10）三相全控橋式整流電路帶電阻負載，當觸發角=0º時，輸出的負載電壓平均值為 。 A、0.45U2； B、0.9U2； C、1.17U2； D、2.34U2；11）三相全控橋式整流電路帶大電感負載時，控制角的有效移相范圍是 度。A、 0°-90°； B、30°-120°； C、60°-150°； D、90°-150°12）三相半波可控整流電路在換相時，換相重疊角的大小與哪幾個參數有關 。A、Id、 XL、U2； B、Id；C、U2； D、U2、 XL；4問答題

26、1）實現正確觸發的同步定相的方法步驟有哪些？2）鋸齒波同步觸發電路是怎樣發出雙窄脈沖的？3）三相橋式全控整流電路使用鋸齒波同步觸發電路，為什么六個鋸齒波的斜率要一致？4) 用的電力變流器的換流方式有哪幾種？5）試簡述平波電抗器的作用？6）中頻感應加熱爐的直流電源的獲得為什么要用可控整流電路？7）中頻感應加熱電源主要由哪幾部分組成。5畫圖題1）請利用六塊鋸齒波同步觸發電路的X、Y控制端，來組成六路互相相差60°的雙窄脈沖觸發系統圖，并畫出其脈沖輸出波形的相互關系圖。2）指出下圖中各保護元件及VD、Ld的名稱和作用。3）用紅筆或用陰影面積標出三相全控橋電路在30°時，電阻性負載

27、的直流輸出電壓的波形圖，同時要對應畫出其所用的雙窄脈沖（30°），并標出序號。如V，計算此時的直流輸出電壓Ud。 4）在下面兩圖中，一個工作在整流電動機狀態，另一個工作在逆變發電機狀態。 （1）、標出Ud、ED及id的方向。（2）、說明E與Ud的大小關系。（3）、當與的最小值均為30度時，控制角的移向范圍為多少？ 、5）三相半波可控整流電路，整流變壓器的聯接組別是D/Y5，鋸齒波同步觸發電路中的信號綜合管是NPN型三極管。試確定同步變壓器TS的接法鐘點數為幾點鐘時，觸發同步定相才是正確的，并畫出矢量圖。6計算題1）三相橋式全控整流電路，Ld極大，Rd=4，要求Ud從0220

28、V之間變化。試求：（1 不考慮控制角裕量時，整流變壓器二次相電壓。（2） 計算晶閘管電壓、電流平均值，如電壓、電流裕量取2倍，請選擇晶閘管型號。（3） 變壓器二次電流有效值I2。（4） 計算整流變壓器二次側容量S2 2）三相半波整流電路，如圖所示：將變壓器二次側繞組等分為二段，接成曲折接法，每段繞組電壓為100V。試求：（1） 晶閘管承受的最大反壓是多少？（2） 變壓器鐵心有沒有直流磁化？為什么？3）三相半波可控整流電路，大電感負載，電感內阻為2，直接由220V交流電源供電，控制角為60度，計算負載平均電壓Ud、流過晶閘管的電流的平均值IdT與有效值IVT。 六、自我檢測題答案1 填空題1）快

29、速熔斷器、串進線電抗器、接入直流快速開關、控制快速移相使輸出電壓下降2）避雷器；阻容吸收；硒堆；壓敏電阻；整流式阻容吸收；3）大于60º小于120º的寬脈沖，脈沖前沿相差60º的雙窄脈沖，4）240º；0º180º。5）阻容保護、壓敏電阻、硒堆。6）整流，逆變，整流，逆變，7）變流橋，不流經負載，>8）150，300，三相橋式全控整流橋，三相半波可控流電路9）0º-150º；0º-120º10）同步環節；鋸齒波形成；脈沖形成；整形放大；強觸發及輸出11）陰；陽；60度；120；兩；陰；陽；

30、不在同一橋臂上12）負載、強迫（脈沖）。13）正弦波、方波。2 判斷題1）× 2）× 3） 4）× 5） 6） 7）× 8）× 9） 10）× 11） 12） 13）×3 選擇題1）C 2)B 3)A 4)BCD 5)B 6)C 7)B 8)C 9)B 10)D 11)A 12)A4問答題1）、A：根據不同觸發電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號電壓us與對應晶閘管陽極電壓之間的相位關系。B：根據整流變壓器TS的接法與鐘點數，以電網某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側也就是晶閘管陽極電壓的矢量。再根據A確定同步信號US與晶閘管陽