技术领域
[0001] 本
发明属于电气技术领域，涉及一种感应加热电源的启动技术，具体涉及一种三相全控整流感应加热电源的相序自适应
触发电路。
背景技术
[0002] 目前，感应加热以其加热效率高、升温快、可控性好等优点，广泛应用于熔炼、透热、淬火等领域，感应加热电源是其关键设备之一。在感应加热电源中，主回路采用380V三相交流电送至晶闸管SCR，再进行三相全桥可控整流输出0~500V直流
电压。而晶闸管SCR的触发脉冲需要从三相同步
变压器进行△-Y转换以后引入。那么电源要求三相进线的线序必须正确，否则系统将不能正常工作。如果要判断三相相序，还要借助示波器等工具进行手动检测。
[0003] 检索现有的
专利发现，相近的专利技术有，中国专利
申请号：200510024181.2和200510027934.5，专利名称分别为：三相全桥可控
硅焊接电源主回路数字触发方法、三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法。第一个专利提供了三相全桥可控硅焊接电源主回路数字触发方法，该专利主回路采用了Y-△接法，同步变压器采用了Y-Y接法，最终实现了可控硅电源的数字触发控制，但是仍然要保证接入电源相序的正确性。第二个专利提供了三相全桥可控硅焊接电源相序自适应数字触发方法，该专利在主回路中也采用了Y-△接法，同步变压器采用了Y-Y接法，实现了可控硅电源的数字触发控制，并且利用DSP芯片实现了三相接入相序的自动检测与切换。但是该专利使用了DSP技术，
接口复杂，而且需要电平转换，还会使技术成本和材料成本有所上升。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对传统感应加热电源三相相序不能随意接入的问题，提出一种三相全控整流感应加热电源的相序自适应触发电路，使其能实现感应加热电源三相线序的任意接入，并具有结构简单、成本低廉的特点。
[0005] 本发明为完成上述发明目的采用如下技术方案：
[0006] 一种三相全控整流感应加热电源的相序自适应触发电路，感应加热电源的相序自适应触发电路串接在三相交流电与三相全桥晶闸管
驱动桥之间，主要包括相序判断电路、三相同步
信号附加
相移及相序选通电路、晶闸管三相触发脉冲移相电路和三相触发脉冲选通及输出电路；三相交流电A、B、C经过同步变压器将△形连接转换为Y形连接后为感应加热电源的相序自适应触发电路提供
同步信号；由相序判断电路判断感应加热电源的三相接入相序，并且根据判断出来的结果，由三相同步信号附加相移及相序选通电路产生合适的三相整流触发脉冲，并将三相整流触发脉冲送入晶闸管三相触发脉冲移相电路中产生移相，用以调节三相整流电路的脉冲触发
角度，实现整流
输出电压的调整；经移相后的三相整流触发脉冲送至三相触发脉冲选通及输出电路，驱动三相全桥晶闸管驱动桥的晶闸管，实现相序的自适应和三相整流输出电压的调节。
[0007] 所述的相序判断电路，在系统上电时判断出三相接入相序，判断的结果送至三相同步信号附加相移及相序选通电路和三相触发脉冲选通及输出电路，相序判断电路由电压比较器和D触发器构成；PHASE A、PHASE B、PHASE C经
电阻R1、R62、R63分别进入到相对应的电压比较器U7A、U7B、U7C的同相输入端；同时R65、R64对+15V进行分压，分压值接入电压比较器U7A、U7B、U7C的
反相输入端，由电压比较器U7A、U7B、U7C对PHASE A、PHASE B、PHASE C的电压值分别与分压值进行比较；一方面，三个电压比较器U7A、U7B、U7C输出的结果经或
门U15D、U15B送至“OPEN PHASE”端；另一方面，电压比较器U7A的输出送至D触发器U10A的时钟CLK端，电压比较器U7B的输出送至D触发器U10A的输入D端；D触发器U10A的Q输出通过或门U15A与发光
二极管相连DL2， 输出通过或门U15C与
发光二极管DL1相连；D触发器U10B的Q
输出信号PHASEZF、输出信号PHASEZP，并将信号PHASEZF、PHASEZP送入三相同步信号附加相移及相序选通电路的模拟
开关中，同时将信号PHASEZF送入三相触发脉冲选通及输出电路的多路模拟开关中；如果三相交流电A、B、C缺少一相或两相时，那么对应的电压比较器就会输出一个
低电压（约0.7V）；在三相电的一个周期中总会有一个时间段，三个电压比较器的输出都为低电平；此时“OPEN PHASE”输出低电平，整个感应加热电源会发出“缺相”报警，将整个系统电源切断，以免缺相给设备带来损坏；直至缺相故障解除；
[0008] 所述相序判断电路判断相序正反的方法有PHASEB滞后PHASEA，或者PHASEA滞后PHASEB两种情况。当PHASEB滞后PHASEA时，即B相滞后于A相时，电压比较器U7B先输低电压，电压比较器U7A后给出高电压，D触发器U10A的CLK为上升沿有效，Q输出0，输出1，发光二极管DL1亮，发光二极管DL2不亮；发光二极管DL1亮，判断出PHASEZF=0，PHASEZP=1；当PHASEA滞后PHASEB时，发光二极管DL2亮，判断出PHASEZF=1，PHASEZP=0；当PHASEA滞后PHASEB时，即A相滞后于B相时，电压比较器U7B先输出高电压， U7A后给出高电压，D触发器U10A的CLK为上升沿有效；Q输出1， 输出0，发光二极管DL2亮，发光二极管DL1不亮，同时Q输出的1送至D触发器U10B的D端，在上电的瞬间D触发器U10B的CLK可以获得一个上升沿，D触发器U10B的Q输出1， 输出0，即PHASEZF=1，PHASEZP=0。
[0009] 所述的三相同步信号附加相移及相序选通电路，对同步变压器产生的三相交流电产生一个附加移相，并由相序判断电路输出的结果PHASEZF、PHASEZP通过模拟开关调整三相交流触发相序；相序调整后的三相交流信号送至晶闸管三相触发脉冲移相电路；所述的三相同步信号附加相移及相序选通电路主要由RC附加移相网络和模拟开关组成；同步变压器输出送至三相同步信号附加相移及相序选通电路的三个输入端SB5、SB6、SB7，输入端SB5经RP7、C44、PHASE A所组成的RC附加移相网络，产生0~90°的附加相移后经C46耦合至VA；输入端SB6经RP8、C45、PHASE B所组成的RC附加移相网络，产生0~90°的附加相移后经C47与两个并联的模拟开关U17A、U17B
串联，所述模拟开关U17A的输出耦合至VB，模拟开关U17B的输出耦合至VC；输入端SB7经RP15、C68、PHASE C所组成的RC附加移相网络，产生0~90°的附加相移后经C48与两个并联的模拟开关U17C、U17D串联，所述模拟开关U17C的输出耦合至VC，模拟开关U17D的输出耦合至VB；其中所述的PHASE A、PHASE B、PHASE C分别为RC移相网络电阻RP7、RP8、RP15的滑动端；PHASEZF接入模拟开关U17B、U17D；PHASEZP接入模拟开关U17A、U17C。
[0010] 当PHASEZP=1时，SB5移相后的正弦电压经C46耦合至VA；SB6移相后的正弦电压经C47耦合至模拟开关U17A、U17B，此时U17A选通，正弦电压送至VB；SB7移相后的正弦电压经C48耦合至模拟开关U17C、U17D，此时U17C选通，正弦电压送至VC。
[0011] 当PHASEZF=1时，SB5移相后的正弦电压经C46耦合至VA；SB6移相后的正弦电压经C47耦合至模拟开关U17A、U17B，此时U17B选通，正弦电压送至VC；SB7移相后的正弦电压经C48耦合至模拟开关U17C、U17D，此时U17D选通，正弦电压送至VB。
[0012] 所述晶闸管三相触发脉冲移相电路接收三相同步信号附加相移及相序选通电路的三相交流信号VA、VB、VC，并根据移相控制电压和输入的三相交流信号产生三相移相触发脉冲，三相移相触发脉冲最后送至三相触发脉冲选通及输出电路；所述的晶闸管三相触发脉冲移相电路主要由三相移相芯片U20构成，三相同步信号附加相移及相序选通电路所产生的三相交流电送到三相移相芯片U20的三相正弦输入端VA、VB、VC；调节三相移相芯片U20Vr的电压值改变三相脉冲的移相角度，Vr的电压值越高，三相脉冲产生的相移就越大，同时三相全桥可控整流的输出电压就越小，最终使输出电压在0~500V之间变化；三相移相脉冲由A+、A-、BB+、BB-、CC+、CC-输出，其中A+、A-、是同一相极性相反的触发脉冲，BB+、BB-是同一相极性相反的触发脉冲、CC+、CC-是同一相极性相反的触发脉冲。
[0013] 所述的三相触发脉冲选通及输出电路接收晶闸管三相触发脉冲移相电路产生的三相移相触发脉冲，并根据相序判断电路所输出的结果PHASEZF，对三相移相触发脉冲进行选通和输出，最终将输出的脉冲送至三相全桥可控整流的晶闸管驱动桥；所述的三相触发脉冲选通及输出电路主要由多路模拟开关U23、U24和
电流驱动芯片ULN2004构成；相序判断电路所输出的结果PHASEZF进入多路模拟开关U23、U24的A、B端、多路模拟开关U23、U24的C端接地；晶闸管三相触发脉冲移相电路产生的三相移相触发脉冲A+、A-经电流驱动芯片U21A、U21C输出用以驱动晶闸管的信号，并将信号送至晶闸管驱动桥，驱动晶闸管；晶闸管三相触发脉冲移相电路产生的三相移相触发脉冲BB+、BB -、CC+、CC-分别接入多路模拟开关U23、U24的输入端X0、Y0、X1、Y1，并经多路模拟开关U23、U24处理后，其输出B+、B-、C+、C-分别通过电流驱动芯片U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F用以驱动晶闸管的信号，并将信号送至晶闸管驱动桥，驱动晶闸管。
[0014] 当PHASEZF=0时，U23、U24的CBA都为“000”，则U23、U24的X=X0，Y=Y0，即B+=，B-=BB-，C+=CC+，C-=CC-；然后B+、B-、C+、C-分别通过电流驱动芯片U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F送至晶闸管驱动电路，驱动晶闸管；
[0015] 当PHASEZF=1时，U23、U24的CBA为“011”，则U23、U24的X=X1，Y=Y1，即B+=CC+，B-=CC-，C+=BB+，C-=BB-；然后B+、B-、C+、C-分别通过电流驱动芯片U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F送至晶闸管驱动电路，驱动晶闸管。
[0016] 本发明提出的一种三相全控整流感应加热电源的相序自适应触发电路，针对传统感应加热电源三相相序不能随意接入的问题，采用电压比较器，比较同步变压器所输出电压和一个固定电压值，判断三相线序；判断结果去控制三路模拟开关，实现相序的自适应。最终通过三相移相电路实现三相整流输出电压的电压值；实现了感应加热电源三相线序的任意接入，并具有结构简单、成本低廉的特点。
附图说明
[0017] 图1 是本发明中三相全控
整流桥的主电路图。
[0018] 图2是本发明中相序判断电路的电路图。
[0019] 图3是本发明中三相交流电正相序的电路图。
[0020] 图4是本发明中三相交流电反相序的电路图。
[0021] 图5是本发明中三相同步信号附加相移及相序选通电路。
[0022] 图6是本发明中晶闸管三相触发脉冲移相电路。
[0023] 图7是本发明中三相触发脉冲选通及输出电路。
具体实施方式
[0024] 结合附图和具体
实施例对本发明加以说明：
[0025] 如图1所示，一种三相全控整流感应加热电源的相序自适应触发电路，感应加热电源的相序自适应触发电路串接在三相交流电与三相全桥晶闸管驱动桥之间，主要包括相序判断电路、三相同步信号附加相移及相序选通电路、晶闸管三相触发脉冲移相电路和三相触发脉冲选通及输出电路；三相交流电A、B、C经过同步变压器将△形连接转换为Y形连接后为感应加热电源的相序自适应触发电路提供同步信号，由相序判断电路判断感应加热电源的三相接入的序，并且根据判断出来的结果，由三相同步信号附加相移及相序选通电路产生合适的三相整流触发脉冲，并将三相整流触发脉冲送入晶闸管三相触发脉冲移相电路中产生移相，用以调节三相整流电路的脉冲触发角度，实现整流输出电压的调整；经移相后的三相整流触发脉冲送至三相触发脉冲选通及输出电路，驱动三相全桥晶闸管驱动桥的晶闸管，实现相序的自适应和三相整流输出电压的调节。
[0026] 如图2所示，所述的相序判断电路，在系统上电时判断出三相接入相序，判断的结果送至三相同步信号附加相移及相序选通电路和三相触发脉冲选通及输出电路，相序判断电路由电压比较器和D触发器构成；PHASE A、PHASE B、PHASE C经电阻R1、R62、R63分别进入到相对应的电压比较器U7A、U7B、U7C的同相输入端；同时R65、R64对+15V进行分压，分压值接入电压比较器U7A、U7B、U7C的反相输入端，由电压比较器U7A、U7B、U7C对PHASE A、PHASE B、PHASE C的电压值分别与分压值进行比较；一方面，三个电压比较器U7A、U7B、U7C输出的结果经或门U15D、U15B送至“OPEN PHASE”端；另一方面，电压比较器U7A的输出送至D触发器U10A的时钟CLK端，U7B的输出送至D触发器U10A的输入D端；D触发器U10A的Q输出通过或门U15A与发光二极管相连DL2， 输出通过或门U15C与发光二极管DL1相连；
[0027] D触发器U10B的Q输出信号PHASEZF、 输出信号PHASEZP，并将信号PHASEZF、PHASEZP送入三相同步信号附加相移及相序选通电路的模拟开关中，同时将信号PHASEZF送入三相触发脉冲选通及输出电路的多路模拟开关中；如果三相交流电A、B、C缺少一相或两相时，那么对应的电压比较器就会输出一个低电压（约0.7V）；在三相电的一个周期中总会有一个时间段，三个电压比较器的输出都为低电平；此时“OPEN PHASE”输出低电平，整个感应加热电源会发出“缺相”报警，将整个系统电源切断，以免缺相给设备带来损坏；直至缺相故障解除；
[0028] 所述相序判断电路判断相序正反的方法有PHASEB滞后PHASEA，或者PHASEA滞后PHASEB两种情况；当PHASEB滞后PHASEA时，即B相滞后于A相时，电压比较器U7B先输低电压，电压比较器U7A后给出高电压，D触发器U10A的CLK为上升沿有效，Q输出0， 输出1，Q输出通过或门U15A与发光二极管相连DL2， 输出过或门U15C与发光二极管DL1相连，
[0029] 发光二极管DL1亮，发光二极管DL2不亮；发光二极管DL1亮，判断出PHASEZF=0，PHASEZP=1；当PHASEA滞后PHASEB时，发光二极管DL2亮，判断出PHASEZF=1，PHASEZP=0；当PHASEA滞后PHASEB时，即A相滞后于B相时，电压比较器U7B先输出高电压，电压比较器U7A后给出高电压，D触发器U10A的CLK为上升沿有效；Q输出1， 输出0，发光二极管DL2亮，发光二极管DL1不亮，同时Q输出的1送至D触发器U10B的D端，在上电的瞬间D触发器U10B的CLK可以获得一个上升沿，D触发器U10B的Q输出1， 输出0，即PHASEZF=1，PHASEZP=0。
[0030] 如图5所示，所述的三相同步信号附加相移及相序选通电路，对同步变压器产生的三相交流电产生一个附加移相，并由相序判断电路输出的结果PHASEZF、PHASEZP通过模拟开关调整三相交流触发相序；相序调整后的三相交流信号送至晶闸管三相触发脉冲移相电路；所述的三相同步信号附加相移及相序选通电路主要由RC附加移相网络和模拟开关组成；同步变压器输出送至三相同步信号附加相移及相序选通电路的三个输入端SB5、SB6、SB7，输入端SB5经RP7、C44、PHASE A所组成的RC附加移相网络，产生0~90°的附加相移后经C46耦合至VA；输入端SB6经RP8、C45、PHASE B所组成的RC附加移相网络，产生0~90°的附加相移后经C47与两个并联的模拟开关U17A、U17B串联，所述模拟开关U17A的输出耦合至VB，模拟开关U17B的输出耦合至VC；输入端SB7经RP15、C68、PHASE C所组成的RC附加移相网络，产生0~90°的附加相移后经C48与两个并联的模拟开关U17C、U17D串联，所述模拟开关U17C的输出耦合至VC，模拟开关U17D的输出耦合至VB；其中所述的PHASE A、PHASE B、PHASE C分别为RC移相网络电阻RP7、RP8、RP15的滑动端；PHASEZF接入模拟开关U17B、U17D；PHASEZP接入模拟开关U17A、U17C。
[0031] 当PHASEZP=1时，SB5移相后的正弦电压经C46耦合至VA；SB6移相后的正弦电压经C47耦合至模拟开关U17A、U17B，此时U17A选通，正弦电压送至VB；SB7移相后的正弦电压经C48耦合至模拟开关U17C、U17D，此时U17C选通，正弦电压送至VC；
[0032] 当PHASEZF=1时，SB5移相后的正弦电压经C46耦合至VA；SB6移相后的正弦电压经C47耦合至模拟开关U17A、U17B，此时U17B选通，正弦电压送至VC；SB7移相后的正弦电压经C48耦合至模拟开关U17C、U17D，此时U17D选通，正弦电压送至VB。
[0033] 如图6所示，所述晶闸管三相触发脉冲移相电路接收三相同步信号附加相移及相序选通电路的三相交流信号VA、VB、VC，并根据移相控制电压和输入的三相交流信号产生三相移相触发脉冲，三相移相触发脉冲最后送至三相触发脉冲选通及输出电路；所述的晶闸管三相触发脉冲移相电路主要由三相移相芯片U20构成，三相同步信号附加相移及相序选通电路所产生的三相交流电送到三相移相芯片U20的三相正弦输入端VA、VB、VC；调节三相移相芯片U20Vr的电压值改变三相脉冲的移相角度，Vr的电压值越高，三相脉冲产生的相移就越大，同时三相全桥可控整流的输出电压就越小，最终使输出电压在0~500V之间变化；三相移相脉冲由A+、A-、BB+、BB-、CC+、CC-输出，其中A+、A-、是同一相极性相反的触发脉冲，BB+、BB-是同一相极性相反的触发脉冲、CC+、CC-是同一相极性相反的触发脉冲；其中SCR_CON为功率调节电位器的输出，经U5D放大反相后送入三相触发脉冲移相芯片U20，用以控制三相触发脉冲移相角，实现三相全校整流输出电压的控制；RP10、R114用来设定功率上限，R81、RP9用来设定功率下限；当SCR_CON＞RP10的滑动端电压值时，运放U5B输出低电压（-15V），D15导通，J12电位被钳位在-14.3V左右。当SCR_CON＜RP9的滑动端电压值时，运放U5C输出高电压（+15V），D16导通，J12电位被钳位在14.3V左右。当RP10＞SCR_CON＞RP9时，运放U5B输出高电压（+15V），运放U5C（TL084）输出低电压（-15V），D15、D16均截止。此时功率上下限电路对J12的电压不起作用。RP23、R85为附加直流电平，保证运放U5D的输出为正电压。
[0034] 如图7所示，所述的三相触发脉冲选通及输出电路接收晶闸管三相触发脉冲移相电路产生的三相移相触发脉冲，并根据相序判断电路所输出的结果PHASEZF，对三相移相触发脉冲进行选通和输出，最终将输出的脉冲送至三相全桥可控整流的晶闸管驱动桥；所述的三相触发脉冲选通及输出电路主要由多路模拟开关U23、U24和电流驱动芯片ULN2004构成；相序判断电路所输出的结果PHASEZF进入多路模拟开关U23、U24的A、B端、多路模拟开关U23、U24的C端接地；晶闸管三相触发脉冲移相电路产生的三相移相触发脉冲A+、A-经电流驱动芯片U21A、U21B、U21C、U21D输出用以驱动晶闸管的信号SA26、SA27并将信号SA26、SA27送至晶闸管驱动桥，驱动晶闸管，其中所述的驱动芯片U21A、U21B并联、驱动芯片U21C、U21D并联；晶闸管三相触发脉冲移相电路产生的三相移相触发脉冲BB+、BB -、CC+、CC-分别接入多路模拟开关U23、U24的输入端X0、Y0、X1、Y1，并经多路模拟开关U23、U24处理后，其输出B+、B-、C+、C-分别通过电流驱动芯片U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F输出用以驱动晶闸管的信号SA28、SA29、SA30、SA31并将信号SA26、SA27送至晶闸管驱动桥，驱动晶闸管；其中所述的电流驱动芯片U21E、U21F并联后输出信号SA28，所述的电流驱动芯片U22B、U22A并联后输出信号SA29，所述的电流驱动芯片U22C、U22D并联后输出信号SA30，所述的电流驱动芯片U22E、U22F并联后输出信号SA31。
[0035] 当PHASEZF=0时，U23、U24的CBA都为“000”，则U23、U24的X=X0，Y=Y0，即B+=，B-=BB-，C+=CC+，C-=CC-；然后B+、B-、C+、C-分别通过电流驱动芯片U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F送至晶闸管驱动电路，驱动晶闸管；
[0036] 当PHASEZF=1时，U23、U24的CBA为“011”，则U23、U24的X=X1，Y=Y1，即B+=CC+，B-=CC-，C+=BB+，C-=BB-；然后B+、B-、C+、C-分别通过电流驱动芯片U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F送至晶闸管驱动电路，驱动晶闸管；
[0037] 输入的三相交流电不管怎样连接，最终的相序有两种接法：如图3所示的接法为 “ABCABC……”为正相序，如图4所示的接法为 “CBACBA……”为反相序。
[0038] 该实施例中，所述的电压比较器U7A、U7B、U7C均采用
现有技术中已有的模
块TL084。
[0039] 所述的D触发器U10A、U10B 均采用现有技术中已有的模块4013。
[0040] 所述的或门U15A、 U15B 、U15C、U15D均采用现有技术中已有的模块4071。
[0041] 所述的模拟开关U17A、U17B、 U17C、U17D均采用现有技术中已有的模块4066。
[0042] 所述的三相移相芯片U20采用现有技术中已有的模块TC787。
[0043] 所述的多路模拟开关U23、U24均采用现有技术中已有的模块4053。
[0044] 所述的电流驱动芯片U21A、U21B、U21C、U21D、U21E、U21F、U22B、U22A、U22C、U22D、U22E、U22F均采用现有技术中的ULN2004模块。
[0045] 所述的运放U5B 、U5C、 U5D均采用现有技术中的TL084模块。
