电镦过程中可控硅移相触发和过零触发电路比较 - 工业/测

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1 引言

电热镦粗的工作原理如图1所示。

电镦过程是对一根细长的合金工件在导电夹持缸和砧子缸之间通一低电压大电流，使工件利用自身的电阻加热至塑性成型温度，在液压系统的推动下，局部镦粗成形。在镦粗过程中，镦粗缸的速度V1、砧子缸速度V2、镦粗压力P和加热电流I等参数对气门毛坯的成形质量起着决定性作用。其中，加热电流I是该控制系统中的一个最关键参数。

在图1中，变压器次级回路的等效电路如图2所示。



根据全电路欧姆定律得：



其中：Us为次级电压；Rs为次级电阻；Xs为次级漏电抗；Rm为毛坯自身电阻；Rj为接触电阻。
由于Rs和Xs较小可匆赂不计．此时有：



Rj开始较大，随着镦粗的进行不断减少，最后进入稳定镦粗阶段基本不变。Rm在开始阶段由于电阻率随温度的增加而增大，并随着坯料横截面的增加而变化，到终镦阶段为一定值。虽然Rj和Rm对加热电流有影响，但和Us相比，其影响较小。因此加热电流主要由次级电压厌足。

2 两种调压电路原理分析

调压电路设计的方法有2种：通过可控硅移相触发控制和通过可控硅过零触发控制。

2．1 可控硅移相触发

图3是触发脉冲的移相触发角分别为30°，90°，150°时的导通情况，由此可知，负载两端的电压及平均功率是随移相触发角的变化而变化的。



2．2 可控硅过零触发

可控硅过零触发是在电源电压零点附近触发晶闸管导通，通过改变设定周期内晶闸管导通的周波数，实现交流调压和调功。图4是定周期过零触发工作原理图。




图中Tc为控制信号的周期，t1和t2分别为可控硅的通、断时间，且Tc＝t1十t2。

该电路是通过改变可控硅的通断时间比即改变通断的周波数来实现功率调节，控制电路把负载与电源u=／2Usinω0·t在周期Tc时间内接通t1秒(通n个周波)，然后再断开t2秒(断m个周波)，则负载R上的交流电压有效值为：



其中：U，IM,PM分别为可控硅连续导通时负载获得的最大电压、电流和功率。在本系统中我们是通过改变η来进行电流电压调节的。

3 基子Labview的2种调压电路的频谱分析

我们采用美国NI公司的编译型图形化编程语言Labview，构建了自己的虚拟仪器仿真与测试系统。适当修改个别参数就可以得到可控硅移相触发方式和过零触发电路的时域波形和频谱分析波形。修改η可修改可控硅的导通角和通断时间比，图5和图6分别为η＝50％可控硅移相触发方式和过零触发电路的时域波形和频谱分析图。



通过上述频谱分析可知，可控硅移相触发方式无偶次谐波但奇次谐波严重，3次谐波占基波分量的60％左右，5次、7次、9次谐波也占较大比例，这样在可控硅导通的瞬间使电网电压畸变，功率因数下降，对电网的其他用电设备产生不良影响。而过零触发电路无偶次谐波，奇次谐波也很小，只是存在一定程度的低频干扰。并且，随着η的增大，低频分量也大幅减少。这对于我们的电镦过程中的电阻性负载，很容易获得良好的正弦波。过零触发方式已在某汽车配件厂气门生产中，得到了很好的验证。