中频电源电路设计
感应加热电源中频率跟踪控制电路的设计与分析
计数器 的就是 当频率 降低时，在输入信号和输出
图２ 所示。第一部分主要是通过压控振荡器来调节
频 率 ，使 输 出 电压 和 输 入 电压 的 频率 相 同 ，但 是
两者之 间相位差 比较大 ；第二部分主要 是逻辑 电
路 ，通过鉴频鉴相器实 现频率和相位的 比较。鉴 相器 由三个计数器构成 ，将输入信 号与压控振荡
器 的输 出信 号 的相 位 进 行 比较 ，从 而 输 出一 个 相
Ｖ Ｄ 、尺 构成一恒流源 ，在输 出脉冲在产生错位 或者进位脉冲时 ，压控振荡 电路恒流源停止 向电
容Ｃ 充 电，充 电电容放 电，频率就会下降，重新
使恒流源开始充 电，使两者频率相 同。因此设计 了三组计数器来实现频率 、相位的比较。 第 １ 组计数 电路 当输 出信号超前输入信号时
高 电平就 可以使计数器 Ｉ 清零 ，滤波计数器输出
端 为 低 电平 ，恒 流 源 放 电 ，电容 电压 降低 ，经 过
１ ）压控振 荡器 电路
电路 中 Ｃ ５ ０ 双 ４ 二 进 制 同 步 加 计 数 Ｄ４ ２ 是 位
压控振荡器输 出的脉冲频率也就会降低 ；第 Ⅱ组
器 ，当输 出信号为高 电平时 ，输 出端Ａ清零 。根
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｅ ｕ ｎ ｙ ｔ ｃ ｉｇｃ ｎｒ ｌ ｉ ｕ ｔ ｆｍｅ ｉｍ ｒｑ ｅ ｃ ｄ ｃｉｎ ｈ ａｉｇｐ ｗｅ ｕ ｐｙ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｓｒ ｃ ： ｆ ｑ ｅ ｃ ａ ｋｎ ｏ ｔｏ ｒ ｉ ｏ ｄｕ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｉ ｕ ｔ ｅ ｔ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ｅ ｉｎ ｄ ｒ ｒ ｃｃ ｎ ｏ ｎ ｓ ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ Ｏｔ ａ ｈ ｖ ｒｅ ｆｉｄ ｃｉｎ ｈ ａｉｇ ｐ ｗｅ ａ ｒ ｎ ｔｅｒ ｓ ｎ ｎ ｔｔ ｔ ｏ ｒｆ ｃｏ ｎ ｔｉ ａ ｅ，Ｓ ｈ ｔ ｅ ｉ ｅｔｒｏ ｕ ｔ ｅ ｔ ｏ ｒｃ ｎｗｏ ｋ ｉ ｈ ｅ ｏ ａ ｔｓａｅｗｉ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｒ ｔ ｎ ｎ ｏ ｎ ｈ ｎ ａ ｒｅ ｕ ｌ ｏ １ Ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｃｒｕ ｔ ｅ ｌ ｅ ｒｑ ｅ ｃ ｒ ｃ ｉ ｇ ｔｒ ｕ ｈ ｔ ｅＶＣＯ ｎ ｏ ｉ ｉｃ ｉｓ Ａｆｅ ｅ ｒｏ ｑ ａ ． ｈ ｏ ｔｏ ｉ ｉ ｒ ａｉ ｓｆｅ ｕ ｎ ｙ ｔａ ｋｎ ｈ ｏ ｇ ｈ ｔ ｃ ｚ ａ ｄ ｌ ｇｃ ｃｒ ｕｔ． ｔ ｒ ｏ ｃｌ ｓ ｏ ｅＳ ｅ ｔ ｇ ｃｒｕｔ ｔｂｌ ｙａ ｄｓｇ ｉ ｃ ｎｌ ａ ｔｒ ｐ ｅ ｒ ｒ ｖ ｄ ｓ ｉ ｏ ｃ ｐ ’ ｔｓｉ ， ｉｃ ｉ ｓａ ｉｔ ｎ ｉ ｆ ａ ｔ ｃ ｐｕ ｅｓ ｅ ｄａｅｉ ｌ ｎ ｉ ｎ ｉ ｙ ｍｐ ｏ ｅ ．
基于MSK4225的中频电源设计和实现
第１２卷第１２期 ２０１０年１２月 电子元器仟壹用
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏｌ＿ｌ２ Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２０１０
ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９０．ｉｓｓｎ．１５６３－４７９５．２０１０．１２．００２ 基于ＭＳＫ４２２５的中频电源设计和实现
牛卫华 ，李军骑 ，罗伟 （１．中国人民解放军９１４０４部队，河北 秦皇岛０６６０００； ２．西安电子科技大学，陕西 西安７１００７１）
摘 要：介绍了ＰＷＭ调制放大器ＭＳＫ４２２５的基本原理和内部结构。并以其为核心，结合单片 机和ＤＤＳ芯片，给出了一种高精度、高效率的ＰＷＭ调制可变频中频电源的硬件电路，同时对 ＰＷＭ＇￣制放大器ＭＳＫ４２２５在中频电源中的使用进行了详细介绍。 关键词：ＰＷＭ￣Ｉ制放大器；正弦波；直接数字频率合成（ＤＤＳ）；ＭＳＫ４２２５
０ 引言 中频电源是广泛应用于国防和工业领域的一 种电能转换设备，它主要是将５０Ｈｚ交流市电转换 成频率为４００一ｌＯ００Ｈｚ和特殊电压的供电电源，以 供给同步电机、陀螺等特种设备使用。 中频电源按其功率变换形式可分为旋转电 机、线性放大和ＰＷＭ调制三种。在早期的中频电 源中。旋转电机是最为常用的一种，但由于其体 积大、噪音大、设备笨重、输出波形差等原因已 经被逐渐淘汰．在新的电源设备中很难看到它的 踪影：采用大电流高电压运算放大器也是中频逆 变电源的一种功率变换形式，该形式的优点是波 形好，电磁兼容性好，但这种方法效率低．只适 合于功率较小的情况；另外就是采用ＰＷＭ调制形 式的中频电源．这是现在最常用的一种中频电 源，这种方式可使逆变电源技术与现代数字控制 技术有效结合．并可通过ＤＤＳ频率合成技术或 ＤＳＰ控制使电源实现全数字化．它一般采用ＩＧＢＴ 或ＭＯＳＦＥＴ作为功率器件，因而具有功率大、效 率高等优点，但ＰＷＭ调制电路和ＩＧＢＴ￣￥动电路 比较复杂，且ＩＧＢＴ的开关频率有限，当输出信号 频率达到ｌｋＨｚ以上时，对于开关频率只有２０ｋＨｚ 左右的ＩＧＢＴ，其输出波形的失真度比较大。 ＰＷＭ放大器是一种高效率的功率放大器件． 几年来已被大量应用ｆ例如美国Ｍ．Ｓ．Ｋｅｎｎｅｄｙ公司 的ＭＳＫ４２２５）。这种放大器将ＰＷＭ调制电路、
基于DSP与CPLD的400Hz中频电源设计
第32卷第1期吉首大学学报(自然科学版)Vol.32No .12011年1月Journ al of Ji shou Universit y (Nat ural Science Edit ion)J an.2011文章编号:1007-2985(2011)01-0071-03基于DSP 与CPLD 的400Hz 中频电源设计*裴素萍,王耕(中原工学院电子信息学院,河南郑州450007)摘要:利用DSP 产生SP WM 波,驱动IGBT 逆变,从而产生纯正弦交流电进行400H z 中频电源的研究与设计.给出了以DSP 为主控芯片的主电路、控制电路以及软件设计的流程.实验结果表明:利用DSP 与CPLD 使得控制电路大为简化,改善了功率因数,减少了谐波影响,从而提高了工作效率.关键词:DSP ;SPWM;逆变;CPLD中图分类号:T N86;TN702文献标志码:A三相400H z/115V 交流电源广泛应用于航天、航空及军用设备的动力系统中.逆变电源车是频率为400Hz 的交流中频电源,它在工业、国防、航海、航空等领域中应用非常广泛.它要求电源的波形是纯正弦,谐波含量不大于5%,工作电压为115V.该电源的频率、相位等参数的精度要求较高,对研制、生产的军用电源的参数需准确测试,使其满足军用标准,提高我国国防装备的科技水平,满足现代化高科技的发展需要.目前,该电源有2种产生方式:利用专用400Hz 发电机组产生;由工频电源经交直交变换,由电子电路控制大功率开关器件,经滤波变压后产生.对于发电机组来讲,由于发电机绕组的不对称性及转速不稳定性,都会使输出的频率及相位有误差.而对于电子方式产生的电源,受大功率器件特性及控制策略的影响,也会产生相移或频率不合要求.另外,电源在带载或三相作为单相运行时,也会引起相位或频率的变化.为了满足输出纯正弦波的要求,采用SPWM 脉宽调制技,该技术是通过一定的规律控制功率半导体器件的通断,获得一组等幅不等宽的矩形脉冲,用作近似正弦波.利用传统的模拟方法,电路复杂,有温飘的现象,限制了系统的性能.数字法则需要按照不同的数学模型用计算机计算出各切换点的时间,即所谓的规则采样,将采集的所有切换点放入内存,然后通过查表及必要的计算再生成SPWM 波,但数字法因受内存影响较大,不能保证系统的精度.[1-3]2种方法都不理想,因此笔者选用DSP 控制,逆变器输出三相正弦交流电,构成了静止式逆变电源.这种方法设计的中频电源具有噪音低、转换效率高、工作可靠、使用方便等优点.1系统结构组成图1系统结构图DSP 控制器选用TI 公司的16位定点TMS320F 2407A,它是一种性价比较高的DSP,集成6路PWM 输出,每个输出都有可编程的死区功能.与单片机相比,单片机的P WM 模块没有死区功能,必须用软件或外接硬件来实现,所以使用DSP 可以提高系统的可靠性.利用DSP 的A/D 可以实现对检测电流、电压的A/D 转换,再通过CPLD 译码送LED,从而显示电压、电流、频率的当前值.在DSP 的指令控制下,产生了SP WM 波,构成控制系统.DSP 不仅可以完成对输出的SPWM 波的脉宽、频率进行控制,还可以完成模拟信号的电压、电流以及交流电频率的检测和显示,当出现过电流、欠电压的异常现象时,能够自动保护、报警.电源车系统结构原理图如图1所示.TMS320F 2407A 还集成了16路A/D 转换通道,最快A/D 转换时间为375ns,可用于对电压和电流进行快速检测.这种DSP 还提供串行接口SPI 和SCI 模块、41个通用I/O 引脚、可编程看门狗定时器、片内集成了2kB 单口RAM 、544字双*收稿日期6作者简介裴素萍(6),女,河南新乡人,中原工学院电子信息学院讲师,硕士,主要从事电气控制与智能电网研究;王耕(6),男,河南郑州人,中原工学院电子信息学院副教授,主要从事电机电器设计与控制研究:2010-10-2:197-197-.口RAM 、32kB flash 程序存储器.TM S320F2407A 的最高工作速度可达40MIPS,高速的运算速度有助于实现先进的控制算法.三相脉宽调制波发生器构成的控制电路,产生SP WM 脉冲,经功率放大后驱动IGBT 功率模块组成的逆变器,生成频率为400H z 的正弦交流电,经变压器输出电压为115V.[4]2系统主电路图2主电路图中频电源车主电路的工作原理如图2所示.三相工频交流经EM I 滤波器滤波后,由整流桥模块整流,再经电容滤波,加至由IGBT 构成的桥式逆变电路,该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波,再由输出滤波器滤掉高频谐波,得到中频正弦波,最后由变压器隔离、变压(升压或降压)后提供给负载.SPWM 脉冲波由主控制电路产生,并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度,从而保证输出电压的稳定.三相逆变电路是将直流电逆变为400H z 的三相正弦交流电,主开关功率元件选用日本富士公司生产的两单元IGBT 模块(3只),额定容量为75A,每只元件上都另配缓冲保护电路.如图2所示,主电路是典型的AC-DC-AC 逆变电路,将输入的三相交流电经整流、滤波后以直流电供给逆变器.逆变器输出为三相交流电,频率为400H z,再经变压器隔离变压,就变为115V 的交流电.3系统控制电路图3控制电路图系统控制框图如图3所示.控制电路控制逆变电路和电源输出的频率及电压、人机界面、主电路和逆变电路的接通与断开.采用DSP 为系统的控制核心,控制快速准确,使系统具有响应快、运行稳定、可靠的特点.本系统控制器选用TI 公司16位定点T MS320F2407A,其产生载频为20kHz 的SPWM 脉冲信号,由脉宽调制信号输出端口输出,通过驱动电路加到IGBT 的栅极,控制逆变电路正常工作,同时根据电压和电流的反馈值调整SPWM 脉冲信号的脉宽,从而保持输出信号幅度的稳定.4系统软件图系统软件设计流程图系统软件设计流程图如图4所示,包括DSP 初始化、脉宽计算、报警、数值转换子程序、显示扫描程序等.其中按键1表示显示功能,按键2表示停机功能,按键3表示初始化功能.通过初始化命令可以对各参数值进行设定,并实施对主电路的控制,逆变出400H z 的三相交流电.程序流程采用顺序结构,调用子程序简单方便,显示子程序可将电压、电流、频率的数值送LED 分别显示出来.在整个工作过程中,随时对电流、电压进行测量比较,一旦出现过流、欠压可及时报警、严重时可以自动停机.SPWM 波产生的方法主要有3种:自然采样法,对称规则采样法和不对称规则采样法.利用正弦波和等腰三角波的交点时刻来决定开关管的开关模式,从而生成SPWM 波的方法是自然采样法,这种方法生成的SPWM 波的脉宽方程是一个超越方程,求解起来要花费较多的时间,因此自然采样法的数学模型不适合用于实时控制.对称规则采样法是以每个三角波的对称轴(顶点对称轴或底点对称轴)所对应的时间作为采样时刻过三角波的对称轴与正弦波的交点,作72吉首大学学报(自然科学版)第32卷4.平行t 轴的平行线,该平行线与三角波的2个腰的交点作为SP WM 波的开关时刻,这2个交点是对称的,因此称为对称规则采样法.这种方法实际上是用一个阶梯波去逼近正弦波,由于在每个三角波周期中只采样1次,因此计算得以简化,但其形成的阶梯波与正弦波的逼近程度仍存在较大的误差.不对称规则采样法在前2种方法的基础上改进了其不足之处,这种方法既在三角波的顶点对称轴位置采样,又在三角波的底点对称轴位置采样,即每个载波周期采样2次,这样采样所形成的阶梯波与三角波的交点不对称,所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度大大提高.正是因为这点,本系统软件设计算法选择的是不对称规则采样法.用单片机作为控制器,软件设计则使用数字法受内存影响较大,不能保证系统的精度,笔者使用DSP 作为控制器可以避免这种缺点,保证系统的精度.5结语系统实验波形如图5所示.图5系统实验波形实践表明,利用DSP 与CPLD 使得控制电路大为简化,器件少、体积小,降低了成本.载波频率高,输出波形为纯正弦.经测试:电压稳定度小于1%,频率稳定度为0.05%,总谐波含量为1%,在200%的负载时,短路保护动作,可立即关闭电源,满足性能指标的要求,提高了系统的控制精度.采用厚膜驱动电路,具有自保护功能,使IGBT 逆变器的工作更加可靠.如果将逆变器作为变频电源使用,用于交流电动机的变频调速系统,只需改变DSP 初始化控制字的设定.改变输出交流电的频率和工作电压是十分方便的,省去了大量的编程工作,还能够做到实时控制,由于其波形是纯正弦,则可以改善功率因数,减少谐波的影响,从而提高工作效率.参考文献:[1]王福瑞.单片微机测控制系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.[2]李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南[M ].北京:机械工业出版社,2003.[3]王晓明.电动机的DSP 控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.[4]冯玉生.单片机控制三相PWM 产生器的逆变电源设计[J].电力电子技术,2005,39(4):21-23.Design of 400Hz Mid Frequency Power SupplyBased on DS P and CPLDPEI Su ping,WANG Geng(Zhongyuan Univer sity of Technology,Zhengzhou 450007,China)Abstr act:The paper proposes a new way to obtain pure sinusoidal based on DSP for the research and de sign of 400H z AC power supply.It gives the main circuit,control circuit and software design flow chart.A prototype is designed using the DSP as the master chip.The experimental result shows that this way not only can simplify the system str ucture by DSP and CPLD,but also can improve the power factor,re duce harmonics and enhance efficiency.Key words:DSP;SPWM;invert;CPLD(责任编辑陈炳权)73第1期裴素萍,等:基于DSP 与CPLD 的400H z 中频电源设计。
晶闸管中频感应加热电源
晶闸管中频感应加热电源晶闸管中频电源又称为可控硅中频电源，是0.4~10KHz频段主要的感应加热电源，也是大部分钢材感应加热快速热处理采用的电源。
晶闸管中频电源从电源从电路结构上划分有两种类型，即并联逆变中频电源和串联逆变中频电源。
这两种中频电源国内已大量生产并广泛应用。
晶闸管并联逆变中频感应加热电源晶闸管并联逆变中频电源具有负载适应能力强、工作稳定可靠、过电流保护特性好、电源功率大等优点，是应用最广泛的中频电源。
（1）电源电路的基本结构晶闸管并联逆变中频电源电路的基本结构。
三相桥式全控整流电路由VR1~VR6组成，整流后的直流电经电感线圈滤波器L d滤波后，输入到由晶闸管VR7~VR10组成的逆变电路中。
整流电路采用相控方式控制晶闸管导通角a，实现对输出电压U d的调节。
负载电路由补偿电容C h与电感负载L H并联组成。
（2）逆变电路的工作原理逆变电路是将直流电I d通过VR7~VR10晶闸管的开关作用，将其变换为频率为f的中频电流供给负载电路。
在介绍逆变原理之前先了解一下交流电的周期T与频率f的关系。
逆变就是将直流电变换为周期为T的具有正弦波形的交流电，中频频段电流的f为0.4~10KHz，其T值相应为4*10-2~10-4s。
以下介绍晶闸管逆变电路的工作原理。
假设0<t<T/2期间，VR7、VR9导通，、VR10导通；、VR9关断。
此时，逆变电路输出电流为I d、电流频率f=1/T的交流电。
这就是晶闸管逆变电路的简单工作原理。
有关详细内容请参阅专业的电子电力技术文献（以下各类逆变电路均相同，不重复注明）（3）晶闸管并联逆变中频感应加热电源的的应用这类中频感应加热电源由于负载适应性强，但是启动操作不便，比较适用于钢材连续热处理生产线电源。
另外，其容量大、工作稳定可靠，则适用于无缝钢管感应加热调质处理生产线电源。
总之，晶闸管并联逆变中频感应加热电源可以作为钢材连续感应加热快速热处理的主要电源。
中频电源工作原理
中频电源的工作原理1. 引言中频电源是一种用于将高频交流电转换为中频交流电的设备，广泛应用于各种工业和科研领域。
它的主要作用是为高频设备提供稳定的电源，同时还能实现功率调节和频率调节等功能。
本文将详细解释中频电源的工作原理，包括整体结构、基本原理、输入输出特性和控制方式等内容。
2. 中频电源的结构中频电源通常由以下几个部分组成： - 输入滤波器：用于滤除输入端的高频噪声和干扰信号，保证输入信号的纯净度。
- 整流变压器：将交流输入信号通过整流桥等元件进行整流，并降低电压。
- 中间直流环节：通过直流滤波器对整流后的信号进行滤波，得到稳定的直流电压。
- 逆变器：将直流信号经过逆变器转换为中频交流信号。
- 输出变压器：对逆变后的中频交流信号进行升降压处理，得到所需输出。
3. 中频电源的基本原理中频电源是通过将高频交流信号经过整流、滤波和逆变等处理，最终得到所需的中频交流信号。
下面将详细介绍中频电源的基本原理。
3.1 整流中频电源的输入信号通常是高频交流信号，为了将其转换为直流信号，需要进行整流处理。
整流可以通过多种方式实现，常见的有单相桥式整流和三相桥式整流。
3.1.1 单相桥式整流单相桥式整流采用4个二极管构成一个桥形结构，如图所示：当输入交流信号的正半周时，二极管D1和D3导通，而D2和D4截止；当输入交流信号的负半周时，则D2和D4导通，而D1和D3截止。
通过这样的工作原理，可以将输入交流信号转换为具有同样幅值但只有正半周或负半周的脉动直流信号。
3.1.2 三相桥式整流三相桥式整流与单相桥式整流类似，不同之处在于它采用了6个二极管构成一个桥形结构，如图所示：通过这样的结构，可以将三相交流信号转换为具有同样幅值但只有正半周或负半周的脉动直流信号。
3.2 滤波经过整流后的信号仍然存在较大的脉动成分，为了得到稳定的直流电压，需要进行滤波处理。
滤波通常采用电容器和电感器等元件组成的滤波电路。
3.2.1 电容滤波电容滤波是一种常见且简单有效的滤波方式。
重新解析中频电源的工作原理
重新解析中频电源的工作原理重新解析中频电源的工作原理第一部分：引言中频电源是一种常见的电力转换设备，广泛应用于工业生产、通信设备以及医疗器械等领域。
它可以将高频交流电转换为所需的中频电流，以满足不同电子设备的工作要求。
然而，对于非专业人士来说，中频电源的工作原理可能有些复杂难以理解。
在本文中，我们将重新解析中频电源的工作原理，通过深入探讨其多个方面，帮助读者更全面、深刻地理解这一重要设备。
第二部分：中频电源的基本原理在重新解析中频电源的工作原理之前，首先需要了解它的基本原理。
中频电源主要由一个高频发生器、一个变压器和一个整流电路组成。
高频发生器产生高频交流信号，经过变压器降压后，通过整流电路转换为中频电流输出。
中频电源通常具有较高的输出功率和高效率，能够稳定地为电子设备供电。
第三部分：高频发生器的原理和作用高频发生器是中频电源的核心组成部分之一。
它主要负责产生高频交流信号，为后续的电能转换提供基础。
高频发生器通常采用晶体管或功率场效应管等器件，通过电路设计和频率控制实现高频信号的产生。
同时，高频发生器还需要具备稳定性和调节性能，以确保中频电源输出的稳定性和适应性。
第四部分：变压器的原理和作用变压器是中频电源的另一个重要组成部分，负责将高频交流信号降压至所需的电压水平。
变压器基于电磁感应的原理工作，将输入端的高压电流经过绕组的变换，输出所需的中低电压。
变压器具有较高的转换效率和较低的能量损耗，是中频电源中不可或缺的部分。
第五部分：整流电路的原理和作用整流电路是中频电源的最后一个关键组成部分，负责将高频交流信号转换为直流信号输出。
整流电路通常采用二极管整流器和滤波器结合的方式，将交流信号的负半周去除，只保留正半周的信号。
这样可以将高频交流信号转换为稳定的直流电流，以供电子设备正常工作。
第六部分：总结和回顾通过重新解析中频电源的工作原理，我们可以得出以下结论：1. 中频电源是一种将高频交流电转换为中频电流的电力转换设备。
中频炉控制电路原理
中频炉控制电路原理
1.电源电路
电源电路是中频炉控制电路的基础，主要提供稳定的电源供给。
一般采用三相交流电源，通过三相变压器进行降压，并经过整流电路将交流电转换为直流电。
2.整流电路
整流电路将交流电信号转换为直流电信号，一般采用整流桥电路来实现。
整流桥电路由四个二极管组成，能够将传统交流电转换为具有一定脉动的直流电。
3.逆变电路
逆变电路将直流电信号转换为中频交流电信号，用于供给中频炉的感应线圈。
逆变电路一般采用全桥逆变电路，由四个可控硅组成。
4.功率控制电路
功率控制电路用于对中频炉的加热功率进行调节。
根据加热负荷的需求，通过调节电流引入的角度和脉宽，可以实现对功率的控制。
5.保护电路
保护电路用于对中频炉的工作状态进行监测和保护。
主要包括过电流保护、过压保护、欠压保护、温度保护等功能。
当检测到异常情况时，保护电路可以及时切断电源，避免对设备和人员的损害。
以上就是中频炉控制电路的主要原理。
通过电源电路、整流电路、逆变电路、功率控制电路和保护电路的配合工作，中频炉可以实现稳定的加
热功率和频率，并保证设备和人员的安全。
实际中频炉控制电路的设计还需要考虑到各种因素，比如系统的稳定性、控制的精度、安全性和可靠性等。
因此，设计中频炉控制电路需要综合考虑各种因素，并根据具体需求进行优化设计。
KGPS晶闸管中频电源保护电路的设计
过对 Ｋ Ｐ Ｇ Ｓ品 闸 管 中频 电源 产 生 故 障 的原 因 进 行 分析 ， 计 了相 应 的保 护 电路， 其在 发 生 故 障 时 能及 时保 护 电源 设 备 。 设 使 关 键 词 ： 品 闸管 中 频 电源 过 电压保 护 过 电流保 护
中 图分 类 号 ：Ｔ ６ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １７．８ １（ ０ ８ ３６ ．２ Ｎ８ ６ ２４ ０ ２ ０ ）０ ．２０
１ 引 言
品 闸管 中频 电源 以其 效 率高 、制造 周 期短 、 安装 维 修方便 、操作 简便 、 占地 面积 小 、容 易 实 现 自动控 制 、环保 等 突 出的优 点，得 到 了越 来越 广泛 的 应用 。然而 ，由于 品闸管 中频 电源装 置 的
工 作受 供 电电 网及 负 载的 影响较 大 ，而且 晶 闸管 元件 的超 载 能力又 较 小 ，故 要使 装置 可靠］ 作 ，
３ＫＧＰ Ｓ晶 闸 管 中频 电源 的常 见故 障
Ｋ Ｓ 品闸管 中频 电源 常见 的故 障类型 有 ： ＧＰ
保护 电路 。限流 限压 电路设 计如 图 ２所 示 ，电流 、 电压 检 测 电路 分别 取 出负载 的 电流 和 电压信 号 ， 经过 桥式整 流 电路后 ，分 别从 Ｒ ５ Ｒ ６ Ｐ 和 Ｐ 上得 出
缘 被击 穿而造成相 间短 路等等 。在 Ｋ Ｓ晶闸管 ＧＰ
中频 电源装 置 中，整流 桥 的某个 品 闸管若 由于某
必须 要有 完备 的保护措 施 。本 文分析 了 Ｋ Ｐ Ｇ Ｓ品 闸管 中频 电源 产 生故 障的 原因 ，设计 了相应 的保 护 电路 ， 使其 在发 生故障 时能及 时保护 电源 设备 。
６２
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摘要随着科学技术的发展以及提高我国国防能力的需要，对军事设施的技术改造已被列为军事技术改造中的重点。
中频电源指输出频率为400Hz的电源，它可以为动力系统及导航与武备系统供电。
传统的400Hz中频电源体积大，输出波形不稳定。
本文所设计的400Hz中频电源通过整流电路、逆变电路、积分电路、放大电路和检波电路及控制其最后的输出电压，实现了电压的稳定输出，具有体积小、功率大和波形无失真等优点，有着广泛的用途和良好的发展前景。
关键词：中频电源，PWM调制，输出变压器电力电子装置及系统课程设计任务书一、课程设计的目的通过电力电子装置及系统的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。
2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。
5、提高学生课程设计报告撰写水平。
二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%●输出功率：4kW●输出电流：22A●功率因数：0.8二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%●输出功率：4kW●输出电流：22A●功率因数：0.8●效率：85%设计内容：●主电路设计和参数选择●控制系统及辅助电源电路设计●电路仿真分析和仿真结果要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。
严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。
设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。
三、课程设计报告基本格式目录内容：1. 设计的基本要求所要设计的装置的主要技术数据设计装置要达到的要求最好简述所设计装置的主要用途2. 系统主电路设计与计算电路结构设计开关器件选型与计算缓冲电路选型与计算输入输出滤波电路选型与计算3. 控制电路路设计控制单片机选型（说明单片机的特点）检测电路设计驱动电路设计保护电路设计控制方法设计4. 总结参考文献目录摘要 (1)第一章绪论 (5)第二章滤波器 (6)第三章变压器 (8)第五章缓冲电路 (10)第六章主电路 (12)第七章控制电路 (17)第八章控制系统及辅助电源设计 (20)第九章电磁兼容技术和措施 (24)电路原理图 (28)参考文献 (30)第一章绪论一、中频稳压电源简介稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。
按照电源的类型可分为交流稳压电源和直流稳压电源两大类；按照开关频率的高低可分为工频稳压电源、中频稳压电源和高频稳压电源。
二、稳压电源发展历史1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。
此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子式换流设备。
由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。
由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。
60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。
省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。
70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。
第二章滤波器一、滤波器设计（1）输出滤波器输出滤波器的作用是减小输出电压中的谐波，并保证基波电压传输。
因滤波电容和负载并联，它可以补偿感性电流，但是，滤波电容过大，反而会增加变压器的负担。
因此，在设计滤波电路时，首先确定滤波电容的值。
设计基本原则就是在额定负载时，使容性电流补偿一半的感性电流。
I C=psinϕ2U0cosϕ=5000×0.62×220×0.8=8.52AC=I CU ow=8.52×106220×2π×400μF=11.79μFf i=(2×18−1)×400=14000HzW o=2kHzf=12π√LC∴L=0.537mH折算到原边的电感为L1=(1k )2L=0.905mH（2）直流滤波电路本装置中直流滤波电路主要担负低通滤波的作用，滤除三相整流的6脉动波。
为了保持母线电压为平稳直流，整流电路必须向滤波电容提供电能。
三相全桥整流电路的输出电压和电流脉动频率为300Hz,整流电路向电容补充能量的间隔周期为3. 3ms。
逆变电路的平均输入电流：I d=p0ηU c=5000(0.85×468)=12.57A由∆U C=I∆t C⁄可知：C=I∆t∆U C=12×3.33×10−34.5=8880μF(其中电容上电压∆U C取4.5V，电容的充电周期∆t=3.3ms)当用8只4700μF/400电解电容串并联后组成800V，9400μF的电容式，满足要求。
对LC滤波电路：1/(2π√LC)/f m=1/5可以解得L=0.75mH。
在设计滤波电路时要注意阻尼系数ε=12R√LC，当阻尼系数小于1，在切除充电电阻或者负载突变时电路容易发生振荡，电容上将出现过高的浪涌电压，甚至使得装置无法正常运行。
值得提出的是，如果逆变桥输人是直流也需要直流滤波电路，保证器件的开关过程中直流母线电压纹波比较小，滤波电路计算方法同上，只是脉动频率f m取开关频率，单极倍频取开关频率的两倍，L ,C的值会小得多。
第三章变压器二、输出变压器设计变压器生产厂家可以设计并制作变压器，但必须给出以下参数：输出功率，原边电压、电流，副边电压、电流，基波频率和对磁密余量要求。
从下面的设计过程可以了解它们的作用。
1.铁芯的选择电源的输出功率为4kW,cos∅=0. 8，频率f为400Hz。
根据变压器设计手册可以初步选择CD40 X 80 X 120mm的400Hz铁芯。
采用CD型铁芯，每个绕组一般分成左、右两个相同的线圈组成，这样外形对称、重心合理。
铁芯外形尺寸和绕法如图8. 4所示。
手册给出的参数中视在功率为6. 4kVA，磁芯截面积S C = 28. 5cm2，窗口面积S0=6.4X12=76. 8cm2，最大磁密B m=6550Gs，导线电流密度j=1. 45A/mm2。
2.绕组计算1）副边绕组U o=4.44fN2B r S c×10−8=4.44×400×N2×5240×28.5×10−8=220VN2=82.9匝（取为80匝）导线截面积：q=I0j =28.4A1.45A⁄mm2⁄=19.59mm2所以可以选择3根3×4.25mm2的玻璃丝包扁线并联绕制，左右各40匝，再串联，两根导线的截面为：q=2×3×4.25mm2=25.5mm2>19.59mm2（符合要求）2）原边绕组死区引起的电压损失：∆U=f S t d U b=7.2103×4×10−6×331V=9.5V 基波电流在滤波电感上压降为：U L=2πfLI1=2π×400×0.905×10−3×21.9=49.8V 变压器原边电压：U1=(331−4−9.5−49.8−12)V=255.7V变压器变比：k=U2U1=220V255.7V=0.86N1=N2k=800.86=93匝q=21.91.36=16.10mm2选用3根3*4.25m2的并联绕制，左右各47匝k=N2N1=8094=0.853.窗口占空比如果简单地按照导线截面计算窗口占空比，应该在0. 5以内，控制用小变压器的窗口占空比应该在0. 3以内。
本变压器的窗口占空比为：δ=qS0=(16.1×94+19.59×80)/(76.8×100)≈0.40第五章缓冲电路一二、开通缓冲电路在桥式电路中开通缓冲电感的设置还限制了二极管反向恢复期间的桥臂电流上升率，1200V IGBT的di/dt额定为200A/μs，所以选择电感L0≥U ddidt=540V200Aμs=2.7μH电感应该是线性的，可以直接用导线绕制成空心电感，圆导线做成的单层圆柱形线圈电感的大小为：L=μ0N2S l式中μ0为常系数12.57*10−7，N为线圈匝数，S为线圈截面积，l为线圈长度。
可依次公式绕指线圈，并用电感表测量，且同时调整线圈至其值为2.7μH即可。
三、关断缓冲电路设IGBT的电流恢复时间是t fi=1.5μs,又I1pm=28.7A,按照临界缓冲计算电容值C s。
C s=I m×t fi2V D=28.7×1.5×10−62×468≈0.046μF可选用1200V/47nF的高频电容电阻R s的取值应按以下条件:（1）使电容电荷在开关器件开通时放电完毕，即5R s C s<T on(min),其中T on(min)为调制过程的最小导通时间。
这个时间在SPWM的调制方式中比较难估计，一般在满足另一个条件的情况下，将R s取小。
不易过大。
（2）产生的附加电流∆i2=U dR S（3）R s的功率P S=0.5C S U d2f=0.5×0.047×10−6×5402×7.2×103≈49W 实际选用的电阻功率至少增加一倍，否则，温升比较高。
用20只5W/75Ω金属膜电阻串、并联可以组成100W/1552的无感电阻。
D S选用快恢复二极管MUR30100，它是1000V, 30A的二极管，其反向恢复时间约为35ns。