高频加热直流高压发生器技术说明
一、电路说明
本设备电器原理方框图如下：
1—1阳极直流高压发生器（主电路）
主电路由可控硅调压器、升压变压器、直流高压发生器高压整流器三部分组成，其工作过程是三项交流工频直流高压发生器首先经可控硅调压器调压，关至升压变压器的低压侧，经升压后，再送三项高压硅堆整流桥整流后供给震荡器的电子管做阳极直流高压发生器��其输出的直流电压在12KV内平滑调整，以满足不同加热负载的工艺要求。
1—2微机控制电路（简介）
控制电路的核心部分是MMCS-51系列**8位弹片微机，另外还有同步锁相电路、脉冲形成与放大电路、电压给定信号、直流电压负反馈及过电流保护电路和过压保护电路等。下面将分别叙述它们的工作原理。
1、 控制电路：
中央外理单元（CPU）。程序储存器（一般为ROM），数据储存（RAM）。输入输出接口等。单机片体积小、价格低，具有非常灵活的转移功能、速度较快、抗干扰能力强，特别适于作为控制处理器使用。
8031是一种**8位机，在一个40脚双列直插式集成电路中包括了：8位中央处理单元（CPU）；128*8位数据储存器（RAM）；32根输入输出引线（I/0）；2个16位定时/计数器；时钟电路等。
8031本身没有片内储存器，使用时需要外配程序储存芯片。尤其和外围硬件电路构成调电压直流高压发生器的控制系统方框如图二。
2、 同步电路：主电路的可靠工作，要求控制电路按照系统电压的相位向可控硅控制极输出一系列脉冲。这些脉冲，必须与系统电压保持严格的相位关系（即同步），才使可控硅的导通角相同，输出一定的电压。因此，在可控硅触发电路中，同步电路是非常重要的，为了**地控制可控硅的延迟触发角。本装置采用了数字脉冲控制，这就需要一种计算电角度的基本数字脉冲量一一锁相倍频脉冲。
本装置为了适应二进制计数，选择768，这样触发角精度可以控制在0.5度电度角以内，在可控硅调压器工作时，会电网反馈谐波电流，这些谐波电流流入电网在一定程度上会引起直流高压发生器电压波形畸变。为了准确地做到同步认相触发，本调压直流高压发生器除了在同步直流高压发生器信号输入端采用阻容元件滤波外，还利用反馈电压作为认相的信号，有效地避免了谐波干扰，即使在谐波电压相当严重的情况下也能正常地工作。这一点是模拟触发方式所无法相比的，为了使三相电路工作在*佳的对称状态，同步电路从分频器中间引出系统频率的n倍频率，即每个为60度电角的脉冲做为六拍脉冲去控制移相。可以做到等间距触发，*大限度地减小了谐波含量。
同步电路采用了中规模集成电路芯片CD4046锁相环，分频电路由4040、74LS92\74LS74组成，另外一片74LS74双D触发器组成等间距中断触发逻辑。其复位由单片机P2口控制。
方框图参见下图三。
图三 调压直流高压发生器的同步电路系统方框图
3、 输出电压的调整：
在微机控制电路中，采用直流电压—12V作为量大控制电压。为了解决电压输出的稳定度，本装置直接从直流高压经倍率电阻引入电压负反馈之间存在着非线性关系，例如，当移相角约60度时，即在电压*大值附近时，角度变化1度所引起的输出电压变化要比移相角度很小或很大时变化1度所引起的输出电压变化大得多。在负载中性点不接地的调压器控制中，可控硅的触发角移相范围大约为120度，输出电压与触发延迟角a的关系为：
Vd=1.35V2cosa (0＜a＜60°)
Vd=1.35V2[1+cos(60+a)] (60°＜a＜120°)
为了使输出电压能够线性地跟踪电位器的给定电压变化，在单片机的控制程序中设置了非线性较正环节，这样可以使操作人员调节更准确而且舒服.
. 运算放大器组成P1调节器。即比例积分调节器。采用这种电路，可保证输出电压的稳定性，提高了输出电压的稳定精度。同时该电路兼有软起动作用，使A/D输入电压在0.5s左右升到给定值以避免发生冲击，保证设备**可靠的运行。
4、 触发脉冲的形成与放大电路：
对于在感性负载的情况下，可靠地触发可控硅，本装置采用了脉冲宽度为120度的强电流触发，电流幅度大于300mA，这样可以触发任何规格的可控硅而不必考虑其触发电流的分散性。
为了缩小触发脉冲变压器的体积，在宽脉冲中间高频脉冲，触发脉冲实际上是由脉冲列组成的。
由单机片P1口输出的120°方波送入与非门74LS00的一个输入端，与非门的另一个输入端加上一个高频脉冲列，其输出端即输出120度宽脉冲列；然后再经反相并且提高电压，*后由功放管V-MOS加以放大输出。V-MOS是一种新型器件，它是大功率场效应管，具有输入阻抗高，电流放大倍数的特点，并且由一定的抗干扰能力，其控制极对于低于4V的电压信号不响应。
5、 相序检测电路：
为了方便使用，保护设备**运行，本调压器备有相序检测电路，避免用户初次安装或检修后相序出现错误，通电时对设备的冲击。相序接错后，U11第9脚出低电平，输入到8031第10脚RXD端，8031检测到这一低电平，程序输入相序错误子程序，不触发脉冲。同时数码管显示1’,通知操作人员时相序错误，改正接线后，设备方可投入运行。
6、 单片微机部分是控制电路的心脏和大脑，是*重要的部分，它是由单机片8031、地址锁存器74LS373、程序存储器2764三块芯片组成的。8031内部不带只读存储器ROM，所以国软件程序在2764芯片中，2764为8K*8位只读存储器，程序出厂时已经写好，使用紫外线光源照射芯片的窗口，可以把程序擦除，所以一般2764的窗口需要用不透光的黑纸覆盖。8031的P1口用于输出触发脉冲信号，此脉冲信号共有6路。分别送给触发脉冲形成与放大电路，按一定的控制相位触主电路可控硅，8031的INTO口用于输入方式，检测加热继电器的动作。TO口输入代表电角的高频同步脉冲FO，用以计量可控硅的延迟导能角。INTI口用于同步中断信号的输入，中断信号的每个周期产生6个，互相间隔60°，其中用于同步信号，其余5个位顺序想跟的60°等间距中段脉冲，同D触发器74LS74发生翻转时产生。8031的P1口的两位P16.P17于复位D触发器，以便**中断号为下次中段作出准备。
8031收到中断信号后，即通过A/D转换芯片0804读取控制电压，然后通过软件转变为可控硅的延迟角a,a的数值送入计时器CTC，然后启动返回主程序。当CTC计数器以FO计数器满时，表示a角延迟时刻到，程序转移到内部中断去发生相应的触发脉冲。周而复始可正常地进行工作，输出所需要的电压。
7、 设备状态显示：
为了方便用户操作和维修，本机加有设备运行状态显示电路。其显示内容及其含义如下表所示：
数码显示 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
设备状态 | 缺相 | 相序错 | 棚过流 | 阳过流 | 输入过留 | 过留 | 等待 | | 正常 |
设备使用时，首先上控制直流高压发生器，微机开始工作，运行诊断显示程序，按软件检测顺序，一次显示1-6*后停留在“6”，设备主回路上电后，启动加热，显示“8”，设备进入正常运行，设备控制上电依次显示“1-6”过程中，如连续显示某一数码，则说明这一数码所表示的环节的故障，设备在运行过程中自动停止加热或主回路掉电，操作人员可按照显示代码查找原因，可迅速排除故障。
2-3 灯丝直流高压发生器
为了设备工作稳定，振荡管要求有稳定的灯丝直流高压发生器。其功能是：当输入电压变比±10%时输出电压能稳定在±2%的范围内（直流高压发生器变化±10%时），此外它还分两档先后供给灯丝电压，以减少电子管冷态时冲击电流。（灯丝冷态时电阻时热态时的1/9）。图二中S1/S2的比通常为1.8左右。
铁芯S1上有初级线圈L1’和补偿线圈L3’在铁芯S2上有次级线圈L2’和谐振线圈L4’，铁芯的芯柱S1工作在磁化曲线段上，它的感应磁量与电\par源电压成正比，初级线圈上通过电流所产生的磁通量，除一部分漏磁通外，其余都通过芯柱S2，由于芯柱S2的截面积比S1小的多，所以当直流高压发生器电压接近额定值时，使芯柱S2达到饱和状态。当直流高压发生器电压靠近*大值变化时，S2上的线圈L2感应出的电动势V2，将不和直流高压发生器电压V1成比例变化，而从饱和点以后沿着曲线变化（如图三所示）。在S1上的补偿线圈L3’和L1’一样，其电动势VK也与直流高压发生器变化成比例（如图三所示）。我们将L2’和L3’反接，使其电动势极性相反，V2与VK曲线
接**行，它们的差值即为输出的灯丝电压。实际上由于铁芯磁路长，漏磁通大和输入功率的关系，芯柱S2的截面积不能过小，因此要使芯柱S2达到饱和，在初级线圈上则需要很大的磁化电流，这就是稳压器的效率大为降低，为此在芯柱S2上加了谐振线圈，用于和电容C组成一个谐振于直流高压发生器频率的并联回路。这个回路内谐振电流很大，而连接直流高压发生器的空载电流很小，由此稳压器的效率得以提高。
2-4 电子管振荡
电子管振荡部分采用单管自激振荡电路，VE电子管采用FD-934S组成振荡器。TS是灯丝稳压器，L5、L7、C2组成振荡回路；L5、L6组成反馈回路。通过调整两线圈的相对位置来改便反馈电压的大小。L1是阳极阻流圈，C1是过滤电容器；C3是阳极隔值电容，L4是栅极阻流圈，C4是栅极隔直电容，R1是栅偏电阻，R3和L2组成阳极防寄生振荡电路，R4、L3组成栅极防寄生振荡电路，A1、A2分别是阳极和栅极电流表，V4是灯丝电压表。该设备还装有槽路电压指示电路，与其它仪表共同指示设备的运行状况。
2-5 槽路电压表
槽路电压是指示槽路高频电压的特定装置，如图四：
图 四
它取槽路高压端的高频电压，经C8和C9分压，在经V014整流后给KV2直流电压表指示槽路的高频电压。R96是倍率电阻，使KV2的表底相配，指示槽压的实际值。VO13.R7是充放电回路，没有它KV2将没有指示。C16.C17.C18是傍路电容。
二 设备的安装
3-1场地的要求
该设备的平面安装布置请参照图五。用户也可以根据自己厂房情况因地制宜，合理布局安装。
3-2 设备的供电
该设备好耗电380KVA,用户安装的外接直流高压发生器变压器必须保证总用电容量。该备直流高压发生器铜电缆要求大于180平方毫米。
3-3设备的供水
供水及回水建设安装一部分水器和回水箱，（见图六）各管路直径要相互配合，回水管要粗大一些，不能使加水溢出回水箱。
图六
对冷却水的要求：水的硬度小于0.17g/L,分水器处水的压力在0.15Mpa-0.20Mpa;进水温度低于40℃ 出水温度不高于50℃ 设备总流水量要求一小时15立方米， 电子管冷却水流量满足一小时8立方米，循环水池大于一小时30立方米。.
设备的接地：设备安装好水电后一定要将设备总地线与车间地线可靠连接，对地电阻要小于4Ω。
二 电器组成及线路控制说明
1、微机控制电路与晶闸管调压直流高压发生器：以8031单片机作为处理器的计算机控制部分，输出的脉经过脉冲经过脉冲变压器放大后对主电路的可控硅输送触发脉冲进行调压，同时还对低压进行监测，具有可靠的过电流保护及稳压功能。
2、升压变压器及整流器
3、电子管震荡部分采用单管自激震荡线路， VE 电子管采用FD-934S 组成振荡器。TS 是灯丝稳压器，L5.L7,C2组成震动荡回路：L5,L6组成反馈回路。通过调整两线圈的相对位置来改变反馈电压的大小。LI是阳极阻电流，C1是滤波电容器：C3是阳极隔直电容，L4是栅极阻流圈，C4是栅极隔直电容，R1是栅偏电阻，R3和L2组成阳极防寄生振荡电路，R2.L3组成栅极电流表，A1.A2分别是阳极和栅极电流表，V4是灯丝电压表。该设备还装有槽路电压指示电路与其他仪表共同指示设备设备的运行状况。
4、槽路部分
5、淬火变压器
三 设备的调试与维修
3-1 把电子管按要求安装到设备上
3-2 把各水路安装好后确认无渗漏
3-3 控制电路的调试
先将由设备主电路去升变压器TM低压侧的导线拆下接上星型接发的三个220V灯泡做假负荷，接通去设备的总闸，并向设备供水。
（1） 接下微机直流高压发生器控制按钮SB1, 指示灯HL1 然亮 .按下停止按钮SB2 HL1熄灭 反复几次，无故障时停于HL1然亮位（电子管顶上的风机启动，停止也停止动作）。
（2） 按下灯丝半压控制按钮SB3, 半压指示灯HL2然亮，查看灯丝稳压器应有低弱的蜂鸣音。电子管玻壳内下方红亮，查看电子管灯线电压表V4，应有10V左右的指示这样的工作10分钟一切正常时可按下全灯丝按钮SB5 ,指示灯HL3 然亮 ,灯丝电压表V4 指示为12V,电子管玻壳内下方白亮，灯丝稳压器有较大的蜂鸣音，这说明灯丝电压供给正常，然后按下停止按钮SB4, 全压，半压全部停止， V4回零，HL2,HL3熄灭，说明控制完好。然后按顺序加上半压，全压灯丝电压。切记在加上半压后至少过5分钟在加上全压，不要已易坏电子灯管。
（3） 将各机关柜的们全部关严，按下主电路控制按钮 SB6, 应听到打接触器动作声，同时三相直流高压发生器指示灯HL6,HL7,HL8 同时然亮，当按下���止按钮SB7时，HL6、HL7、HL8同时熄灭。反复几次正常后重新给上主电路，将面板上的手动。自动开关SA1搬至手动位置，将外接开关SA2 搬至内控位置。按下加热按钮SB8加热指示灯HL4然亮。调节电压调节钮，三相电压表V1、V2、V3指示灯随调节变动，假负荷三个灯泡也随之明暗变化。按下加热停止按钮SB9,HL4熄灭。然后按下SB7将主电路关闭，打开控制柜的前门，讲SB1拨至自动位置后给上主电路，按下热按钮SB8指示灯HL4量，注意过10秒钟后加热自动停止，工作 HL4熄灭，反复几次正常说明自动延时正常，至此，说明整机控制电路工作正常可靠。
3-4 保护电路的调试
依次接通微机，半灯丝，主电路，加热控制电路，使HL1-HL8 全部点亮。
（1）缓慢降低电子管水压，使水压继电器 BP 动作，此时除微机指示灯 HL1 继续亮外，其余指示灯全部熄灭，灯丝电压表V4三相电压表V1.V2.V3. 全部回零，这说明水压控制保护良好，同时也说明前后及连锁保护动作可靠。关机是只按半丝灯按钮SB4，他后面的全压灯丝，主电路，加热也随之停止。
（2）将控制柜的各门分别打开，无论哪个门关不严，主电路和加热器都会自动停止，这说明机柜门工作正常**可靠。
（3）讲控制机柜开关的门打开，人为地将门开关绑牢使之闭合，依次通过全部电路用人为的办法调整，试过流继电器FA动作，此时主电路和加热电路停止， HL4-HL8指示灯熄灭，过流指示灯H5 亮，这时在按SB6 和SB8，主电路和加热都不能启动，必须按过流复位按钮SB10 且HL5 熄灭后SB6 和SB8 才恢复启动功能，说明过流保护动作良好可靠，此外在三相供电线路上还有三个电流互感器TA1-TA3 将信号与微机连接，当机器出现过流故障时起过流保护作用，不能空载运行试验，其作用与 FA动作程序相同。
4-5主电路供电调试
将从升压变压器TM低压侧拆下的线路恢复好，控制柜所有门开关恢复原状，将高压硅堆正端通向阳极阻流L1 的G01号导线拆下，然后将机柜门都关严。
依次按通至全丝灯电压，将电压调节钮逆时针调到零位，按下主电路SB6 启动按钮，此时电压表V1.V2.V3和K1都有少量指示。按下 SB8 加热按钮缓慢调节电压调整旋钮（顺时针），电压表 V1.V2.V3和KV1 都随之缓慢上升，直流电压表KV1 可达13KV 左右。然后缓慢调会到*小直流高压发生器，在上升和下降过程中表针应平滑滑动，不应有严重跳升，跳降现象，至此主电路调试完成。
3-6整机加载调试
（1）停机10分钟后停水（至少10分钟使电子管冷却），把车间专用开关柜总闸断开，打开所有机门，检查机内电路、水路有无异常，切记漏水，把主电路拆下的G01线路重新接好，
（2）把淬火变压器次级装上一个淬火感应圈，并放入适合负载工件，将感应器与淬火水路串通，并试水保证水路通畅。
（3）将全部机柜门关好，合上配电总闸，向设备供水后，依次加上微机、半灯丝、全灯丝使电子管预热30分钟。此时将电压调节旋扭拧到*小，将反馈手柄旋到中间位置。
（4）按下主电路控制按钮SB6，按下加热按钮SB8，调节电压旋钮，缓慢升压，调至13KV时，阳极电流表A1、栅极电流表A2都有指示，调节反馈手柄使之上升，A1、A2指示值保持4：1至5：1的比例，尽可能调大A1指示值在5A左右，此时震荡器处于*佳状态，十几秒种就可将工件加热至微红色，增大阳至10KV左右，A1指示值在15A-17A左右，A2指示值在3.5A-4A左右，工件的表面可加热到黄色，这时的槽路电压指示在7KV-9KV或更高，说明整机匹配良好，工作效率高。关掉加热，将工件取出放入冷水中冷却，然后再放回感应器中，按下加热按钮SB8，几秒钟后计下KV1.KV2.A1.A2的指示值，停止加热，再将工件冷却放回，重复几次，分别计入阳压在5KV.8KV.10KV.12KV几档时A1.A2.KV2的值以及加热时间，通过工件表面颜色计下工件表面温度，然后停机，整个工作过程正常。
四 设备的使用和维修
4-1 操作人员
本设备是一部大功率电子设备，即电子、电力、电控紧密结合的整机产品，其操作与维修要配备适当人员，对于一般的内外线电工显然是不适宜的。这就要求使用单位选调、培训相宜的人员。操作人员和维修人员可以合一职能，也可以分别设置。重要的是必须定岗定位，要保证相对稳定和连续性，不可经常更换，不然对设备的使用、维护、技术的提高、熟练都不利，事在人为，人的因素是主要的不可忽视。
人员固定后，要制定相应的岗位责任制度，使工作有章可循。例如操作规程，班前准备的要求、班后准备的要求阶段性的保养规定等等，这些可根据单位的具体情况制定。
4-2操作规程
（1）上班前看一下车间总电盘的总电闸是否在断开状态，班前检查包括设备周围进行清理、供水供电设备是否得当、感应器是否正常配套、热处理准备工作怎样等等，这些可根据
单位的具体情况制定。
（2）为设备供水，调整好各水路的流量和电子管水路的水压。开启微机直流高压发生器，开启灯丝半压供电，使电子管预热5分钟，开启全灯丝电压，再预热10分钟，在这15分钟可以观察电子管、各水路、设备电路连接有无异常。一切正常后，到时间到设备的门都关好。
（3）把面板上的手动、自动开关，机外加热控制开关拨到相应位置上，把电压调节电位器钮旋到相应指数，把反馈手柄放于中间位置，放好加热工件做好加热准备。
（4）开启主电路，稍停一下，见无异常给上加热，观察直流高雅表KV1，是否指示预设的电压值，不符时调节电压调节钮迅速修正，观察阳流栅流电流表A1和A2，指示值和比例是否符合要求，不符合时调整反馈进行修正。如下观察和调整要在十来秒内完成，然后手动或自动停止加热。
（5）相同的工作件，除开班**件进行参数调节外，以后的重复加工中，只与热处理工配合同步，操作加热通电即可，这样能保证工件加热质量的一致性。
（6）停止热处理工作，关闭机器必须按如下顺序进行，停止加热*后一个工件，关断主电路，关断全灯丝电压和微机直流高压发生器，过10分钟方可停至供水。为了保护电子管不受损伤，并延长其使用寿命，这样的关机程序是十分重要的。
4-3 设备的日常维护
（1）在设备的日常保养中要定期对设备除尘，特别是设备内的电子管、电容器、瓷瓶绝缘子、线圈的绝缘板支架部位，因为工厂车间灰尘中多含金属粉末成分，这样积尘到一定程度就要引起放电，将损坏设备。
（2）夏冬季的维护
每逢炎热潮湿的季节，空气中含有大量的水气，在班前启动设备时，供水后要查看机柜内铜质线圈，电子管水套等部位是否“出汗”现象。如果有凝结的小水珠消失后再正常工作。不然，也会因潮湿引起高压放电损害设备。这样运行一段时间的目的是使池中的水温略高于室温，自然就不会“出汗”了。这时，使可恢复正常供水。
每逢严冬，特别在北方停机时间长，车间气温低于零下时，一要把设备内的存水排净。防止冻裂管路和线圈，使设备损坏。
无论冬夏，为了保证设备内部干燥，在使用前开启灯丝电压预热10~30分钟，是必要的。
（3）电子管的保养：
使用新电子管*好要练一下（硬化），具体做法是：上好电子管后，加上一个较大的负载工件（废品），调到5KV阳压工作半小时，然后调至8KV 在工作15 分钟，之后升至10KV ，工作 5分钟，就可投入正常工作了。在老化过程中，可不停向工作喷水，以使其长时间不过热并使负荷稳定。电子管阳极表面生成水垢，然将影响阳极散热，严重的会烧穿阳极，所以，要定期除垢，方法是：用10% 的盐酸水溶液，放入一个略高于阳极的容器中，将阳极浸入，等水垢软化后即可用布擦除，然后用清水洗去残酸，阳极恢复铜的色泽即好。切记不可用利器刮除水垢，使阳极损伤。
电子管的寿命一般为1千小时左右，使用得当可延长几倍，使用不当，几小时就须更换，故此保养是很重要的。
4-4 **规程
由于高频加热设备是在高频高压下工作的，特别是经常使用1万多伏的高压，除操作规程工作外还要注意人身**，一下规定要坚决遵守：
（1） 要规定一个场地，非操作人员工作时间内不可入内。
（2） 要专为高频设备及附近设备设一个总闸，非操作人员不可使用。
（3） 工作时间一定要集中精力，与热处理工作人员配合好，做到合理同步，错误时机的启动会危及他人的人身**。
（4） 不可短路开门，若敞着机门工作会使连锁机构失去保护作用，危及自身**。
（5） 在停机时检查，保养，维修时，一定要切断专用总直流高压发生器，挂上“有人检修，严禁合闸”的标牌，防止检修过程中他人误合闸，造成严重事故。
说明：（1）分水器直径尽量大些，一般Ф>89mm 。
（2）进出水管的直径和数量要和高频相匹配。
（3）总出水管要尽量粗些，不能使回水从水箱中溢出。
(4)直流高压发生器要建一个大于30～50立方米的蓄水池，便于冷却水循环。
上海日行电气有限公司生产的直流高压发生器产品种类繁多，欢迎致电选购产品，我们将为你全方位的服务。