中频感应加热电源
【 课题描述 】,
中频电源装置是一种利用晶闸管元件把三相工频电流变换成某一频率的中频电流的装置，广泛应用在感应熔炼和感应加热的领域。常见的感应加热装置如图。
中频感应加热电源
【 相关知识点 】,
一、中频感应加热电源概述
1．感应加热的原理
（ 1）感应加热的基本原理中频感应加热电源利用高频电源来加热通常有两种方法：
①电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热等）
②感应加热：利用高频电流（比如密封包装等 ）
1)电介质加热（ dielectric heating）
电介质加热通常用来加热不导电材料 。
工作原理分析
当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。
需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。
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2）感应加热（ induction heating）
感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。
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（ 2）感应加热发展历史
感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象，也就是交变的电流会在导体中产生感应电流，从而导致导体发热。
感应加热有以下优点：
1）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触
2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象
3）容易控制温度，提高加工精度
4）可实现局部加热
5）可实现自动化控制
6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘中频感应加热电源
晶闸管中频电源主要的优点：
1）降低电力消耗。
2）中频电源的输出装置的输出频率是随着负载参数的变化而变化的，所以保证装置始终运行在最佳状态，不必像机组那样频繁调节补偿电容。
2．中频感应加热电源的用途
感应加热的最大特点是将工件直接加热
工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等
应用非常广泛，主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。
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（ 1）淬火
淬火热处理工艺是将工件加热到一定温度后再快速冷却下来，以此增加工件的硬度和耐磨性。中频电源对螺丝刀口淬火如图。
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（ 2）透热
在加热过程中使整个工件的内部和表面温度大致相等，叫做透热。
透热主要用在锻造弯管等加工前的加热等。电 用于弯管的过程如图所示。
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（ 3）熔炼
图为中频感应熔炼炉，线圈用铜管绕成，里面通水冷却。
线圈中通过中频交流电流就可以使炉中的炉料加热、熔化，并将液态金属再加热到所需温度。
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（ 4）钎焊
钎焊是将钎焊料加热到融化温度而使两个或几个零件连接在一起，
通常的锡焊和铜焊都是钎焊。
钎焊主要应用于机械加工、采矿、钻探、木材加工等行业使用的钎焊硬质合金车刀、洗刀、刨刀、铰刀、锯片、锯齿的焊接，及金刚石锯片、刀具、磨具钻具、刃具的焊接。其他金属材料的复合焊接，
如：眼镜部件、铜部件、不锈钢锅。
铜洁具钎焊如图。
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3．中频感应加热电源的组成
中频感应加热电源主要由 可控或不可控整流电路,滤波器,逆变器 和一些控制保护电路组成。
组成框图中频感应加热电源
（ 1）整流电路
中频感应加热电源装置的整流电路设计一般要满足以下要求：
1）整流电路的输出电压在一定的范围内可以连续调节。
2）整流电路的输出电流连续，且电流脉动系数小于一定值。
3）整流电路的最大输出电压能够自动限制在给定值，而不受负载阻抗的影响。
4）当电路出现故障时，电路能自动停止直流功率输出，整流电路必须有完善的过电压、过电流保护措施。
5）当逆变器运行失败时，能把储存在滤波器的能量通过整流电路返回工频电网，保护逆变器。
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（ 3）平波电抗器
平波电抗器在电路中起到很重要的作用,归纳为以下几点：
1）续流 保证逆变器可靠工作。
2）平波 使整流电路得到的直流电流比较滑。
3）电气隔离 它连接在整流和逆变电路之间起 到隔离作用。
4）限制电路电流的上升率 di/dt值，逆变失败 时，保护晶闸管。
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（ 4）控制电路
中频感应加热装置的控制电路比较复杂，可以包括以下几种,整流触发电路,逆变触发电路,起动停止控制电路 。
1）整流触发电路
整流触发电路主要是保证整流电路正常可靠工作，产生的触发脉冲必须达到以下要求：
①产生相位互差 60o的脉冲，依次触发整流桥的晶闸管。
②触发脉冲的频率必须与电源电压的频率一致。
③采用单脉冲时，脉冲的宽度应该大与 90o，小于 120o。采用双脉冲时，
脉冲的宽度为 25o - 30o，脉冲的前沿相隔 60o。
④输出脉冲有足够的功率，一般为可靠触发功率的 3～ 5倍。
⑤触发电路有足够的抗干扰能力。
⑥控制角能在 0o～ 170o之间平滑移动。
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2）逆变触发电路
加热装置对逆变触发电路的要求如下：
①具有自动跟踪能力。
②良好的对称性。
③有足够的脉冲宽度，触发功率，脉冲的前沿
有一定的陡度。
④有足够的抗干扰能力。
3）起动、停止控制电路
起动、停止控制电路主要控制装置的起动、运行、停止。一般由按纽、继电器、接触器等电器元件组成。
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（ 5）保护电路
中频装置的晶闸管的过载能力较差，系统中必须有比较完善的保护措施，比较常用的有阻容吸收装置和硒堆抑制电路内部过电压，电感线圈、快速熔断器等元件限制电流变化率和过电流保护。
必须根据中频装置的特点，设计安装相应的保护电路。
中频感应加热电源二、整流主电路
1．三相半波可控整流电路
（ 1）三相半波不可控整流电路
三相半波不可控整流电路
三相半波不可控整流电路电压波形中频感应加热电源
三相半波不可控整流电路中三个极管轮流导通，导通角均为
120°,输出电压 ud是脉动的三相交流相电压波形的正向包络线，
负载电流波形形状与 ud相同。
其输出直流电压的平均值 Ud为
整流二极管承受的最大的反向电压就是三相交压的峰值，即
222
65
6
d 17.12 π
63tds i n2π23 UUtUU
222
6
5
6
d 17.12 π
63
tds i n2
π2
3
UUtUU
2d 6UU?
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（ 2）三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路有两种接线方式，分别为共阴极、共阳极接法。
共阴极接法的三相半波可控整流电路。
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1）电路结构
共阴极接法的三相半波可控整流电路。
2)电路工作原理
① 0≤α≤30°
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② 30≤ α ≤150°°
当触发角 α ≥30° 时，此时的电压和电流波形断续，各个晶闸管的导通角小于 120°,α =60° 的波形。
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3）基本的物理量计算
①整流输出电压的平均值计算：
当 0° ≤ α ≤30° 时，此时电流波形连续，通过分析可得到：
当 30° ≤ α ≤150° 时，此时电流波形断续，通过分析可得到：
c o s17.1c o sπ2 63)(ds i n2
3
π2
1
22
6
5
6
2d UUttUU
)6πc o s (1675.0)6πc o s (1π2 23)(ds i n2
3
π2
1
2
π
6
π 2d UttUU
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② 直流输出平均电流对于电阻性负载，电流与电压波形是一致的，数量关系为：
Id = Ud/Rd
③ 晶闸管承受的电压和控制角的移相范围
晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压的峰值。
电流断续时，晶闸管承受的是电源的相电压，所以晶闸管承受的最大正向电压为相电压的峰值即：
三相半波可控整流电路在电阻性负载时，控制角的移相范围是 0～
150° 。
222RM 45.2632 UUUU 2FM 2U?
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（ 3）三相半波共阳极可控整流电路 及波形中频感应加热电源
共阳极可控整流电路就是把三个晶闸管的阳极接到一起，阴极分别接到三相交流电源。这种电路的电路及波形如图 5－ 13所示，工作原理与共阴极整流电路基本一致。同样，需要晶闸管承受正向电压即阳极电位高于阴极电位时，才可能导通。所以三只晶闸管中，哪一个晶闸管的阴极电位最低，哪个晶闸管就有可能导通。由于输出电压的波形在横轴下面，
即输出电压的平均值为：
Ud＝ -1.17U2 cosα
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上述两种整流电路，无论是共阴极可控整流电路还是共阳极可控整流电路，都只用三只晶闸管，所以电路接线比较简单。但是，变压器的绕组利用率较低。绕组的电流是单方向的，因此还存在直流磁化现象。负载电流要经过电源的零线。会导致额外的损耗。所以，三相半波整流电路一般用于小容量场合。
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2．三相桥式全控整流电路
（ 1）电阻性负载
1）电路组成
三相桥式全控整流电路实质上是一组共阴极半波可控整流电路与共阳极半波可控整流电路的串联，在上一节的内容中，共阴极半波可控整流电路实际上只利用电源变压器的正半周期，共阳极半波可控整流电路只利用电源变压器的负半周期，如果两种电路的负载电流一样大小，可以利用同一电源变压器。即两种电路串联便可以得到三相桥式全控整流电路，
电路的组成如图 5-14所示。
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2）工作原理（以电阻性负载,α ＝ 0° 分析）
在共阴极组的自然换相点分别触发 VT1,VT3,VT5晶闸管，共阳极组的自然换相点分别触发 VT2,VT4,VT6晶闸管，两组的自然换相点对应相差 60°,电路各自在本组内换流，即 VT1 VT3 VT5 VT1…,VT2
VT4 VT6 VT2，每个管子轮流导通 120° 。由于中性线断开，要使电流流通，负载端有输出电压，必须在共阴极和共阳极组中各有一个晶闸管同时导通。
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ωt1～ ωt2期间,u相电压最高,v相电压最低，在触发脉冲作用下，
VT6,VT1管同时导通，电流从 u相流出，经 VT1负载 VT6流回 v相，负载上得到 u,v相线电压 uuv。 从 ωt2开始,u相电压仍保持电位最高，
VT1继续导通，但 w相电压开始比 v相更低，此时触发脉冲触发 VT2导通，
迫使 VT6承受反压而关断，负载电流从 VT6中换到 VT2，以此类推在负载两端的波形如图 5-15所示。
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导通晶闸管及负载电压如表 5－ 1
表 5－ 1
导通期间 ωt1～ ωt2 ωt2～ ωt3 ωt3～ ωt4 ωt4～ ωt5 ωt5～ ωt6 ωt6～ ωt7
导通 VT VT1，
VT6
VT1,VT2 VT3,VT2 VT3,VT4 VT5,VT4 VT5,VT6
共阴电压 u相 u相 v相 v相 w相 w相共阳电压 v相 w相 w相 u相 u相 v相负载电压 uv线电压
uuv
uw线电压
uuw
vw线电压
uvw
vu线电压
uvu
wu线电压
uwu
wv线电压
uwv
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3）三相桥式全控整流电路的特点
①必须有两个晶闸管同时导通才可能形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相的器件。
②对触发脉冲的要求：
按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差 60 共阴极组 VT1、
VT3,VT5的脉冲依次差 120,共阳极组 VT4,VT6,VT2也依次差
120 。同一相的上下两个晶闸管，即 VT1与 VT4,VT3与 VT6,VT5与
VT2，脉冲相差 180 。
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触发脉冲要有足够的宽度，通常采用单宽脉冲触发或采用双窄脉冲。
但实际应用中，为了减少脉冲变压器的铁心损耗，大多采用双窄脉冲。
4）不同控制角时的波形分析：
① α =30 时的工作情况 (波形如图 5-16)
这种情况与 α =0 时的区别在于：晶闸管起始导中频感应加热电源
图 5－ 16 三相全控桥整流电路 α =30 的波形中频感应加热电源
通时刻推迟了 30,组成 ud的每一段线电压因此推迟 30 从 wt1开始把一周期等分为 6段,ud波形仍由 6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表 5－ 1的规律。变压器二次侧电流 ia波形的特点：在 VT1处于通态的 120 期间,ia为正,ia波形的形状与同时段的 ud波形相同，
在 VT4处于通态的 120 期间,ia波形的形状也与同时段的 ud波形相同，
但为负值。
② α =60 时的工作情况 (波形如图 5-17)
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图 5－ 17 三相全控桥整流电路 α =60 的波形中频感应加热电源
此时 ud的波形中每段线电压的波形继续后移,ud平均值继续降低。 α
=60 时 ud出现为零的点，这种情况即为输出电压 ud为连续和断续的分界点。
③ α =90 时的工作情况 (波形如图 5-18)
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图 5－ 18 三相全控桥整流电路 α =90 的波形图 5－ 18 三相全控桥整流电路
=90 的波形中频感应加热电源
此时 ud的波形中每段线电压的波形继续后移,ud平均值继续降低。 α
=90 时 ud波形断续，每个晶闸管的导通角小于 120 。
小结：
1．当 ≤60 时,ud波形均连续，对于电阻负载,id波形与 ud波形形状一样，也连续。
2．当 >60 时,ud波形每 60 中有一段为零,ud波形不能出现负值，
带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是 120 。
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（ 2）电感性负载
1）电路工作原理
① α ≤60 时,ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压 ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
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两种负载时的区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 α ＝ 0 和 α ＝ 30 波形如图 5-19和图 5-20所示。
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图 5－ 19 三相桥式全控整流电路阻感负载 α ＝ 0 波形中频感应加热电源
图 5－ 20 三相桥式全控整流电路阻感负载 α ＝ 30 波形
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② α ＞ 60 时
阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时 ud波形不会出现负的部分，而
阻感负载时，由于电感 L的作用,ud波形会出现负的部分,α ＝ 90 时波形如图 5－ 21所示。可见，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为 0 ～ 90 。
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图 5－ 21 三相桥式全控整流电路阻感负载 α ＝ 90 波形中频感应加热电源
（ 3）基本的物理量计算
1）整流电路输出直流平均电压
① 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 ≤60 时）
的平均值为：
c o s34.2)(ds i n6
3
π
1
2
3
π2
3
π 2d UttUU
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带 2）输出电流平均值为,Id=Ud /R
3）当整流变压器为采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图 5－所示，为正负半周各宽 120,前沿相差 180
的矩形波，其有效值为：电阻负载且 α ＞ 60 时，整流电压平均值为：
)3πc o s (134.2)(ds i n6π3 2π
3
π 2d UttUU
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晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一 致。
dd
2
d
2
d2 816.03
π2π
3
2)(π
3
2
π2
1 IIIII
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二、平波电抗器的及简易设计
平波电抗器的简易设计计算步骤
平波电抗器的主要参数是额定电流和电感量，电感量的计算依据为：
1）保证电流连续所需要的电感量。
2）限制电流脉动所需要电感量。
3）抑制环流所需要的电感量。
一般情况下，平波电抗器的计算程序如下：
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1）根据给定原始数据 L和 Id，计算 Id2L；
2）根据选用的硅钢片的磁化曲线确定 B0，
3）根据选用的导线的绝缘材料和冷却方式，选取电流密度。如选用自然冷却的铜导线，取 j=250A/cm2，
4）按优化设计原则计算，要求可能的情况下，最小体积设计。
另外，还有相对气隙，匝数，磁场强度以及电感量等方面。具体设计方法可以参考相关资料。
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三、整流触发电路
整流电路的触发电路有很多种，要根据具体的整流电路和应用场合选择不同的触发电路。实际中，大多情况选用锯齿波同步触发电路和集成触发器。
锯齿波同步触发电路的组成和工作原理
锯齿波同步触发电路有锯齿波形成、同步移相、脉冲形成放大环节、双脉冲、脉冲封锁等环节和强触发环节等组成。可触发 200A的晶闸管。
由于同步电压采用锯齿波，不直接受电网波动与波形畸变的影响，移相范围宽，在大中容量中得到广泛应用。
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图 5－ 22锯齿波同步触发电路原理图中频感应加热电源
锯齿波同步触发电路原理图如图 5-22所示，下面分环节介绍：
（ 1）锯齿波形成和同步移相控制环节
1）锯齿波形成
V1,V9,R3,R4组成的恒流源电路对Ｃ２充电形成锯齿波电压，当Ｖ
２截止时，恒流源电流 Ic1对Ｃ２恒流充电，电容两端电压为
Ic1=Uv9/(R3+RP2) 因此调节电位器 RP2即可调节锯齿波斜率。当 V2导通时，由于 R4阻值很小,C2迅速放电。所以只要 V2管周期性导通关断，
电容 C2两端就能得到线性很好的锯齿波电压。
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Ub4为合成电压（锯齿波电压为基础，再叠加 Ｕ b,Uc）通过调节 Ｕ c来调节。
2）同步环节
同步环节由同步变压器 TS和 V2管等元件组成。锯齿波触发电路输出的脉冲怎样才能与主回路同步呢？由前面的分析可知，脉冲产生的时刻是由 V4导通时刻决定（锯齿波和 Ub,Uc之和达到 0.7Ｖ时），由此可见，
若锯齿波的频率与主电路电源频率同步即能使触发脉冲与主电路电源同步，锯齿波是由 V2管来控制的,V2管由导通变截止期间产生锯齿波，
V2管截止的持续时间就是锯齿波的中频感应加热电源
脉宽,V2管的开关频率就是锯齿波的频率。在这里，同步变压器 TS和主电路整流变压器接在同一电源上，用 TS次级电压来控制 V2的导通和截止，从而保证了触发电路发出的脉冲与主电路电源同步。
工作时，把负偏移电压 Ub调整到某值固定后，改变控制电压 Uc，就能改变 ub4波形与时间横轴的交点，就改变了 V4转为导通的时刻，即改变了触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。
电路中增加负偏移电压 Ub的目的是为了调整 Uc＝０时触发脉冲的初始位置。
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（ 2）脉冲形成、整形和放大输出环节
1）当 ub4<0.7V时 Ｖ４管截止,V5,V6导通，使 V7,V8截止，无脉冲输出。
电源经 R13,R14向 V5,V6供给足够的基极电流，使 V5,V6饱和导通,V5集电极⑥点电位为 -13.7V(二极管正向压降以 0.7Ｖ、晶体管饱和压降以 0.3V计算 ),V7,V8截止，无触发脉冲输出。
④点电位,15V ⑤ 点电位,-13.3V
另外,+15V→R11→C3→V5→V6→ -15V对 C3充电，极性左正又负，大小 28.3V。
2）、当 ub4≥0.7V时 V4导通，有脉冲输出中频感应加热电源
④ 点电位立即从 +15V下跳到 1V，Ｃ 3两端电压不能突变，⑤点电位降至 -27.3V，Ｖ 5截止,V7,V8经Ｒ 15,VD6供给基极电流饱和导通，
输出脉冲，⑥点电位为 -13.7V突变至 2.1V(VD6,V7,V8压降之和 )。
另外：Ｃ 3经 +15V→R14→VD3→V4 放电和反充电⑤点电位上升，
当⑤点电位从 -27.3V上升到 -13.3V时 V5,V6又导通，⑥点电位由 2.1V突降至 -13.7V，于是,V7,V8截止，输出脉冲终止。
由此可见，脉冲产生时刻由Ｖ４导通瞬间确定，脉冲宽度由 V5,V6持续截止的时间确定。所以脉宽由 C3反充电时间常数 (τ=C3R14)来决定。
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（ 3）强触发环节
晶闸管采用强触发可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力，
有利于改善串并联元件的动态均压与均流，增加触发的可靠性。因此在大中容量系统的触发电路都带有强触发环节。
图中右上角强触发环节由单相桥式整流获得近 50Ｖ直流电压作电源，在
V8导通前,50V电源经 R19对 C6充电,N点电位为 50V。当 V8导通时，
C6经脉冲变压器一次侧,R17与 V8迅速放电，由于放电回路电阻很小，
Ｎ点电位迅速下降，当Ｎ点电位下降到 14.3Ｖ时，
VD10导通，脉冲变压器改由＋１５Ｖ稳压电源供电。各点波形如图 5－
23所示。
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图 5－ 23 锯齿波同步触发电路波形图中频感应加热电源
（ 4）双脉冲形成环节
生双脉冲有两种方法：内双脉冲和外双脉冲。
锯齿波触发电路为内双脉冲。晶体管 V5,V6构成一个“或”门电路，
不论哪一个截止，都会使⑥点电位上升到 2.1Ｖ，触发电路输出脉冲。
V5基极端由本相同步移相环节送来的负脉冲信号使 V5截止，送出第一个窄脉冲，接着有滞后 60 的后相触发电路在产生其本相第一个脉冲的同时，由 V4管的集电极经 R12的Ｘ端送到本相的Ｙ端，经电容 C4微分产生负脉冲送到 V6基极，使 V6截止，于是本相的 V6又导通一次，输出滞后 60 的第二个脉冲。
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对于三相全控桥电路，三相电源 U,V,W为正相序时，六只晶闸管的触发顺序为 VT1VT2→VT3→VT4→VT5→VT6 彼此间隔 60,为了得到双脉冲,块触发电路板的Ｘ、Ｙ可按图 5－ 24所示方式连接。
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图 5－ 24 触发电路实现双脉冲连接的示意图中频感应加热电源
（ 5）其他说明
在事故情况下或在可逆逻辑无环流系统，要求一组晶闸管桥路工作，另一组桥路封锁，这时可将脉冲封锁引出端接零电位或负电位，晶体管 V7、
V8就无法导通，触发脉冲无法输出。串接 VD5是为了防止封锁端接地时，
经 V5,V6和 VD4到 -15Ｖ之间产生大电流通路。
2．集成触发器介绍
随着晶闸管变流技术的发展，目前逐渐推广使用集成电路触发器。由于集成电路触发器的应用，提高了触发电路工作的可靠性，缩小体积，简化了触发电路的生产与调试。集成触发器应用越来越广泛。正获得广泛应用的有以下几种：
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（ 1） KC04移相集成触发器 （还有 KJ系列触发器）
此触发电路为正极性型电路，及控制电压增加晶闸管输出电压也增加。
主要用于单相或三相全控桥装置。
其主要技术数据如下：
电源电压,DC正负 15V。
电源电流：正电流小于 15mA，负电流小于 8mA
移相范围,170 o
脉冲宽度,15o-35o。
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脉冲幅度：大于 13V
最大输出能力,100mA
KC09是 KC04的改进型，二者可互换使用。
它与分立元件组成的锯齿波触发电路一样，由同步信号、锯齿波产生、
移相控制、脉冲形成和放大输出等环节组成。
该电路在一个交流电周期内，在 1脚和 15脚输出相位差 180 o的两个窄脉冲，可以作为三相全控桥主电路同一相所接的上下晶闸管的触发脉冲，
16脚接＋ 15V电源，。 8脚接同步电压，但由同步变压器送出的电压须经微调电位 1.5kΩ、电阻 5,1 kΩ
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和电容 1μF组成的滤波移相，以达到消除同步电压高频谐波的浸入，提高抗干扰能力。 4脚形成锯齿波,9脚为锯齿波、偏移电压、控制电压综合比较输入。 13,14脚提供脉冲列调制和脉冲封锁控制端。 KC04引出脚各点波形如图 5-25（ a）所示。
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图 5－ 25 KC04与 KC41C电路各点电压波形中频感应加热电源
（ 2） KC41C六路双脉冲形成器
KC41C与三块 KC04可组成三相全控桥双脉冲触发电路，如图 5－ 26所示。把三块 KC04触发器的 6各输出端分别接到 KC41C的 1～ 6端，
KC41C内部二极管具有的“或”功能形成双窄脉冲，再由集成电路内部
6只三极管放大，从 10～ 15端外接的晶体管作功率放大可得到 800mA触发脉冲电流，可触发打功率的晶闸管。 KC41C不仅具有双脉冲形成功能，
还可作为电子开关提供封锁控制的功能。 KC41C各管脚的脉冲波形如图
5－ 25（ b）所示。
中频感应加热电源
图 5－ 26 三相全控桥集成触发电路中频感应加热电源
四、触发电路与主电路电压的同步
制作或修理调整晶闸管装置时，常会碰到一种故障现象：在单独检查晶闸管主电路时，接线正确，元件完好；单独检查触发电路时，各点电压波形、输出脉冲正常，调节控制电压 Uc时，脉冲移相符合要求。但是当主电路与触发电路连接后，工作不正常，直流输出电压 ud波形不规则、
不稳定，移相调节不能工作。这种故障是由于送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间相位没有正确对应，造成晶闸管工作时控制角不一致，甚至使有的晶闸管触发脉冲在阳极电压负值时出现，当然不能导通。怎样才能消除这种故障使装置工作正常呢？这就是本节要讨论的触发电路与主电路之间的同步 (定相 )问题。
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１．同步的定义
前面分析可知，触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的某一区间内出现，
晶闸管才能被触发导通，而在锯齿波移相触发电路中，送出脉冲的时刻是由接到触发电路不同相位的同步电压 us来定位，有控制与偏移电压大小来决定移相。因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给触发电路特定相位的同步电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。
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２．触发电路同步电压的确定
触发电路同步电压的确定包括两方面内容：
根据晶闸管主电路的结构、所带负载的性质及采用的触发电路的形式，
确定出该触发电路能够满足移相要求的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系。
用三相同步变压器的不同连接方式或再配合阻容移相得到上述确定的同步电压。
下面用三相全控桥式电路带电感性负载来具体分析。
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如图 5－ 28主电路接线，电网三相电源为Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１，经整流变压器ＴＲ供给晶闸管桥路，对应电源为Ｕ、Ｖ、Ｗ，假定控制角为０，
则 ug1~ug6六个触发脉冲应在各自的自然换相点，依次相隔 60° 要保证每个晶闸管的控制角一致，六块触发板 1CF～ 6CF输入的同步信号电压
us也必须依次相隔 60° 。为了得到六个不同相位的同步电压，通常用一只三相同步变压器 TS具有两组二次绕组，二次侧得到相隔 60° 的六个同步信号电压分别输入六个触发电路。因此只要一块触发板的同步信号电压相位符合要求，那其它五个同步信号电压相位也肯定正确。那么，
每个触发电路的同步信号电压 us与被触发晶闸管的阳极电压必须有怎样的相位关系呢？这决定于主电路的不同形式、不同的触发电路、负载性质以及不同的移相要求。
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如：对于锯齿波同步电压触发电路,NPN型晶体管时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为 240,上升段起始的 30 和终了的 30 线性度不好，舍去不用，使用中间的 180 。
锯齿波的中点与同步信号的 300 位置对应，使 Ud=0的触发角为 90 。
当＜ 90 时为整流工作，＞ 90 时为逆变工作。将 =90 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有 90 的移相范围。于是 =90 与同步电压的 300 对应，也就是 =0 与同步电压的 210 对应。 =0 对应于 uu的
30 的位置，则同步信号的 180 与 uu的 0 对应，说明同步电压 us应滞后于阳极电压 uu 180 。如图 5－ 27所示。
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3．实现同步的方法
实现同步的方法步骤如下：
（ 1）：根据主电路的结构、负载的性质及触发电路的型式与脉冲移相范围的要求，确定该触发电路的同步电压 us与对应晶闸管阳极电压 uu
之间的相位关系。
（ 2）：根据整流变压器 TR的接法，以定位某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次电压也就是晶闸管阳极电压的矢量，再根据步骤１确定的同步电压 us与晶闸管阳极电压 uu的相位关系，画出电源的同步相电压和同步线电压矢量。
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（ 3）：根据同步变压器二次线电压矢量位置，定出同步变压器 TS的钟点数的接法，然后确定出 usu,usv,usw分别接到 VT1,VT3,VT5管触发电路输入端；确定出 us(-u),us(-v),us(-w)分别接到 VT4,VT6、
VT2管触发电路的输入端，这样就保证了触发电路与主电路的同步。
4．同步举例
例 三相全控桥整流电路，直流电动机负载，不要求可逆运转，整流变压器 TR为 D,y1接线组别，触发电路采用本书锯齿波同步的触发电路，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出 60度余量。试按简化相量图的方法来确定同步变压器的接线组别及变压器绕组联结法。
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解 以 VT1管的阳极电压与相应的 1CF触发电路的同步电压定相为例。
1）根据题意，要求同步电压 us相位应滞后阳极电压 uu180 。
2）根据相量图，同步变压器接线组别应为 Dyn7,Dyn1。
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根据已求得同步变压器结线组别，就可以画出变压器绕组的结线组别，
再将同步电压分别接到相应触发电路的同步电压接线端，即能保证触发脉冲与主电路的同步。
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五、整流电路的保护
整流电路的保护主要是晶闸管的保护，因为晶闸管元件有许多优点，但与其它电气设备相比，过电压、过电流能力差，短时间的过电流、过电压都可能造成元件损坏。为使晶闸管装置能正常工作而不损坏，只靠合理选择元件还不行，还要设计完善的保护环节，以防不测。具体保护电路主要有以下这些：
1．过电压保护
过电压保护有交流侧保护、直流侧保护和器件保护。过电压保护设置如图 5－ 29所示。其中 H属于器件保护,H左边设置的是交流侧保护,H右边设置的为直流侧保护。
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（ 1）晶闸管的关断过电压及其保护
晶闸管关断引起的过电压，可达工作电压峰值的 5～ 6倍，线路电感
（主要是变压器漏感）释放能量而产生的。一般情况采用的保护方法是在晶闸管的两端并联 RC吸收电路，如图 5－ 30所示。
图 5－ 30 用阻容吸收抑止晶闸管关断过电压中频感应加热电源
（ 2）交流侧过电压保护
由于交流侧电路在接通或断开时感应出过电压，一般情况下，能量较大，
常用的保护措施为：
1）阻容吸收保护电路，应用广泛，性能可靠，但正常运行时，电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。一次根据稳压管的稳压原理，目前较多采用非线性电阻吸收装置，
常用的有硒堆与压敏电阻。
2）硒堆就是成组串联的硒整流片。单相时用两组对接后再与电源并联，
三相时用三组对接成 Y形或用六组接成 D形。
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3）压敏电阻是由氧化锌、氧化铋等烧结而成，每一颗氧化锌晶粒外面裹着一层薄薄的氧化锌，构成象硅稳压管一样的半导体结构，具有正反向都很陡的稳压特性。
（ 3）直流侧过电压的保护
保护措施一般与交流过电压保护一致。
2．过电流保护
晶闸管装置出现的元件误导通或击穿、可逆传动系统中产生环流、逆变失败以及传动装置生产机械过载及机械故障引起电机堵转等，都会导致流过整流元件的电流大大超过其正常管子电流，即产生所谓的过电流。
通常采用的保护措施如图 5－ 31所示。
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（ 1）在交流进线中串接电抗器（称交流进线电抗），或采用漏抗较大的变压器是限制短路电流以保护晶闸管的有效办法，缺点是在有负载时要损失较大的电压降。
（ 2）灵敏过电流继电器保护。继电器可装在交流侧或直流侧，在发生过电流故障时动作，使交流侧自动开关或直流侧接触器跳闸。由于过电流继电器和自动开关或接触器动作需几百毫秒，故只能保护由于机械过载引起的过电流，或在短路电流不大时，才能对晶闸管起保护作用。
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（ 3）限流与脉冲移相保护
交流互感器 TA经整流桥组成交流电流检测电路得到一个能反映交流电流大小的电压信号去控制晶闸管的触发电路。当直流输出端过载，直流电流 Id增大时交流电流也同时增大，检测电路输出超过某一电压，使稳压管击穿，于是控制晶闸管的触发脉冲左移即控制角增大，使输出电压 Ud
减小,Id减小，以达到限流的目的，调节电位器即可调节负载电流限流值。当出现严重过电流或短路时，故障电流迅速上升，此时限流控制可能来不及起作用，电流就已超过允许值。在全控整流带大电感负载时，
为了尽快消除故障电流，可控制晶闸管的触发脉冲快速左移到整流状态的移相范围之外，使输出端瞬时值出现负电压，电路进入逆变状态，将故障电流迅速衰减到 0，这种称为拉逆变保护。
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（ 4）直流快速开关保护
在大容量、要求高、经常容易短路的场合，可采用装在直流侧的直流快速开关作直流侧的过载与短路保护。这种快速开关经特殊设计，它的开关动作时间只有 2ms，全部断弧时间仅 25～ 30ms，目前国内生产的直流快速开关为 DS系列。从保护角度看，快速开关的动作时间和切断整定电流值应该和限流电抗器的电感相协调。
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（ 5）快速熔断器保护
熔断器是最简单有效的保护元件，针对晶闸管、硅整流元件过流能力差，
专门制造了快速熔断器，简称快熔。与普通熔断器相比，它具有快速熔断特性，通常能做到当电流 5倍额定电流时，熔断时间小于 0,02s,在流过通常的短路电流时，快熔能保证在晶闸管损坏之前，切断短路电流，
故适用与短路保护场合。快熔的选择,1,57IT（ AV） >IRD>IT (实际管子最大电流有效值 )
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3．电压与电流上升率的限制
(1)晶闸管的正向电压上升率的限制
晶闸管在阻断状态下它的 J2结面存在着结电容。当加在晶闸管上的正向电压上升率较大时，便会有较大的充电电流流过 J2结面，起到触发电流的作用，使晶闸管误导通。晶闸管的误导通会引起很大的浪涌电流，使快速熔断器熔断或使晶闸管损坏。
变压器的漏感和保护用的 RC电路组成滤波环节，对过电压有一定的延缓作用，使作用于晶闸管的正向电压上升率大大地减小，因而不会引起晶闸管的误导通。晶闸管的阻容保护也有抑制的作用。
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(2) 电流上升率及其限制
晶闸管在导通瞬间，电流集中在门极附近，随着时间的推移导通区材逐渐扩大，直到整个结面导通为止。在此过程中，电流上升率应限制在通态电流临界上升率以内，否则将导致门极附近过热，损坏晶闸管。晶闸管在换相过程中，导通的晶闸管电流逐渐增大，产生换相电流上升率。
通常由于变压器漏感的存在而受到限制。晶闸管换相过程中，相当于交流侧线电压短路，交流侧阻容保护电路电容中的储能很快地释放，使导通的晶闸管产生较大的 di/dt。采用整流式阻容保护，可以防止这一原因造成过大的 di/dt。晶闸管换相结束时，直流侧输出电压瞬时值提高，使直流侧阻容保护有一个较大的充电电流，造成导通的晶闸管 di/dt增大。
采用整流式阻容保护，可以减小这一原因造成过大的 di/dt。
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六、逆变主电路
1．逆变的基本概念和换流方式
（ 1）逆变的基本概念
将直流电变换成交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可以分为有源逆变和无源逆变。有源逆变是把交流电回馈电网，无源逆变是把交流电供给不同频率需要的负载。无源逆变就是通常说到的变频。
（ 2）逆变电路的换流方式
换流实质就是电流在由半导体器件组成的电路中不同桥臂之间的转移。
常用的电力变流器的换流方式有以下几种：
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1）负载谐振换流
由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串、并联谐振逆变电路。
2）强迫换流
附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。
3）器件换流
利用全控型器件的自关断能力进行换流。
（ 3）逆变电路基本工作原理
电路图和对应的波形图如图 5-32；说明几点：
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图 5－ 32 逆变电路原理示意图及波形图中频感应加热电源
1） S1,S4闭合,S2,S3断开，输出 uo为正，反之,S1,S4断开,S2、
S3闭合，输出 uo为负，这样就把直流电变换成交流电。
2）改变两组开关的切换频率，可以改变输出交流电的频率。
3）电阻性负载时，电流和电压的波形相同。电感性负载时，电流和电压的波形不相同，电流滞后电压一定的角度。
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2．单相逆变电路
电路根据直流电源的性质不同，可以分为电流型、电压型逆变电路。
（ 1）电压型逆变电路（电路图如图 5-33所示）：电压型逆变电路的基本特点：
1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。
2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。
3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要并联二极管。
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图 5－ 33 电压型逆变电路原理图中频感应加热电源
（ 2）电流型逆变电路（电路图如图 5-34所示）
电流型逆变电路的基本特点：
图 5－ 34 电流型逆变电路原理图中频感应加热电源
1）直流侧串联大电感，直流电源电流基本无脉动。
2）交流侧电容用于吸收换流时负载电感的能量。这种电路的换流方式一般有强迫换流和负载换流。
3）输出电流为矩形波，电压波形与负载有关。
4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，晶闸管两端不需要并联二极管。
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3．单相电流型逆变电路
（ 1）电路结构
电路原理图如图 5-35所示：
图 5－ 35 单相电流型逆变电路原理图中频感应加热电源
桥臂串入 4个电感器，用来限制晶闸管开通时的电流上升率 di/dt。
VT1～ VT4以 1000～ 5000Hz的中频轮流导通，可以在负载得到中频电流。
采用负载换流方式，要求负载电流要超前电压一定的角度。负载一般是电磁感应线圈，用来加热线圈的导电材料。等效为 R,C串联电路。
并联电容 C，主要为了提高功率因数。同时，电容 C和 R,L可以构成并联谐振电路，因此，这种电路也叫并联谐振式逆变电路。
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（ 2）工作原理
输出的电流波形接近矩形波，含有基波和高次谐波，且谐波的幅值小于基波的幅值。波形如图 5-36所示 。
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图 5－ 36 单相电流型逆变电路波形图中频感应加热电源
基波频率接近负载谐振的频率，负载对基波呈高阻抗。对谐波呈低阻抗，
谐波在负载的压降很小。因此，负载的电压波形接近于正弦波。一个周期中，有两个导通阶段和两个换流阶段。
t1～ t2阶段,VT1,VT4稳定导通阶段,io=Id； t2时刻以前在电容 C建立左正右负的电压。
t2～ t4,t2时刻触发 VT2,VT3，进入换流阶段。
LT使 VT1,VT4不能立即关断，电流有一个减小的过程。 VT2,VT3的电流有一个增大的过程。
4个晶闸管全部导通。负载电容电压经过两个并联的放电回路放电。
LT1～ VT1～ VT3～ LT3～ C，另一条,LT2～ VT2～ VT4～ LT4～ C。
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t=t4时刻,VT1,VT4的电流减小到零而关断，换流过程结束。 t4～ t2
称为换流时间。 t3时刻位于 t2～ t4的中间位置。
为了可靠关断晶闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要一段时间才能恢复阻断能力，换流结束以后，还要让 VT1,VT4承受一段时间的反向电压。
这个时间称为 tβ=t5-t4,tβ应该大于晶闸管的关断时间 tq。
为了保证可靠换流。应该在电压 uo过零前 tδ=t5-t2触发 VT2,VT3。 tδ
称为触发引前时间,tδ=tβ+tγ，电流 i0超前电压 U0的时间为：
tφ=tβ+0.5 tγ。
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（ 3）基本数量分析
如果不计换流时间，输出电流的傅立叶展开式为：
其中基波电流的有效值为：
tttIi 5s i n513s i n31s i n4 do
tttIi 5s i n513s i n31s i n4 do
d
d
1o 9.02
4 III
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负载电压的有效值与直流输出电压的关系为：
c o s11.1c o s22
dd
o
UUU
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（ 4）几点说明
实际工作过程中，感应线圈的参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整。这种工做方式称为自励工作方式。
固定工作频率的控制方式称为他励方式。他励方式存在起动问题。一般解决的方法有：
先用他励方式，到系统起动以后再转为自励方式；附加预充电起动电路。
中频感应加热电源七、逆变触发电路几种常见的电路
1．频率自动跟踪电路
自动跟踪是指保持负载电压 U0过零前产生的控制脉冲的时间不变。
频率自动跟踪电路的电路原理图中频感应加热电源
波形分析图中频感应加热电源
由逆变电路的分析可知，逆变电路只要超前时间 tβ 大于熄灭角对应的时间 tμ （忽略重叠角对应的时间），逆变电路可以安全运行。由波形分析得到：
β =arctanU2m/U1m
tβ =β /ω （ ω=2π/T）
表明，若改变 U1m或 U2m的值，可改变超前角 β 。从而改变超前时间 tβ 。
在合成信号 us正负半波的过零点分别产生脉冲列 uo1和 uo2。他们都超前
U1的零点一段时间 tβ 。用 uo1触发逆变电路的 VT2,VT4；用 uo2触发逆变电路的 VT1,VT3；负载输出电压波形近似正弦波,UO=Uom× sinωt
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2．定角控制电路
定角控制,只要改变分压比，
调节电位器 R，就可以将 Φ整定到需要的值。由于 Φ的大小决定于分压比，与逆变器的工作频率无关，一旦确定,Φ就不随工作频率 f改变。
八、逆变电路的起动与保护
1．并联逆变器的起动
并联逆变器的起动方法可分为两类：
他激起动（共振法）
自激起动（阻尼振荡法）。
（ 1）他激起动
他激起动是先让逆变触发器发出频率与负载谐振回路的谐振频率相近的脉冲，去触发逆变桥晶闸管，使负载回路逐渐建立振荡，待振荡建立后，就由他激转成自激工作。
他激起动的特点
线路简单，只需一可调频多谐振荡器和他激 ---自激转换电路。
工作中，必须预知负载的谐振频率，并且在跟换负载时，要重新校正起动频率，使之和负载谐振频率相近。
适于作为同频带宽的负载（谐振频率 Q值低的负载）起动用。对 Q≤2 的负载最适用。
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（ 2）自激起动
自激起动是预先给负载谐振频率回路中的电容器（或电感）充上能量然后在谐振电路中产生阻尼振荡，从而使逆变器起动。
自激起动的特点：
线路复杂，起动设备较庞大，
特别适于负载回路 Q值高的场合。适用于熔炼负载。
为了提高装置的自激起动能力，可以提高触发脉冲形成电路的灵敏度，加大起动电容器的电容量和能量，以及想法在起动过程中使整流器输出的直流能量及时通过逆变器补充到负载谐振电路中去。
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（ 3）起动线路
起动线路分析：
该线路由 VTq,Lq和 Cq等元件组成阻尼振荡的能源供给电路。在起动逆变器之前，先由工频电源经整流后，通过 Rq给 Cq充电（极性如图所示），充电电压最高可为逆变器的直流电源电压。起动时，触发给 VTq,Cq就会通过谐振回路放电，在谐振回路中引起振荡。 Cq的容量越大，充电电压越高。振荡就越强。谐振回路的振荡电压经变换，
形成触发脉冲去触发逆变桥晶闸管，使之起动并转入稳定运行状态。
起动过程如下：
接通整流器、个控制回路和 Cq的预充电回路的电源后。触发 VTj建立 Idj。触发 VTq激起振荡。此后，即自动触发 VT1,VT3，使 VTj关断，触发 VT2,VT4，迫使 VTq关断。到此。起动过程结束，装置进入正常运行状态。
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（ 4）附加并联起动线路
（ 5）他激到自激的转换
他激起动线路。
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他激到自激的转换分析：
起动时，接通直流电源后，首先由频率可调的多谐振荡器产生脉冲，触发逆变桥臂的晶闸管进行他激起动。负载回路的振荡一经建立，负载回路的中频电流电压信号就通过电流互感器和电压互感器输至频率自动跟随系统，按电流电压信号交角形式，由脉冲形成电路产生相位互差 180° 的两组脉冲。
两组脉冲分成两路，一路去强迫多谐振荡器与之同步，另一路进入脉冲整形电路。
多谐振荡器的经同步的输出脉冲和脉冲整形电路输出的脉冲同时进入脉冲功放电路，
由功放电路输出脉冲去触发逆变器的晶闸管。
在系统稳定运行时 VTg被触发导通,KJ得电吸合，便将多谐振荡器的电源和输出切断，
多谐振荡器停止工作，逆变桥晶闸管便单独由脉冲形成电路形成的脉冲，经整形、放大后去触发。
注意，有他激到自激的转换时刻不是任意的，必须避开正常触发脉冲的时限。
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2．逆变电路起动失败原因分析
实际中，有很多因素引起逆变起动的失败，主要有以下几个方面：
（ 1）起动电路能量不够。
（ 2）直流端能量补充太慢
（ 3）逆变桥换相失败九、中频感应加热装置的调试调试大概分为 整流电路,逆变电路 部分调试
1．整流电路的调试
整流电路的调试可以分为三部分：
（ 1）整流控制电路调试；
（ 2）整流部分小功率调试；
（ 3）整流部分大功率调试。
整流电路输出脉冲波形中频感应加热电源
（ 1）整流控制电路调试。
断开主交吸合线圈，使整流主回路无法受电，接通控制电源。
断开中间继电器常闭触点图处的任意一根线，解除整流继电封锁。
旋转功率调节电位器，用示波器观察 6路功放输出脉冲波形，其波形应符合要求：
该脉冲为双窄列脉冲，窄脉冲宽度为 15o～ 20o，（内含 2～ 4个列脉冲），
正峰大于 20V，反峰在 6～ 12VP-P之间，前沿间隔 60°
前沿陡度 90° ～ 120° 。
路脉冲应干净、整齐、没有杂波，将功率调节电位器在最大值与最小值之间来回转动，
功放脉冲应左右移动，在移动过程中，前沿间隔应保持 60° 。
检查整流晶闸管上的脉冲，脉冲形状同上图，脉冲必须为正极性。
正峰幅值大于 4VP-P，主板功放脉冲必须与指定的晶闸管号一一对应。
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（ 2）整流部分小功率调试
小功率调试接线图中频感应加热电源
送上三相电源（可以不分相序），检查是否有缺相报警指示，
把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，直流电压波形应该几乎全放开。
再“给定”电位器旋到最小，调节电路板上微调电位器，使电流电压波形全关闭，移相角约 120° 。
输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。
接线如图示：
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（ 3）整流部分大功率调试。
大功率调试接线图中频感应加热电源
1）将直流电路调到 50～ 100A，测量电流，电压互感器的输出是否正常。检查电阻两端的电压波形，该波形为整流电路输出波形，波形大小整齐，无毛刺干扰波形。
2）整定负偏置：将直流输出电压调节为 1/2额定电流的大小，调整过电流保护旋钮，使过电流保护装置动作。
3）过流负偏置调整完以后，继续加大电流到 1.2倍额定电流，调整过流保护电位器，使其动作两次。使过流值稳定，过电流整定完毕。
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2．逆变部分的调试
首先应校准频率表。
起振逆变器。
逆变起振后，可进行逆变引前角的整定工作，把 DIP-1 开关打在 ON 位置，调节 W5 微调电位器，使中频电压与直流电压比为 1.2 左右。
再把 DIP-1 开关打在 OFF 位置，调节 W3 微调电位器，使中频电压与直流电压的比为 1.5 左右（或更高），此项调试工作可在较低的中频电压下进行。
在轻负载下整定电压外环。
中频感应加热电源具体调试步骤如下：
（ 1）逆变控制电路的调试
断电检查逆变晶闸管和 RC吸收回路的是否正常、可靠，接线有无错误。
调频输入回路和负载回路是否正常。
逆变电路调试主电路接线图。
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（ 2） 逆变脉冲的检查：
断开主交线圈的接线，利用工频变压器的多余的一组 5V电压，送到逆变的输入端作为检测信号，用示波器观察脉冲波形，应该如图所示。
检查逆变晶闸管的脉冲。
恢复主交线圈，拆除检测输入信号，准备逆变运行调试。
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（ 3）逆变电路小功率调试
把功率电位器调到最小位置，接通控制电源和按下主交“逆变接通”按钮，用示波器观察逆变输出波形，如果出现波形，波形应如逆变电路输出波形图所示。
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换相点一定要出现在顶点的右边，不能出现在顶点的左边或顶点的位置。
控制角一般选在 30° ～ 40° 之间
确定逆变波形正常以后，提高电压到 300V，观察各电压、电流表的读数是否正常。
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（ 4）重载起动试验
确认上述情况正常以后，再次开机，用示波器观察逆变的输入波形，正确的波形应该如下图所示的 大臂主波波形。
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确认大臂波形正常以后，方可以进行重载起动试验。
过电压、截压整定，拆除大功率负载，将坩埚取出。
放入少量炉料进行试运行。将中频电压升高到 780V左右。
调整过电压电位器使过电压保护装置动作。
确认保护装置正常以后，再次起动，使装置在 750V电压做截压运行 30分钟。
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（ 5）试运行调试
再次将坩埚放入炉内，放开截流保护，重新起动，将直流电流拉到过电流保护值。
其过电流保护值应该接近整定的过电流保护值。
将功率电位器调到零位。
按故障解除按钮，重新起动逆变电路，将直流电流拉到过电流保护值，
在整定截流保护值到原来值。
十、中频感应加热装置的常见故障处理
1．安装注意事项
1）主电路对地绝缘问题：
设备电源直接取自三相工频电网，没有变压器隔离，主电路中的各点对地均必须确保有足够的绝缘，当我们外接测量仪表仪器时，这一点也是至关重要的。
2）中频电源的布置问题,
中频电流与工频电流相比频率高得多，输电线的感抗较大。
在电流很大时，感抗压降相当可观，对其工作影响很大，中频电流的邻近效应很明显。
中频感应加热电源
三条原则：
中频电源线的布置应本着两线间距要尽量小
线的长度要尽量短
反馈电铜排要垂直安装
3）冷却系统的安装考虑：
中频感应装置晶闸管、补偿电容、感应电炉都是采用水冷的方式。
为保证充分的冷却，设备中装有水压继电器进行保护。
4）设备抗干扰的考虑：
最好采用屏蔽线，远离电源线。
中频感应加热电源
2．中频感应装置运行前检查
检查主要包括以下几方面：
1）外观检查；
2）器件检查；
3）控制系统检查；
4）主电路通电检查；
5）负载试运行。
中频感应加热电源
控制系统检查控制系统的检查可以按照以下的顺序进行：
稳压电源的检查；
整流触发脉冲（脉冲宽度、移相范围、触发能力）的检查
过电流、过电压保护电路的检查；
截流截压电路的检查
逆变触发脉冲的检查；
起动波形的检查；
继电器控制电路的检查。
中频感应加热电源
主电路通电检查,
分为 电压试验 和 电流试验 两项内容。
① 电压试验电压试验时，将逆变电路从主电路中断开，在主回路的引流电阻 RP
上加串 300Ω,1A的电阻作为整流电路的负载。
按下按钮 SB1，电压给定电位器 RP能调节整流电压从低到高均匀变化。并能达到满电压输出，检查整流器的移相控制功能。
中频感应加热电源
② 电流试验断开逆变器，以 1Ω生铁电阻作主回路的模拟负载。接通整流电路之前，首先要接上冷却水，慢慢调节 RP，使 Ud逐渐上升。并在整流器实际电流 Id=300A 的数值下整定电流保护动作。截流电流的数值应接上 2Ω水冷电阻，并使 Ud在 500V左右时调节电位器 RP1进行整定，其动作值为 Id=250A。
负载运行负载试运行包括 逆变回路空载起动,逆变回路重新起动 和 实际负载运行三项内容中频感应加热电源
6）补充说明 有以下两个问题需要加以补充说明。
各稳压电源电流表读数的辅助判断功能 设备正常运行时，各稳压电源的电流表读数也有一定的范围。
它们应当是：
偏移电流（ A1） 10～ 20mA
充电电流（ A2） 20～ 40 mA
整流触发电流（ A3） 1～ 1.3A
逆变触发电流（ A4） 100～ 300 mA
逆变电路开始工作后，逆变触发电流增加到上述数值。在加热过程中，
随着负载参数的变化，电路工作频率发生变化，逆变触发电流也会随着发生变化。
中频感应加热电源
3．设备故障分析通过晶闸管中频电源装置的常见故障现象，介绍设备的故障分析方法：
（ 1）无整流电压当工频电压已加在设备上，起动时无整流输出电压，其原因往往存在于控制电路中。由于整流晶闸管与触发器有关，而触发器是由五块芯片组装而成的，脉冲的形成是由 KJ004完成的,KJ004不可能同时的损坏中频感应加热电源
（ 2）整流电压调不高
1）当有晶闸管开路或快速熔断器烧断时，整流电压调不高。
2）移相脉冲触发延迟角调不到 =0°,整流输出电压调不高，若电压给定电位器调正确的话，则往往是截流截压电路产生了输出，使角移不到零度，所以电压调不高。
3）某一臂晶闸管触发电路故障，也会造成输出电压调不高。
（ 3）整流电路不稳定 整流电压不稳定的现象表现为直流电压表不规则地摆动，这往往与不规则因素的影响有关。
（ 4）逆变电路无法起动
一般逆变起动失败的故障现象主要有：逆变电路电表无反应，整流电压正常；逆变电路有瞬时反应，电流发生过电流保护动作。
中频感应加热电源
下面分别讨论其原因,
1）起动时逆变电路电表无反应，整流电压正常。
①起动电路没有动作，其故障原因有继电器电路的原因，起动电路元器件的原因，
可分别进行检查；
②产生 CQ电压太低甚至为零的原因，与 KM2触点接触不好，整流二极管损坏等因素有关。
③自动调频电路的故障可用 1000Hz他激电源进行检查，若他激工作正常，则应检查自动调频信号的传输线有无断线，接触是否良好等现象。
④整流电路与逆变电路之间接有滤波电感，限制了整流输出能量的增长速度。
2）起动时逆变电路电表有瞬时反就应，随后电路发生过电流保护动作。
中频感应加热电源
下面分别讨论上列原因,
① 主电路不完全短路时，起动和第一次振荡能够产生，但随着振荡电压的增加，不完全短路点会击穿而变成完全短路，产生大电流,过电流保护动作，
这往往与主电路对地绝缘不好有关；
②起动逆变电路时，起动电流比较大，如果截流动作整定值太低，整流电路因截流作用而使电压降低，输往逆变电路的能量不足发补充电路损耗，起动失败，这种情况往往在重载起动时；
③一臂逆变晶闸管不导通时，相当于功率因数很低的工作情况，起动电流也很大，产生过电流保护动作。这种现象可通过检查逆变晶闸管的导通情况来判断。
④起动时间 T不够也会引起逆变电路短路。
⑤存在干扰，也是起动失败的原因之一。
4．维修电工处理故障的基本方法：
（ 1）检查工频电压是否正常；
（ 2）检查仪表箱上各稳压电源的电压，电流读数是否正常；
（ 3）按 SB1接通工频电源，将 K1常闭触点用纸片塞住，调节电位器 RP，检查整流电压是否能正常的调节，如以上均正常，则故障出在逆变电路。
（ 4）用 1000HZ的他激电源检查逆变触发电路，注意逆变稳压电源电流的数值是否正常。
（ 5）检查主电路有无短路现象。补偿电容有无击穿短路现象等。
【 扩展内容 】,
一、三相有源逆变电路
1．三相半波有源逆变电路
三相半波有源逆变电路
(a) 电路
（ b）输出电压波形
（ c）晶闸管两端电压波形中频感应加热电源
逆变器输出直流电压的计算式为,(α>90° )
工作过程分析
在 β=60° 时,有电动势 E的作用,VT1仍可能承受正压而导通。则电动势 E提供能量，有电流流过晶闸管 VT1，输出电压波形。然后，与整流时一样，按电源相序每隔 120° 依次轮流触发相应的晶闸管使之导通，同时关断前面导通的晶闸管，实现依次换相，每个晶闸管导通 120° 。
c o s17.1c o sc o s 200 UUUU ddd
2．三相全控桥有源逆变电路
三相全控桥带电动机负载的电路
（ a）电路
（ b） β=30° 时三相全控桥直流输出电压波形中频感应加热电源
工作过程分析
当 α<90° 时，电路工作在整流状态，当 α>90° 时，电路工作在逆变状态。要求每隔 60° 依次轮流触发晶闸管使其导通 120°,触发脉冲都必须是宽脉冲或双窄脉冲。逆变时输出直流电压的计算式为
(α>90° )
中频感应加热电源
晶闸管的换流过程分析。
设触发方式为双窄脉冲方式。在 VT5,VT6导通期间，发、脉冲，则 VT6继续导通，而 VT1在被触发之前，由于 VT5处于导通状态，已使其承受正向电压，所以一旦触发,VT1即可导通，若不考虑换相重叠的影响，当 VT1导通之后,VT5就会因承受反向电压而关断，从而完成了从 VT5到 VT1的换流过程，其它管的换流过程可由此类推。
二、有源逆变电路的应用
直流电机可逆拖动
绕线式交流异步电动机串级调速
高压直流输电
其他方面。
1.晶闸管直流电动机可逆拖动系统
反并联可逆系统的四象限运行图中频感应加热电源
两组晶闸管变流器反极性连接，有两种供电方式：
一种是两组变流器由一个交流电源或一个整流变压器供电，称为反并联连接；
一种是两个变流器分别由一个整流变压器的两个二次绕组供电，或由两个整流变压器供电，称为交叉连接。
中频感应加热电源
根据对 环流的处理方法不同,反并联可逆电路又可分为几种不同的工作方式：
逻辑控制无环流
配合控制有环流
错位控制无环流工作方式等逻辑控制无环流可逆电路分析
逻辑控制无环流可逆电路 就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过程，只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情况，也就不会产生环流。
电动机正转：给 Ⅰ 组变流桥加触发脉冲，＜ 90°,为整流状态； Ⅱ 组桥封锁阻断。电动机为“正转电动”运行，工作在的第一象限。
电动机由正转过渡到反转：在此过程中，系统应能实现回馈制动，把电动机轴上的机械能变为电能回送到电网中去，此时电动机的电磁转矩变成制动转矩。由第一象限经第二象限进入第三象限的过程。
电动机从反转过渡到正转的过程是由第三象限经第四象限到第一象限的过程。
（ 2）有环流反并联可逆系统三相半波 α ＝ β ＝ 60 ° 有环流可逆电路的波形中频感应加热电源
有环流反并联可逆系统是反并联的两组变流桥同时都有触发脉冲，在工作中两组桥都能保持连续导通状态，负载电流 Id的反向也是连续变化的过程，动态性能较好。
要求当一组桥工作在整流状态时，另一组桥必须工作在逆变状态。这样才能使两组桥的直流侧电压大小相等，极性逆串，不会产生直流环流。
这种运行方式也称为 α ＝ β 工作制的配合控制。
中频感应加热电源
α ＝ β 工作制触发脉冲的具体实施如下：
1)当 Uc=0时，两组桥的控制角相等，均为 90。，则
=Ⅱ(= β Ⅱ)= 90°,电动机转速为零。
2)当 Uc增大时,I组桥的触发脉冲左移，使＜ 90°,进入整流状态，交流电源通过 I组桥向电动机提供能量，电动机处于正转电动状态； Ⅱ 组桥的触发脉冲右移相同角度，使 β Ⅱ ＜ 90°,(且
β Ⅱ ＝ )，此时 Ⅱ 组桥虽有输出电压 Ud，但因不满足＞而没有逆变电流，称这种状态为待逆变状态。
中频感应加热电源
3)欲使电动机反转，只要使 Uc减小，可使与 β Ⅱ 同步增大，两组桥的直流输出电压值 UdI,UdⅡ 立即同步减小。继续增大及 β Ⅱ,并保持 E稍大于 Ud，则电动机在整个减速过程中能够始终产生制动转矩，
从而实现快速制动。
4)当与 β Ⅱ 增至 90° 时，两组变流桥的输出直流电压开始改变极性，
此时电动机转速也减至零,E=0，此后 I组桥因 β I＜ 90° 进入待逆变状态,Ⅱ 组桥因 Ⅱ ＜ 90° 进入整流状态，交流电源通过 Ⅱ 组桥向电动机供电，电动机处于反转电动状态。
为了限制环流，必须串接均衡电抗器。在可逆系统中通常将环流值限制在额定直流输出电流的 3％ -10％。
2．绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速
(1)串级调速的原理
调速方法特点：
简单、投资少，但其调速不平滑、附加电阻耗能大；
实现无级调速，而且具有节能、机械特性较硬等特点；
中频感应加热电源
晶闸管串级调速主电路原理图中频感应加热电源
分析串级调速的原理转子电动势为 sE20，转子电流值为：
在转子中串人与转子感应电动势 sE20同频率、反相的附加电动势 f时，
转子合成电动势减小 f，转子电流减小为：
在转子中串入与 sE20同频率、同相的 Ef时，转子合成电动势增大为
sE20+Ef，转子电流增大为：
22022
202
)( sxR
EsEI f
2
20
2
2
20
2 )( sxR
EsEI f
22022
202
)( sxR
sEI
(2)低同步晶闸管串级调速
晶闸管串级调速主电路原理图中频感应加热电源
转子回路经三相桥式整流后输出直流电压 Ud为
串级调速系统运行时，由晶闸管组成的有源逆变器一直处于逆变工作状态，将转子能量反馈给电网，逆变电压为引入转子电路的反电动势。
改变逆变角的数值即可改变电动机的转差率，从而达到调速的目的。
逆变角的变化范围一般为 30° ～ -90° 。
ld sEU 235.1?
（ 3）高压直流输电
高压直流输电系统原理图
(a)原理图 (b)桥臂中晶闸管串联方式中频感应加热电源
高压直流输电系统的工作原理分析
中间的直流环节未接负载，起传输功率的作用，通过分别控制两侧变流桥的工作状态就可控制电功率的流向。
如左边变流桥工作于整流状态、右边变流桥工作于有源逆变状态，
则系统由左边电网向右边电网输送电功率。
变流桥均采用三相桥式全控电路，每个桥臂由许多只光控大功率晶闸管串联组成。
光控晶闸管光脉冲只需 0.1ms，因此，用光脉冲可以同时触发桥臂中这些处于不同电位的多只串联晶闸管。
【 课题描述 】,
中频电源装置是一种利用晶闸管元件把三相工频电流变换成某一频率的中频电流的装置，广泛应用在感应熔炼和感应加热的领域。常见的感应加热装置如图。
中频感应加热电源
【 相关知识点 】,
一、中频感应加热电源概述
1．感应加热的原理
（ 1）感应加热的基本原理中频感应加热电源利用高频电源来加热通常有两种方法：
①电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热等）
②感应加热：利用高频电流（比如密封包装等 ）
1)电介质加热（ dielectric heating）
电介质加热通常用来加热不导电材料 。
工作原理分析
当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。
需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。
中频感应加热电源
2）感应加热（ induction heating）
感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。
中频感应加热电源
（ 2）感应加热发展历史
感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象，也就是交变的电流会在导体中产生感应电流，从而导致导体发热。
感应加热有以下优点：
1）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触
2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象
3）容易控制温度，提高加工精度
4）可实现局部加热
5）可实现自动化控制
6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘中频感应加热电源
晶闸管中频电源主要的优点：
1）降低电力消耗。
2）中频电源的输出装置的输出频率是随着负载参数的变化而变化的，所以保证装置始终运行在最佳状态，不必像机组那样频繁调节补偿电容。
2．中频感应加热电源的用途
感应加热的最大特点是将工件直接加热
工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等
应用非常广泛，主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。
中频感应加热电源
（ 1）淬火
淬火热处理工艺是将工件加热到一定温度后再快速冷却下来，以此增加工件的硬度和耐磨性。中频电源对螺丝刀口淬火如图。
中频感应加热电源
（ 2）透热
在加热过程中使整个工件的内部和表面温度大致相等，叫做透热。
透热主要用在锻造弯管等加工前的加热等。电 用于弯管的过程如图所示。
中频感应加热电源
（ 3）熔炼
图为中频感应熔炼炉，线圈用铜管绕成，里面通水冷却。
线圈中通过中频交流电流就可以使炉中的炉料加热、熔化，并将液态金属再加热到所需温度。
中频感应加热电源
（ 4）钎焊
钎焊是将钎焊料加热到融化温度而使两个或几个零件连接在一起，
通常的锡焊和铜焊都是钎焊。
钎焊主要应用于机械加工、采矿、钻探、木材加工等行业使用的钎焊硬质合金车刀、洗刀、刨刀、铰刀、锯片、锯齿的焊接，及金刚石锯片、刀具、磨具钻具、刃具的焊接。其他金属材料的复合焊接，
如：眼镜部件、铜部件、不锈钢锅。
铜洁具钎焊如图。
中频感应加热电源
3．中频感应加热电源的组成
中频感应加热电源主要由 可控或不可控整流电路,滤波器,逆变器 和一些控制保护电路组成。
组成框图中频感应加热电源
（ 1）整流电路
中频感应加热电源装置的整流电路设计一般要满足以下要求：
1）整流电路的输出电压在一定的范围内可以连续调节。
2）整流电路的输出电流连续，且电流脉动系数小于一定值。
3）整流电路的最大输出电压能够自动限制在给定值，而不受负载阻抗的影响。
4）当电路出现故障时，电路能自动停止直流功率输出，整流电路必须有完善的过电压、过电流保护措施。
5）当逆变器运行失败时，能把储存在滤波器的能量通过整流电路返回工频电网，保护逆变器。
中频感应加热电源
（ 3）平波电抗器
平波电抗器在电路中起到很重要的作用,归纳为以下几点：
1）续流 保证逆变器可靠工作。
2）平波 使整流电路得到的直流电流比较滑。
3）电气隔离 它连接在整流和逆变电路之间起 到隔离作用。
4）限制电路电流的上升率 di/dt值，逆变失败 时，保护晶闸管。
中频感应加热电源
（ 4）控制电路
中频感应加热装置的控制电路比较复杂，可以包括以下几种,整流触发电路,逆变触发电路,起动停止控制电路 。
1）整流触发电路
整流触发电路主要是保证整流电路正常可靠工作，产生的触发脉冲必须达到以下要求：
①产生相位互差 60o的脉冲，依次触发整流桥的晶闸管。
②触发脉冲的频率必须与电源电压的频率一致。
③采用单脉冲时，脉冲的宽度应该大与 90o，小于 120o。采用双脉冲时，
脉冲的宽度为 25o - 30o，脉冲的前沿相隔 60o。
④输出脉冲有足够的功率，一般为可靠触发功率的 3～ 5倍。
⑤触发电路有足够的抗干扰能力。
⑥控制角能在 0o～ 170o之间平滑移动。
中频感应加热电源
2）逆变触发电路
加热装置对逆变触发电路的要求如下：
①具有自动跟踪能力。
②良好的对称性。
③有足够的脉冲宽度，触发功率，脉冲的前沿
有一定的陡度。
④有足够的抗干扰能力。
3）起动、停止控制电路
起动、停止控制电路主要控制装置的起动、运行、停止。一般由按纽、继电器、接触器等电器元件组成。
中频感应加热电源
（ 5）保护电路
中频装置的晶闸管的过载能力较差，系统中必须有比较完善的保护措施，比较常用的有阻容吸收装置和硒堆抑制电路内部过电压，电感线圈、快速熔断器等元件限制电流变化率和过电流保护。
必须根据中频装置的特点，设计安装相应的保护电路。
中频感应加热电源二、整流主电路
1．三相半波可控整流电路
（ 1）三相半波不可控整流电路
三相半波不可控整流电路
三相半波不可控整流电路电压波形中频感应加热电源
三相半波不可控整流电路中三个极管轮流导通，导通角均为
120°,输出电压 ud是脉动的三相交流相电压波形的正向包络线，
负载电流波形形状与 ud相同。
其输出直流电压的平均值 Ud为
整流二极管承受的最大的反向电压就是三相交压的峰值，即
222
65
6
d 17.12 π
63tds i n2π23 UUtUU
222
6
5
6
d 17.12 π
63
tds i n2
π2
3
UUtUU
2d 6UU?
中频感应加热电源
（ 2）三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路有两种接线方式，分别为共阴极、共阳极接法。
共阴极接法的三相半波可控整流电路。
中频感应加热电源
1）电路结构
共阴极接法的三相半波可控整流电路。
2)电路工作原理
① 0≤α≤30°
中频感应加热电源
② 30≤ α ≤150°°
当触发角 α ≥30° 时，此时的电压和电流波形断续，各个晶闸管的导通角小于 120°,α =60° 的波形。
中频感应加热电源
3）基本的物理量计算
①整流输出电压的平均值计算：
当 0° ≤ α ≤30° 时，此时电流波形连续，通过分析可得到：
当 30° ≤ α ≤150° 时，此时电流波形断续，通过分析可得到：
c o s17.1c o sπ2 63)(ds i n2
3
π2
1
22
6
5
6
2d UUttUU
)6πc o s (1675.0)6πc o s (1π2 23)(ds i n2
3
π2
1
2
π
6
π 2d UttUU
中频感应加热电源
② 直流输出平均电流对于电阻性负载，电流与电压波形是一致的，数量关系为：
Id = Ud/Rd
③ 晶闸管承受的电压和控制角的移相范围
晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压的峰值。
电流断续时，晶闸管承受的是电源的相电压，所以晶闸管承受的最大正向电压为相电压的峰值即：
三相半波可控整流电路在电阻性负载时，控制角的移相范围是 0～
150° 。
222RM 45.2632 UUUU 2FM 2U?
中频感应加热电源
（ 3）三相半波共阳极可控整流电路 及波形中频感应加热电源
共阳极可控整流电路就是把三个晶闸管的阳极接到一起，阴极分别接到三相交流电源。这种电路的电路及波形如图 5－ 13所示，工作原理与共阴极整流电路基本一致。同样，需要晶闸管承受正向电压即阳极电位高于阴极电位时，才可能导通。所以三只晶闸管中，哪一个晶闸管的阴极电位最低，哪个晶闸管就有可能导通。由于输出电压的波形在横轴下面，
即输出电压的平均值为：
Ud＝ -1.17U2 cosα
中频感应加热电源
上述两种整流电路，无论是共阴极可控整流电路还是共阳极可控整流电路，都只用三只晶闸管，所以电路接线比较简单。但是，变压器的绕组利用率较低。绕组的电流是单方向的，因此还存在直流磁化现象。负载电流要经过电源的零线。会导致额外的损耗。所以，三相半波整流电路一般用于小容量场合。
中频感应加热电源
2．三相桥式全控整流电路
（ 1）电阻性负载
1）电路组成
三相桥式全控整流电路实质上是一组共阴极半波可控整流电路与共阳极半波可控整流电路的串联，在上一节的内容中，共阴极半波可控整流电路实际上只利用电源变压器的正半周期，共阳极半波可控整流电路只利用电源变压器的负半周期，如果两种电路的负载电流一样大小，可以利用同一电源变压器。即两种电路串联便可以得到三相桥式全控整流电路，
电路的组成如图 5-14所示。
中频感应加热电源
中频感应加热电源
2）工作原理（以电阻性负载,α ＝ 0° 分析）
在共阴极组的自然换相点分别触发 VT1,VT3,VT5晶闸管，共阳极组的自然换相点分别触发 VT2,VT4,VT6晶闸管，两组的自然换相点对应相差 60°,电路各自在本组内换流，即 VT1 VT3 VT5 VT1…,VT2
VT4 VT6 VT2，每个管子轮流导通 120° 。由于中性线断开，要使电流流通，负载端有输出电压，必须在共阴极和共阳极组中各有一个晶闸管同时导通。
中频感应加热电源
ωt1～ ωt2期间,u相电压最高,v相电压最低，在触发脉冲作用下，
VT6,VT1管同时导通，电流从 u相流出，经 VT1负载 VT6流回 v相，负载上得到 u,v相线电压 uuv。 从 ωt2开始,u相电压仍保持电位最高，
VT1继续导通，但 w相电压开始比 v相更低，此时触发脉冲触发 VT2导通，
迫使 VT6承受反压而关断，负载电流从 VT6中换到 VT2，以此类推在负载两端的波形如图 5-15所示。
中频感应加热电源
中频感应加热电源
导通晶闸管及负载电压如表 5－ 1
表 5－ 1
导通期间 ωt1～ ωt2 ωt2～ ωt3 ωt3～ ωt4 ωt4～ ωt5 ωt5～ ωt6 ωt6～ ωt7
导通 VT VT1，
VT6
VT1,VT2 VT3,VT2 VT3,VT4 VT5,VT4 VT5,VT6
共阴电压 u相 u相 v相 v相 w相 w相共阳电压 v相 w相 w相 u相 u相 v相负载电压 uv线电压
uuv
uw线电压
uuw
vw线电压
uvw
vu线电压
uvu
wu线电压
uwu
wv线电压
uwv
中频感应加热电源
3）三相桥式全控整流电路的特点
①必须有两个晶闸管同时导通才可能形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相的器件。
②对触发脉冲的要求：
按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差 60 共阴极组 VT1、
VT3,VT5的脉冲依次差 120,共阳极组 VT4,VT6,VT2也依次差
120 。同一相的上下两个晶闸管，即 VT1与 VT4,VT3与 VT6,VT5与
VT2，脉冲相差 180 。
中频感应加热电源
触发脉冲要有足够的宽度，通常采用单宽脉冲触发或采用双窄脉冲。
但实际应用中，为了减少脉冲变压器的铁心损耗，大多采用双窄脉冲。
4）不同控制角时的波形分析：
① α =30 时的工作情况 (波形如图 5-16)
这种情况与 α =0 时的区别在于：晶闸管起始导中频感应加热电源
图 5－ 16 三相全控桥整流电路 α =30 的波形中频感应加热电源
通时刻推迟了 30,组成 ud的每一段线电压因此推迟 30 从 wt1开始把一周期等分为 6段,ud波形仍由 6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表 5－ 1的规律。变压器二次侧电流 ia波形的特点：在 VT1处于通态的 120 期间,ia为正,ia波形的形状与同时段的 ud波形相同，
在 VT4处于通态的 120 期间,ia波形的形状也与同时段的 ud波形相同，
但为负值。
② α =60 时的工作情况 (波形如图 5-17)
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图 5－ 17 三相全控桥整流电路 α =60 的波形中频感应加热电源
此时 ud的波形中每段线电压的波形继续后移,ud平均值继续降低。 α
=60 时 ud出现为零的点，这种情况即为输出电压 ud为连续和断续的分界点。
③ α =90 时的工作情况 (波形如图 5-18)
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图 5－ 18 三相全控桥整流电路 α =90 的波形图 5－ 18 三相全控桥整流电路
=90 的波形中频感应加热电源
此时 ud的波形中每段线电压的波形继续后移,ud平均值继续降低。 α
=90 时 ud波形断续，每个晶闸管的导通角小于 120 。
小结：
1．当 ≤60 时,ud波形均连续，对于电阻负载,id波形与 ud波形形状一样，也连续。
2．当 >60 时,ud波形每 60 中有一段为零,ud波形不能出现负值，
带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是 120 。
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（ 2）电感性负载
1）电路工作原理
① α ≤60 时,ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压 ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
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两种负载时的区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 α ＝ 0 和 α ＝ 30 波形如图 5-19和图 5-20所示。
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图 5－ 19 三相桥式全控整流电路阻感负载 α ＝ 0 波形中频感应加热电源
图 5－ 20 三相桥式全控整流电路阻感负载 α ＝ 30 波形
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② α ＞ 60 时
阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时 ud波形不会出现负的部分，而
阻感负载时，由于电感 L的作用,ud波形会出现负的部分,α ＝ 90 时波形如图 5－ 21所示。可见，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为 0 ～ 90 。
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图 5－ 21 三相桥式全控整流电路阻感负载 α ＝ 90 波形中频感应加热电源
（ 3）基本的物理量计算
1）整流电路输出直流平均电压
① 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 ≤60 时）
的平均值为：
c o s34.2)(ds i n6
3
π
1
2
3
π2
3
π 2d UttUU
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带 2）输出电流平均值为,Id=Ud /R
3）当整流变压器为采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图 5－所示，为正负半周各宽 120,前沿相差 180
的矩形波，其有效值为：电阻负载且 α ＞ 60 时，整流电压平均值为：
)3πc o s (134.2)(ds i n6π3 2π
3
π 2d UttUU
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晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一 致。
dd
2
d
2
d2 816.03
π2π
3
2)(π
3
2
π2
1 IIIII
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二、平波电抗器的及简易设计
平波电抗器的简易设计计算步骤
平波电抗器的主要参数是额定电流和电感量，电感量的计算依据为：
1）保证电流连续所需要的电感量。
2）限制电流脉动所需要电感量。
3）抑制环流所需要的电感量。
一般情况下，平波电抗器的计算程序如下：
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1）根据给定原始数据 L和 Id，计算 Id2L；
2）根据选用的硅钢片的磁化曲线确定 B0，
3）根据选用的导线的绝缘材料和冷却方式，选取电流密度。如选用自然冷却的铜导线，取 j=250A/cm2，
4）按优化设计原则计算，要求可能的情况下，最小体积设计。
另外，还有相对气隙，匝数，磁场强度以及电感量等方面。具体设计方法可以参考相关资料。
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三、整流触发电路
整流电路的触发电路有很多种，要根据具体的整流电路和应用场合选择不同的触发电路。实际中，大多情况选用锯齿波同步触发电路和集成触发器。
锯齿波同步触发电路的组成和工作原理
锯齿波同步触发电路有锯齿波形成、同步移相、脉冲形成放大环节、双脉冲、脉冲封锁等环节和强触发环节等组成。可触发 200A的晶闸管。
由于同步电压采用锯齿波，不直接受电网波动与波形畸变的影响，移相范围宽，在大中容量中得到广泛应用。
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图 5－ 22锯齿波同步触发电路原理图中频感应加热电源
锯齿波同步触发电路原理图如图 5-22所示，下面分环节介绍：
（ 1）锯齿波形成和同步移相控制环节
1）锯齿波形成
V1,V9,R3,R4组成的恒流源电路对Ｃ２充电形成锯齿波电压，当Ｖ
２截止时，恒流源电流 Ic1对Ｃ２恒流充电，电容两端电压为
Ic1=Uv9/(R3+RP2) 因此调节电位器 RP2即可调节锯齿波斜率。当 V2导通时，由于 R4阻值很小,C2迅速放电。所以只要 V2管周期性导通关断，
电容 C2两端就能得到线性很好的锯齿波电压。
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Ub4为合成电压（锯齿波电压为基础，再叠加 Ｕ b,Uc）通过调节 Ｕ c来调节。
2）同步环节
同步环节由同步变压器 TS和 V2管等元件组成。锯齿波触发电路输出的脉冲怎样才能与主回路同步呢？由前面的分析可知，脉冲产生的时刻是由 V4导通时刻决定（锯齿波和 Ub,Uc之和达到 0.7Ｖ时），由此可见，
若锯齿波的频率与主电路电源频率同步即能使触发脉冲与主电路电源同步，锯齿波是由 V2管来控制的,V2管由导通变截止期间产生锯齿波，
V2管截止的持续时间就是锯齿波的中频感应加热电源
脉宽,V2管的开关频率就是锯齿波的频率。在这里，同步变压器 TS和主电路整流变压器接在同一电源上，用 TS次级电压来控制 V2的导通和截止，从而保证了触发电路发出的脉冲与主电路电源同步。
工作时，把负偏移电压 Ub调整到某值固定后，改变控制电压 Uc，就能改变 ub4波形与时间横轴的交点，就改变了 V4转为导通的时刻，即改变了触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。
电路中增加负偏移电压 Ub的目的是为了调整 Uc＝０时触发脉冲的初始位置。
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（ 2）脉冲形成、整形和放大输出环节
1）当 ub4<0.7V时 Ｖ４管截止,V5,V6导通，使 V7,V8截止，无脉冲输出。
电源经 R13,R14向 V5,V6供给足够的基极电流，使 V5,V6饱和导通,V5集电极⑥点电位为 -13.7V(二极管正向压降以 0.7Ｖ、晶体管饱和压降以 0.3V计算 ),V7,V8截止，无触发脉冲输出。
④点电位,15V ⑤ 点电位,-13.3V
另外,+15V→R11→C3→V5→V6→ -15V对 C3充电，极性左正又负，大小 28.3V。
2）、当 ub4≥0.7V时 V4导通，有脉冲输出中频感应加热电源
④ 点电位立即从 +15V下跳到 1V，Ｃ 3两端电压不能突变，⑤点电位降至 -27.3V，Ｖ 5截止,V7,V8经Ｒ 15,VD6供给基极电流饱和导通，
输出脉冲，⑥点电位为 -13.7V突变至 2.1V(VD6,V7,V8压降之和 )。
另外：Ｃ 3经 +15V→R14→VD3→V4 放电和反充电⑤点电位上升，
当⑤点电位从 -27.3V上升到 -13.3V时 V5,V6又导通，⑥点电位由 2.1V突降至 -13.7V，于是,V7,V8截止，输出脉冲终止。
由此可见，脉冲产生时刻由Ｖ４导通瞬间确定，脉冲宽度由 V5,V6持续截止的时间确定。所以脉宽由 C3反充电时间常数 (τ=C3R14)来决定。
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（ 3）强触发环节
晶闸管采用强触发可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力，
有利于改善串并联元件的动态均压与均流，增加触发的可靠性。因此在大中容量系统的触发电路都带有强触发环节。
图中右上角强触发环节由单相桥式整流获得近 50Ｖ直流电压作电源，在
V8导通前,50V电源经 R19对 C6充电,N点电位为 50V。当 V8导通时，
C6经脉冲变压器一次侧,R17与 V8迅速放电，由于放电回路电阻很小，
Ｎ点电位迅速下降，当Ｎ点电位下降到 14.3Ｖ时，
VD10导通，脉冲变压器改由＋１５Ｖ稳压电源供电。各点波形如图 5－
23所示。
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图 5－ 23 锯齿波同步触发电路波形图中频感应加热电源
（ 4）双脉冲形成环节
生双脉冲有两种方法：内双脉冲和外双脉冲。
锯齿波触发电路为内双脉冲。晶体管 V5,V6构成一个“或”门电路，
不论哪一个截止，都会使⑥点电位上升到 2.1Ｖ，触发电路输出脉冲。
V5基极端由本相同步移相环节送来的负脉冲信号使 V5截止，送出第一个窄脉冲，接着有滞后 60 的后相触发电路在产生其本相第一个脉冲的同时，由 V4管的集电极经 R12的Ｘ端送到本相的Ｙ端，经电容 C4微分产生负脉冲送到 V6基极，使 V6截止，于是本相的 V6又导通一次，输出滞后 60 的第二个脉冲。
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对于三相全控桥电路，三相电源 U,V,W为正相序时，六只晶闸管的触发顺序为 VT1VT2→VT3→VT4→VT5→VT6 彼此间隔 60,为了得到双脉冲,块触发电路板的Ｘ、Ｙ可按图 5－ 24所示方式连接。
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图 5－ 24 触发电路实现双脉冲连接的示意图中频感应加热电源
（ 5）其他说明
在事故情况下或在可逆逻辑无环流系统，要求一组晶闸管桥路工作，另一组桥路封锁，这时可将脉冲封锁引出端接零电位或负电位，晶体管 V7、
V8就无法导通，触发脉冲无法输出。串接 VD5是为了防止封锁端接地时，
经 V5,V6和 VD4到 -15Ｖ之间产生大电流通路。
2．集成触发器介绍
随着晶闸管变流技术的发展，目前逐渐推广使用集成电路触发器。由于集成电路触发器的应用，提高了触发电路工作的可靠性，缩小体积，简化了触发电路的生产与调试。集成触发器应用越来越广泛。正获得广泛应用的有以下几种：
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（ 1） KC04移相集成触发器 （还有 KJ系列触发器）
此触发电路为正极性型电路，及控制电压增加晶闸管输出电压也增加。
主要用于单相或三相全控桥装置。
其主要技术数据如下：
电源电压,DC正负 15V。
电源电流：正电流小于 15mA，负电流小于 8mA
移相范围,170 o
脉冲宽度,15o-35o。
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脉冲幅度：大于 13V
最大输出能力,100mA
KC09是 KC04的改进型，二者可互换使用。
它与分立元件组成的锯齿波触发电路一样，由同步信号、锯齿波产生、
移相控制、脉冲形成和放大输出等环节组成。
该电路在一个交流电周期内，在 1脚和 15脚输出相位差 180 o的两个窄脉冲，可以作为三相全控桥主电路同一相所接的上下晶闸管的触发脉冲，
16脚接＋ 15V电源，。 8脚接同步电压，但由同步变压器送出的电压须经微调电位 1.5kΩ、电阻 5,1 kΩ
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和电容 1μF组成的滤波移相，以达到消除同步电压高频谐波的浸入，提高抗干扰能力。 4脚形成锯齿波,9脚为锯齿波、偏移电压、控制电压综合比较输入。 13,14脚提供脉冲列调制和脉冲封锁控制端。 KC04引出脚各点波形如图 5-25（ a）所示。
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图 5－ 25 KC04与 KC41C电路各点电压波形中频感应加热电源
（ 2） KC41C六路双脉冲形成器
KC41C与三块 KC04可组成三相全控桥双脉冲触发电路，如图 5－ 26所示。把三块 KC04触发器的 6各输出端分别接到 KC41C的 1～ 6端，
KC41C内部二极管具有的“或”功能形成双窄脉冲，再由集成电路内部
6只三极管放大，从 10～ 15端外接的晶体管作功率放大可得到 800mA触发脉冲电流，可触发打功率的晶闸管。 KC41C不仅具有双脉冲形成功能，
还可作为电子开关提供封锁控制的功能。 KC41C各管脚的脉冲波形如图
5－ 25（ b）所示。
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图 5－ 26 三相全控桥集成触发电路中频感应加热电源
四、触发电路与主电路电压的同步
制作或修理调整晶闸管装置时，常会碰到一种故障现象：在单独检查晶闸管主电路时，接线正确，元件完好；单独检查触发电路时，各点电压波形、输出脉冲正常，调节控制电压 Uc时，脉冲移相符合要求。但是当主电路与触发电路连接后，工作不正常，直流输出电压 ud波形不规则、
不稳定，移相调节不能工作。这种故障是由于送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间相位没有正确对应，造成晶闸管工作时控制角不一致，甚至使有的晶闸管触发脉冲在阳极电压负值时出现，当然不能导通。怎样才能消除这种故障使装置工作正常呢？这就是本节要讨论的触发电路与主电路之间的同步 (定相 )问题。
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１．同步的定义
前面分析可知，触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的某一区间内出现，
晶闸管才能被触发导通，而在锯齿波移相触发电路中，送出脉冲的时刻是由接到触发电路不同相位的同步电压 us来定位，有控制与偏移电压大小来决定移相。因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给触发电路特定相位的同步电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。
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２．触发电路同步电压的确定
触发电路同步电压的确定包括两方面内容：
根据晶闸管主电路的结构、所带负载的性质及采用的触发电路的形式，
确定出该触发电路能够满足移相要求的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系。
用三相同步变压器的不同连接方式或再配合阻容移相得到上述确定的同步电压。
下面用三相全控桥式电路带电感性负载来具体分析。
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如图 5－ 28主电路接线，电网三相电源为Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１，经整流变压器ＴＲ供给晶闸管桥路，对应电源为Ｕ、Ｖ、Ｗ，假定控制角为０，
则 ug1~ug6六个触发脉冲应在各自的自然换相点，依次相隔 60° 要保证每个晶闸管的控制角一致，六块触发板 1CF～ 6CF输入的同步信号电压
us也必须依次相隔 60° 。为了得到六个不同相位的同步电压，通常用一只三相同步变压器 TS具有两组二次绕组，二次侧得到相隔 60° 的六个同步信号电压分别输入六个触发电路。因此只要一块触发板的同步信号电压相位符合要求，那其它五个同步信号电压相位也肯定正确。那么，
每个触发电路的同步信号电压 us与被触发晶闸管的阳极电压必须有怎样的相位关系呢？这决定于主电路的不同形式、不同的触发电路、负载性质以及不同的移相要求。
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如：对于锯齿波同步电压触发电路,NPN型晶体管时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为 240,上升段起始的 30 和终了的 30 线性度不好，舍去不用，使用中间的 180 。
锯齿波的中点与同步信号的 300 位置对应，使 Ud=0的触发角为 90 。
当＜ 90 时为整流工作，＞ 90 时为逆变工作。将 =90 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有 90 的移相范围。于是 =90 与同步电压的 300 对应，也就是 =0 与同步电压的 210 对应。 =0 对应于 uu的
30 的位置，则同步信号的 180 与 uu的 0 对应，说明同步电压 us应滞后于阳极电压 uu 180 。如图 5－ 27所示。
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3．实现同步的方法
实现同步的方法步骤如下：
（ 1）：根据主电路的结构、负载的性质及触发电路的型式与脉冲移相范围的要求，确定该触发电路的同步电压 us与对应晶闸管阳极电压 uu
之间的相位关系。
（ 2）：根据整流变压器 TR的接法，以定位某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次电压也就是晶闸管阳极电压的矢量，再根据步骤１确定的同步电压 us与晶闸管阳极电压 uu的相位关系，画出电源的同步相电压和同步线电压矢量。
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（ 3）：根据同步变压器二次线电压矢量位置，定出同步变压器 TS的钟点数的接法，然后确定出 usu,usv,usw分别接到 VT1,VT3,VT5管触发电路输入端；确定出 us(-u),us(-v),us(-w)分别接到 VT4,VT6、
VT2管触发电路的输入端，这样就保证了触发电路与主电路的同步。
4．同步举例
例 三相全控桥整流电路，直流电动机负载，不要求可逆运转，整流变压器 TR为 D,y1接线组别，触发电路采用本书锯齿波同步的触发电路，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出 60度余量。试按简化相量图的方法来确定同步变压器的接线组别及变压器绕组联结法。
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解 以 VT1管的阳极电压与相应的 1CF触发电路的同步电压定相为例。
1）根据题意，要求同步电压 us相位应滞后阳极电压 uu180 。
2）根据相量图，同步变压器接线组别应为 Dyn7,Dyn1。
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根据已求得同步变压器结线组别，就可以画出变压器绕组的结线组别，
再将同步电压分别接到相应触发电路的同步电压接线端，即能保证触发脉冲与主电路的同步。
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五、整流电路的保护
整流电路的保护主要是晶闸管的保护，因为晶闸管元件有许多优点，但与其它电气设备相比，过电压、过电流能力差，短时间的过电流、过电压都可能造成元件损坏。为使晶闸管装置能正常工作而不损坏，只靠合理选择元件还不行，还要设计完善的保护环节，以防不测。具体保护电路主要有以下这些：
1．过电压保护
过电压保护有交流侧保护、直流侧保护和器件保护。过电压保护设置如图 5－ 29所示。其中 H属于器件保护,H左边设置的是交流侧保护,H右边设置的为直流侧保护。
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（ 1）晶闸管的关断过电压及其保护
晶闸管关断引起的过电压，可达工作电压峰值的 5～ 6倍，线路电感
（主要是变压器漏感）释放能量而产生的。一般情况采用的保护方法是在晶闸管的两端并联 RC吸收电路，如图 5－ 30所示。
图 5－ 30 用阻容吸收抑止晶闸管关断过电压中频感应加热电源
（ 2）交流侧过电压保护
由于交流侧电路在接通或断开时感应出过电压，一般情况下，能量较大，
常用的保护措施为：
1）阻容吸收保护电路，应用广泛，性能可靠，但正常运行时，电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。一次根据稳压管的稳压原理，目前较多采用非线性电阻吸收装置，
常用的有硒堆与压敏电阻。
2）硒堆就是成组串联的硒整流片。单相时用两组对接后再与电源并联，
三相时用三组对接成 Y形或用六组接成 D形。
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3）压敏电阻是由氧化锌、氧化铋等烧结而成，每一颗氧化锌晶粒外面裹着一层薄薄的氧化锌，构成象硅稳压管一样的半导体结构，具有正反向都很陡的稳压特性。
（ 3）直流侧过电压的保护
保护措施一般与交流过电压保护一致。
2．过电流保护
晶闸管装置出现的元件误导通或击穿、可逆传动系统中产生环流、逆变失败以及传动装置生产机械过载及机械故障引起电机堵转等，都会导致流过整流元件的电流大大超过其正常管子电流，即产生所谓的过电流。
通常采用的保护措施如图 5－ 31所示。
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（ 1）在交流进线中串接电抗器（称交流进线电抗），或采用漏抗较大的变压器是限制短路电流以保护晶闸管的有效办法，缺点是在有负载时要损失较大的电压降。
（ 2）灵敏过电流继电器保护。继电器可装在交流侧或直流侧，在发生过电流故障时动作，使交流侧自动开关或直流侧接触器跳闸。由于过电流继电器和自动开关或接触器动作需几百毫秒，故只能保护由于机械过载引起的过电流，或在短路电流不大时，才能对晶闸管起保护作用。
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（ 3）限流与脉冲移相保护
交流互感器 TA经整流桥组成交流电流检测电路得到一个能反映交流电流大小的电压信号去控制晶闸管的触发电路。当直流输出端过载，直流电流 Id增大时交流电流也同时增大，检测电路输出超过某一电压，使稳压管击穿，于是控制晶闸管的触发脉冲左移即控制角增大，使输出电压 Ud
减小,Id减小，以达到限流的目的，调节电位器即可调节负载电流限流值。当出现严重过电流或短路时，故障电流迅速上升，此时限流控制可能来不及起作用，电流就已超过允许值。在全控整流带大电感负载时，
为了尽快消除故障电流，可控制晶闸管的触发脉冲快速左移到整流状态的移相范围之外，使输出端瞬时值出现负电压，电路进入逆变状态，将故障电流迅速衰减到 0，这种称为拉逆变保护。
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（ 4）直流快速开关保护
在大容量、要求高、经常容易短路的场合，可采用装在直流侧的直流快速开关作直流侧的过载与短路保护。这种快速开关经特殊设计，它的开关动作时间只有 2ms，全部断弧时间仅 25～ 30ms，目前国内生产的直流快速开关为 DS系列。从保护角度看，快速开关的动作时间和切断整定电流值应该和限流电抗器的电感相协调。
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（ 5）快速熔断器保护
熔断器是最简单有效的保护元件，针对晶闸管、硅整流元件过流能力差，
专门制造了快速熔断器，简称快熔。与普通熔断器相比，它具有快速熔断特性，通常能做到当电流 5倍额定电流时，熔断时间小于 0,02s,在流过通常的短路电流时，快熔能保证在晶闸管损坏之前，切断短路电流，
故适用与短路保护场合。快熔的选择,1,57IT（ AV） >IRD>IT (实际管子最大电流有效值 )
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3．电压与电流上升率的限制
(1)晶闸管的正向电压上升率的限制
晶闸管在阻断状态下它的 J2结面存在着结电容。当加在晶闸管上的正向电压上升率较大时，便会有较大的充电电流流过 J2结面，起到触发电流的作用，使晶闸管误导通。晶闸管的误导通会引起很大的浪涌电流，使快速熔断器熔断或使晶闸管损坏。
变压器的漏感和保护用的 RC电路组成滤波环节，对过电压有一定的延缓作用，使作用于晶闸管的正向电压上升率大大地减小，因而不会引起晶闸管的误导通。晶闸管的阻容保护也有抑制的作用。
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(2) 电流上升率及其限制
晶闸管在导通瞬间，电流集中在门极附近，随着时间的推移导通区材逐渐扩大，直到整个结面导通为止。在此过程中，电流上升率应限制在通态电流临界上升率以内，否则将导致门极附近过热，损坏晶闸管。晶闸管在换相过程中，导通的晶闸管电流逐渐增大，产生换相电流上升率。
通常由于变压器漏感的存在而受到限制。晶闸管换相过程中，相当于交流侧线电压短路，交流侧阻容保护电路电容中的储能很快地释放，使导通的晶闸管产生较大的 di/dt。采用整流式阻容保护，可以防止这一原因造成过大的 di/dt。晶闸管换相结束时，直流侧输出电压瞬时值提高，使直流侧阻容保护有一个较大的充电电流，造成导通的晶闸管 di/dt增大。
采用整流式阻容保护，可以减小这一原因造成过大的 di/dt。
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六、逆变主电路
1．逆变的基本概念和换流方式
（ 1）逆变的基本概念
将直流电变换成交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可以分为有源逆变和无源逆变。有源逆变是把交流电回馈电网，无源逆变是把交流电供给不同频率需要的负载。无源逆变就是通常说到的变频。
（ 2）逆变电路的换流方式
换流实质就是电流在由半导体器件组成的电路中不同桥臂之间的转移。
常用的电力变流器的换流方式有以下几种：
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1）负载谐振换流
由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串、并联谐振逆变电路。
2）强迫换流
附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。
3）器件换流
利用全控型器件的自关断能力进行换流。
（ 3）逆变电路基本工作原理
电路图和对应的波形图如图 5-32；说明几点：
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图 5－ 32 逆变电路原理示意图及波形图中频感应加热电源
1） S1,S4闭合,S2,S3断开，输出 uo为正，反之,S1,S4断开,S2、
S3闭合，输出 uo为负，这样就把直流电变换成交流电。
2）改变两组开关的切换频率，可以改变输出交流电的频率。
3）电阻性负载时，电流和电压的波形相同。电感性负载时，电流和电压的波形不相同，电流滞后电压一定的角度。
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2．单相逆变电路
电路根据直流电源的性质不同，可以分为电流型、电压型逆变电路。
（ 1）电压型逆变电路（电路图如图 5-33所示）：电压型逆变电路的基本特点：
1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。
2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。
3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要并联二极管。
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图 5－ 33 电压型逆变电路原理图中频感应加热电源
（ 2）电流型逆变电路（电路图如图 5-34所示）
电流型逆变电路的基本特点：
图 5－ 34 电流型逆变电路原理图中频感应加热电源
1）直流侧串联大电感，直流电源电流基本无脉动。
2）交流侧电容用于吸收换流时负载电感的能量。这种电路的换流方式一般有强迫换流和负载换流。
3）输出电流为矩形波，电压波形与负载有关。
4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，晶闸管两端不需要并联二极管。
中频感应加热电源
3．单相电流型逆变电路
（ 1）电路结构
电路原理图如图 5-35所示：
图 5－ 35 单相电流型逆变电路原理图中频感应加热电源
桥臂串入 4个电感器，用来限制晶闸管开通时的电流上升率 di/dt。
VT1～ VT4以 1000～ 5000Hz的中频轮流导通，可以在负载得到中频电流。
采用负载换流方式，要求负载电流要超前电压一定的角度。负载一般是电磁感应线圈，用来加热线圈的导电材料。等效为 R,C串联电路。
并联电容 C，主要为了提高功率因数。同时，电容 C和 R,L可以构成并联谐振电路，因此，这种电路也叫并联谐振式逆变电路。
中频感应加热电源
（ 2）工作原理
输出的电流波形接近矩形波，含有基波和高次谐波，且谐波的幅值小于基波的幅值。波形如图 5-36所示 。
中频感应加热电源
图 5－ 36 单相电流型逆变电路波形图中频感应加热电源
基波频率接近负载谐振的频率，负载对基波呈高阻抗。对谐波呈低阻抗，
谐波在负载的压降很小。因此，负载的电压波形接近于正弦波。一个周期中，有两个导通阶段和两个换流阶段。
t1～ t2阶段,VT1,VT4稳定导通阶段,io=Id； t2时刻以前在电容 C建立左正右负的电压。
t2～ t4,t2时刻触发 VT2,VT3，进入换流阶段。
LT使 VT1,VT4不能立即关断，电流有一个减小的过程。 VT2,VT3的电流有一个增大的过程。
4个晶闸管全部导通。负载电容电压经过两个并联的放电回路放电。
LT1～ VT1～ VT3～ LT3～ C，另一条,LT2～ VT2～ VT4～ LT4～ C。
中频感应加热电源
t=t4时刻,VT1,VT4的电流减小到零而关断，换流过程结束。 t4～ t2
称为换流时间。 t3时刻位于 t2～ t4的中间位置。
为了可靠关断晶闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要一段时间才能恢复阻断能力，换流结束以后，还要让 VT1,VT4承受一段时间的反向电压。
这个时间称为 tβ=t5-t4,tβ应该大于晶闸管的关断时间 tq。
为了保证可靠换流。应该在电压 uo过零前 tδ=t5-t2触发 VT2,VT3。 tδ
称为触发引前时间,tδ=tβ+tγ，电流 i0超前电压 U0的时间为：
tφ=tβ+0.5 tγ。
中频感应加热电源
（ 3）基本数量分析
如果不计换流时间，输出电流的傅立叶展开式为：
其中基波电流的有效值为：
tttIi 5s i n513s i n31s i n4 do
tttIi 5s i n513s i n31s i n4 do
d
d
1o 9.02
4 III
中频感应加热电源
负载电压的有效值与直流输出电压的关系为：
c o s11.1c o s22
dd
o
UUU
中频感应加热电源
（ 4）几点说明
实际工作过程中，感应线圈的参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整。这种工做方式称为自励工作方式。
固定工作频率的控制方式称为他励方式。他励方式存在起动问题。一般解决的方法有：
先用他励方式，到系统起动以后再转为自励方式；附加预充电起动电路。
中频感应加热电源七、逆变触发电路几种常见的电路
1．频率自动跟踪电路
自动跟踪是指保持负载电压 U0过零前产生的控制脉冲的时间不变。
频率自动跟踪电路的电路原理图中频感应加热电源
波形分析图中频感应加热电源
由逆变电路的分析可知，逆变电路只要超前时间 tβ 大于熄灭角对应的时间 tμ （忽略重叠角对应的时间），逆变电路可以安全运行。由波形分析得到：
β =arctanU2m/U1m
tβ =β /ω （ ω=2π/T）
表明，若改变 U1m或 U2m的值，可改变超前角 β 。从而改变超前时间 tβ 。
在合成信号 us正负半波的过零点分别产生脉冲列 uo1和 uo2。他们都超前
U1的零点一段时间 tβ 。用 uo1触发逆变电路的 VT2,VT4；用 uo2触发逆变电路的 VT1,VT3；负载输出电压波形近似正弦波,UO=Uom× sinωt
中频感应加热电源
2．定角控制电路
定角控制,只要改变分压比，
调节电位器 R，就可以将 Φ整定到需要的值。由于 Φ的大小决定于分压比，与逆变器的工作频率无关，一旦确定,Φ就不随工作频率 f改变。
八、逆变电路的起动与保护
1．并联逆变器的起动
并联逆变器的起动方法可分为两类：
他激起动（共振法）
自激起动（阻尼振荡法）。
（ 1）他激起动
他激起动是先让逆变触发器发出频率与负载谐振回路的谐振频率相近的脉冲，去触发逆变桥晶闸管，使负载回路逐渐建立振荡，待振荡建立后，就由他激转成自激工作。
他激起动的特点
线路简单，只需一可调频多谐振荡器和他激 ---自激转换电路。
工作中，必须预知负载的谐振频率，并且在跟换负载时，要重新校正起动频率，使之和负载谐振频率相近。
适于作为同频带宽的负载（谐振频率 Q值低的负载）起动用。对 Q≤2 的负载最适用。
中频感应加热电源
（ 2）自激起动
自激起动是预先给负载谐振频率回路中的电容器（或电感）充上能量然后在谐振电路中产生阻尼振荡，从而使逆变器起动。
自激起动的特点：
线路复杂，起动设备较庞大，
特别适于负载回路 Q值高的场合。适用于熔炼负载。
为了提高装置的自激起动能力，可以提高触发脉冲形成电路的灵敏度，加大起动电容器的电容量和能量，以及想法在起动过程中使整流器输出的直流能量及时通过逆变器补充到负载谐振电路中去。
中频感应加热电源
（ 3）起动线路
起动线路分析：
该线路由 VTq,Lq和 Cq等元件组成阻尼振荡的能源供给电路。在起动逆变器之前，先由工频电源经整流后，通过 Rq给 Cq充电（极性如图所示），充电电压最高可为逆变器的直流电源电压。起动时，触发给 VTq,Cq就会通过谐振回路放电，在谐振回路中引起振荡。 Cq的容量越大，充电电压越高。振荡就越强。谐振回路的振荡电压经变换，
形成触发脉冲去触发逆变桥晶闸管，使之起动并转入稳定运行状态。
起动过程如下：
接通整流器、个控制回路和 Cq的预充电回路的电源后。触发 VTj建立 Idj。触发 VTq激起振荡。此后，即自动触发 VT1,VT3，使 VTj关断，触发 VT2,VT4，迫使 VTq关断。到此。起动过程结束，装置进入正常运行状态。
中频感应加热电源
（ 4）附加并联起动线路
（ 5）他激到自激的转换
他激起动线路。
中频感应加热电源
他激到自激的转换分析：
起动时，接通直流电源后，首先由频率可调的多谐振荡器产生脉冲，触发逆变桥臂的晶闸管进行他激起动。负载回路的振荡一经建立，负载回路的中频电流电压信号就通过电流互感器和电压互感器输至频率自动跟随系统，按电流电压信号交角形式，由脉冲形成电路产生相位互差 180° 的两组脉冲。
两组脉冲分成两路，一路去强迫多谐振荡器与之同步，另一路进入脉冲整形电路。
多谐振荡器的经同步的输出脉冲和脉冲整形电路输出的脉冲同时进入脉冲功放电路，
由功放电路输出脉冲去触发逆变器的晶闸管。
在系统稳定运行时 VTg被触发导通,KJ得电吸合，便将多谐振荡器的电源和输出切断，
多谐振荡器停止工作，逆变桥晶闸管便单独由脉冲形成电路形成的脉冲，经整形、放大后去触发。
注意，有他激到自激的转换时刻不是任意的，必须避开正常触发脉冲的时限。
中频感应加热电源
2．逆变电路起动失败原因分析
实际中，有很多因素引起逆变起动的失败，主要有以下几个方面：
（ 1）起动电路能量不够。
（ 2）直流端能量补充太慢
（ 3）逆变桥换相失败九、中频感应加热装置的调试调试大概分为 整流电路,逆变电路 部分调试
1．整流电路的调试
整流电路的调试可以分为三部分：
（ 1）整流控制电路调试；
（ 2）整流部分小功率调试；
（ 3）整流部分大功率调试。
整流电路输出脉冲波形中频感应加热电源
（ 1）整流控制电路调试。
断开主交吸合线圈，使整流主回路无法受电，接通控制电源。
断开中间继电器常闭触点图处的任意一根线，解除整流继电封锁。
旋转功率调节电位器，用示波器观察 6路功放输出脉冲波形，其波形应符合要求：
该脉冲为双窄列脉冲，窄脉冲宽度为 15o～ 20o，（内含 2～ 4个列脉冲），
正峰大于 20V，反峰在 6～ 12VP-P之间，前沿间隔 60°
前沿陡度 90° ～ 120° 。
路脉冲应干净、整齐、没有杂波，将功率调节电位器在最大值与最小值之间来回转动，
功放脉冲应左右移动，在移动过程中，前沿间隔应保持 60° 。
检查整流晶闸管上的脉冲，脉冲形状同上图，脉冲必须为正极性。
正峰幅值大于 4VP-P，主板功放脉冲必须与指定的晶闸管号一一对应。
中频感应加热电源
（ 2）整流部分小功率调试
小功率调试接线图中频感应加热电源
送上三相电源（可以不分相序），检查是否有缺相报警指示，
把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，直流电压波形应该几乎全放开。
再“给定”电位器旋到最小，调节电路板上微调电位器，使电流电压波形全关闭，移相角约 120° 。
输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。
接线如图示：
中频感应加热电源
（ 3）整流部分大功率调试。
大功率调试接线图中频感应加热电源
1）将直流电路调到 50～ 100A，测量电流，电压互感器的输出是否正常。检查电阻两端的电压波形，该波形为整流电路输出波形，波形大小整齐，无毛刺干扰波形。
2）整定负偏置：将直流输出电压调节为 1/2额定电流的大小，调整过电流保护旋钮，使过电流保护装置动作。
3）过流负偏置调整完以后，继续加大电流到 1.2倍额定电流，调整过流保护电位器，使其动作两次。使过流值稳定，过电流整定完毕。
中频感应加热电源
2．逆变部分的调试
首先应校准频率表。
起振逆变器。
逆变起振后，可进行逆变引前角的整定工作，把 DIP-1 开关打在 ON 位置，调节 W5 微调电位器，使中频电压与直流电压比为 1.2 左右。
再把 DIP-1 开关打在 OFF 位置，调节 W3 微调电位器，使中频电压与直流电压的比为 1.5 左右（或更高），此项调试工作可在较低的中频电压下进行。
在轻负载下整定电压外环。
中频感应加热电源具体调试步骤如下：
（ 1）逆变控制电路的调试
断电检查逆变晶闸管和 RC吸收回路的是否正常、可靠，接线有无错误。
调频输入回路和负载回路是否正常。
逆变电路调试主电路接线图。
中频感应加热电源
（ 2） 逆变脉冲的检查：
断开主交线圈的接线，利用工频变压器的多余的一组 5V电压，送到逆变的输入端作为检测信号，用示波器观察脉冲波形，应该如图所示。
检查逆变晶闸管的脉冲。
恢复主交线圈，拆除检测输入信号，准备逆变运行调试。
中频感应加热电源
（ 3）逆变电路小功率调试
把功率电位器调到最小位置，接通控制电源和按下主交“逆变接通”按钮，用示波器观察逆变输出波形，如果出现波形，波形应如逆变电路输出波形图所示。
中频感应加热电源
换相点一定要出现在顶点的右边，不能出现在顶点的左边或顶点的位置。
控制角一般选在 30° ～ 40° 之间
确定逆变波形正常以后，提高电压到 300V，观察各电压、电流表的读数是否正常。
中频感应加热电源
（ 4）重载起动试验
确认上述情况正常以后，再次开机，用示波器观察逆变的输入波形，正确的波形应该如下图所示的 大臂主波波形。
中频感应加热电源
确认大臂波形正常以后，方可以进行重载起动试验。
过电压、截压整定，拆除大功率负载，将坩埚取出。
放入少量炉料进行试运行。将中频电压升高到 780V左右。
调整过电压电位器使过电压保护装置动作。
确认保护装置正常以后，再次起动，使装置在 750V电压做截压运行 30分钟。
中频感应加热电源
（ 5）试运行调试
再次将坩埚放入炉内，放开截流保护，重新起动，将直流电流拉到过电流保护值。
其过电流保护值应该接近整定的过电流保护值。
将功率电位器调到零位。
按故障解除按钮，重新起动逆变电路，将直流电流拉到过电流保护值，
在整定截流保护值到原来值。
十、中频感应加热装置的常见故障处理
1．安装注意事项
1）主电路对地绝缘问题：
设备电源直接取自三相工频电网，没有变压器隔离，主电路中的各点对地均必须确保有足够的绝缘，当我们外接测量仪表仪器时，这一点也是至关重要的。
2）中频电源的布置问题,
中频电流与工频电流相比频率高得多，输电线的感抗较大。
在电流很大时，感抗压降相当可观，对其工作影响很大，中频电流的邻近效应很明显。
中频感应加热电源
三条原则：
中频电源线的布置应本着两线间距要尽量小
线的长度要尽量短
反馈电铜排要垂直安装
3）冷却系统的安装考虑：
中频感应装置晶闸管、补偿电容、感应电炉都是采用水冷的方式。
为保证充分的冷却，设备中装有水压继电器进行保护。
4）设备抗干扰的考虑：
最好采用屏蔽线，远离电源线。
中频感应加热电源
2．中频感应装置运行前检查
检查主要包括以下几方面：
1）外观检查；
2）器件检查；
3）控制系统检查；
4）主电路通电检查；
5）负载试运行。
中频感应加热电源
控制系统检查控制系统的检查可以按照以下的顺序进行：
稳压电源的检查；
整流触发脉冲（脉冲宽度、移相范围、触发能力）的检查
过电流、过电压保护电路的检查；
截流截压电路的检查
逆变触发脉冲的检查；
起动波形的检查；
继电器控制电路的检查。
中频感应加热电源
主电路通电检查,
分为 电压试验 和 电流试验 两项内容。
① 电压试验电压试验时，将逆变电路从主电路中断开，在主回路的引流电阻 RP
上加串 300Ω,1A的电阻作为整流电路的负载。
按下按钮 SB1，电压给定电位器 RP能调节整流电压从低到高均匀变化。并能达到满电压输出，检查整流器的移相控制功能。
中频感应加热电源
② 电流试验断开逆变器，以 1Ω生铁电阻作主回路的模拟负载。接通整流电路之前，首先要接上冷却水，慢慢调节 RP，使 Ud逐渐上升。并在整流器实际电流 Id=300A 的数值下整定电流保护动作。截流电流的数值应接上 2Ω水冷电阻，并使 Ud在 500V左右时调节电位器 RP1进行整定，其动作值为 Id=250A。
负载运行负载试运行包括 逆变回路空载起动,逆变回路重新起动 和 实际负载运行三项内容中频感应加热电源
6）补充说明 有以下两个问题需要加以补充说明。
各稳压电源电流表读数的辅助判断功能 设备正常运行时，各稳压电源的电流表读数也有一定的范围。
它们应当是：
偏移电流（ A1） 10～ 20mA
充电电流（ A2） 20～ 40 mA
整流触发电流（ A3） 1～ 1.3A
逆变触发电流（ A4） 100～ 300 mA
逆变电路开始工作后，逆变触发电流增加到上述数值。在加热过程中，
随着负载参数的变化，电路工作频率发生变化，逆变触发电流也会随着发生变化。
中频感应加热电源
3．设备故障分析通过晶闸管中频电源装置的常见故障现象，介绍设备的故障分析方法：
（ 1）无整流电压当工频电压已加在设备上，起动时无整流输出电压，其原因往往存在于控制电路中。由于整流晶闸管与触发器有关，而触发器是由五块芯片组装而成的，脉冲的形成是由 KJ004完成的,KJ004不可能同时的损坏中频感应加热电源
（ 2）整流电压调不高
1）当有晶闸管开路或快速熔断器烧断时，整流电压调不高。
2）移相脉冲触发延迟角调不到 =0°,整流输出电压调不高，若电压给定电位器调正确的话，则往往是截流截压电路产生了输出，使角移不到零度，所以电压调不高。
3）某一臂晶闸管触发电路故障，也会造成输出电压调不高。
（ 3）整流电路不稳定 整流电压不稳定的现象表现为直流电压表不规则地摆动，这往往与不规则因素的影响有关。
（ 4）逆变电路无法起动
一般逆变起动失败的故障现象主要有：逆变电路电表无反应，整流电压正常；逆变电路有瞬时反应，电流发生过电流保护动作。
中频感应加热电源
下面分别讨论其原因,
1）起动时逆变电路电表无反应，整流电压正常。
①起动电路没有动作，其故障原因有继电器电路的原因，起动电路元器件的原因，
可分别进行检查；
②产生 CQ电压太低甚至为零的原因，与 KM2触点接触不好，整流二极管损坏等因素有关。
③自动调频电路的故障可用 1000Hz他激电源进行检查，若他激工作正常，则应检查自动调频信号的传输线有无断线，接触是否良好等现象。
④整流电路与逆变电路之间接有滤波电感，限制了整流输出能量的增长速度。
2）起动时逆变电路电表有瞬时反就应，随后电路发生过电流保护动作。
中频感应加热电源
下面分别讨论上列原因,
① 主电路不完全短路时，起动和第一次振荡能够产生，但随着振荡电压的增加，不完全短路点会击穿而变成完全短路，产生大电流,过电流保护动作，
这往往与主电路对地绝缘不好有关；
②起动逆变电路时，起动电流比较大，如果截流动作整定值太低，整流电路因截流作用而使电压降低，输往逆变电路的能量不足发补充电路损耗，起动失败，这种情况往往在重载起动时；
③一臂逆变晶闸管不导通时，相当于功率因数很低的工作情况，起动电流也很大，产生过电流保护动作。这种现象可通过检查逆变晶闸管的导通情况来判断。
④起动时间 T不够也会引起逆变电路短路。
⑤存在干扰，也是起动失败的原因之一。
4．维修电工处理故障的基本方法：
（ 1）检查工频电压是否正常；
（ 2）检查仪表箱上各稳压电源的电压，电流读数是否正常；
（ 3）按 SB1接通工频电源，将 K1常闭触点用纸片塞住，调节电位器 RP，检查整流电压是否能正常的调节，如以上均正常，则故障出在逆变电路。
（ 4）用 1000HZ的他激电源检查逆变触发电路，注意逆变稳压电源电流的数值是否正常。
（ 5）检查主电路有无短路现象。补偿电容有无击穿短路现象等。
【 扩展内容 】,
一、三相有源逆变电路
1．三相半波有源逆变电路
三相半波有源逆变电路
(a) 电路
（ b）输出电压波形
（ c）晶闸管两端电压波形中频感应加热电源
逆变器输出直流电压的计算式为,(α>90° )
工作过程分析
在 β=60° 时,有电动势 E的作用,VT1仍可能承受正压而导通。则电动势 E提供能量，有电流流过晶闸管 VT1，输出电压波形。然后，与整流时一样，按电源相序每隔 120° 依次轮流触发相应的晶闸管使之导通，同时关断前面导通的晶闸管，实现依次换相，每个晶闸管导通 120° 。
c o s17.1c o sc o s 200 UUUU ddd
2．三相全控桥有源逆变电路
三相全控桥带电动机负载的电路
（ a）电路
（ b） β=30° 时三相全控桥直流输出电压波形中频感应加热电源
工作过程分析
当 α<90° 时，电路工作在整流状态，当 α>90° 时，电路工作在逆变状态。要求每隔 60° 依次轮流触发晶闸管使其导通 120°,触发脉冲都必须是宽脉冲或双窄脉冲。逆变时输出直流电压的计算式为
(α>90° )
中频感应加热电源
晶闸管的换流过程分析。
设触发方式为双窄脉冲方式。在 VT5,VT6导通期间，发、脉冲，则 VT6继续导通，而 VT1在被触发之前，由于 VT5处于导通状态，已使其承受正向电压，所以一旦触发,VT1即可导通，若不考虑换相重叠的影响，当 VT1导通之后,VT5就会因承受反向电压而关断，从而完成了从 VT5到 VT1的换流过程，其它管的换流过程可由此类推。
二、有源逆变电路的应用
直流电机可逆拖动
绕线式交流异步电动机串级调速
高压直流输电
其他方面。
1.晶闸管直流电动机可逆拖动系统
反并联可逆系统的四象限运行图中频感应加热电源
两组晶闸管变流器反极性连接，有两种供电方式：
一种是两组变流器由一个交流电源或一个整流变压器供电，称为反并联连接；
一种是两个变流器分别由一个整流变压器的两个二次绕组供电，或由两个整流变压器供电，称为交叉连接。
中频感应加热电源
根据对 环流的处理方法不同,反并联可逆电路又可分为几种不同的工作方式：
逻辑控制无环流
配合控制有环流
错位控制无环流工作方式等逻辑控制无环流可逆电路分析
逻辑控制无环流可逆电路 就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过程，只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情况，也就不会产生环流。
电动机正转：给 Ⅰ 组变流桥加触发脉冲，＜ 90°,为整流状态； Ⅱ 组桥封锁阻断。电动机为“正转电动”运行，工作在的第一象限。
电动机由正转过渡到反转：在此过程中，系统应能实现回馈制动，把电动机轴上的机械能变为电能回送到电网中去，此时电动机的电磁转矩变成制动转矩。由第一象限经第二象限进入第三象限的过程。
电动机从反转过渡到正转的过程是由第三象限经第四象限到第一象限的过程。
（ 2）有环流反并联可逆系统三相半波 α ＝ β ＝ 60 ° 有环流可逆电路的波形中频感应加热电源
有环流反并联可逆系统是反并联的两组变流桥同时都有触发脉冲，在工作中两组桥都能保持连续导通状态，负载电流 Id的反向也是连续变化的过程，动态性能较好。
要求当一组桥工作在整流状态时，另一组桥必须工作在逆变状态。这样才能使两组桥的直流侧电压大小相等，极性逆串，不会产生直流环流。
这种运行方式也称为 α ＝ β 工作制的配合控制。
中频感应加热电源
α ＝ β 工作制触发脉冲的具体实施如下：
1)当 Uc=0时，两组桥的控制角相等，均为 90。，则
=Ⅱ(= β Ⅱ)= 90°,电动机转速为零。
2)当 Uc增大时,I组桥的触发脉冲左移，使＜ 90°,进入整流状态，交流电源通过 I组桥向电动机提供能量，电动机处于正转电动状态； Ⅱ 组桥的触发脉冲右移相同角度，使 β Ⅱ ＜ 90°,(且
β Ⅱ ＝ )，此时 Ⅱ 组桥虽有输出电压 Ud，但因不满足＞而没有逆变电流，称这种状态为待逆变状态。
中频感应加热电源
3)欲使电动机反转，只要使 Uc减小，可使与 β Ⅱ 同步增大，两组桥的直流输出电压值 UdI,UdⅡ 立即同步减小。继续增大及 β Ⅱ,并保持 E稍大于 Ud，则电动机在整个减速过程中能够始终产生制动转矩，
从而实现快速制动。
4)当与 β Ⅱ 增至 90° 时，两组变流桥的输出直流电压开始改变极性，
此时电动机转速也减至零,E=0，此后 I组桥因 β I＜ 90° 进入待逆变状态,Ⅱ 组桥因 Ⅱ ＜ 90° 进入整流状态，交流电源通过 Ⅱ 组桥向电动机供电，电动机处于反转电动状态。
为了限制环流，必须串接均衡电抗器。在可逆系统中通常将环流值限制在额定直流输出电流的 3％ -10％。
2．绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速
(1)串级调速的原理
调速方法特点：
简单、投资少，但其调速不平滑、附加电阻耗能大；
实现无级调速，而且具有节能、机械特性较硬等特点；
中频感应加热电源
晶闸管串级调速主电路原理图中频感应加热电源
分析串级调速的原理转子电动势为 sE20，转子电流值为：
在转子中串人与转子感应电动势 sE20同频率、反相的附加电动势 f时，
转子合成电动势减小 f，转子电流减小为：
在转子中串入与 sE20同频率、同相的 Ef时，转子合成电动势增大为
sE20+Ef，转子电流增大为：
22022
202
)( sxR
EsEI f
2
20
2
2
20
2 )( sxR
EsEI f
22022
202
)( sxR
sEI
(2)低同步晶闸管串级调速
晶闸管串级调速主电路原理图中频感应加热电源
转子回路经三相桥式整流后输出直流电压 Ud为
串级调速系统运行时，由晶闸管组成的有源逆变器一直处于逆变工作状态，将转子能量反馈给电网，逆变电压为引入转子电路的反电动势。
改变逆变角的数值即可改变电动机的转差率，从而达到调速的目的。
逆变角的变化范围一般为 30° ～ -90° 。
ld sEU 235.1?
（ 3）高压直流输电
高压直流输电系统原理图
(a)原理图 (b)桥臂中晶闸管串联方式中频感应加热电源
高压直流输电系统的工作原理分析
中间的直流环节未接负载，起传输功率的作用，通过分别控制两侧变流桥的工作状态就可控制电功率的流向。
如左边变流桥工作于整流状态、右边变流桥工作于有源逆变状态，
则系统由左边电网向右边电网输送电功率。
变流桥均采用三相桥式全控电路，每个桥臂由许多只光控大功率晶闸管串联组成。
光控晶闸管光脉冲只需 0.1ms，因此，用光脉冲可以同时触发桥臂中这些处于不同电位的多只串联晶闸管。
