中頻電源在玻璃鍍膜中的應用

【摘 要】鍍膜工序是玻璃深加工的一道重點工序，而鍍膜工序的要點就在濺射上，濺射的首要條件就是要有電源，其中分為直流電源和交流電源，由于直流電源包含在交流電源中，本文就簡要介紹下交流電源。

【關鍵詞】中頻；控制；負載

由于交流電源的種類繁多，筆者以德國公司提供的HUTTINGER（120KW）中頻電源為例。該電源從工作機理上可分為兩部分，直流供應單元和中頻功率單元。

一、直流供應單元

電能通過一個三項變壓器提供，保證浮動電壓。整流器組能產生直流電壓，它由通過串并聯的整流模塊組成。主變壓器的輸出電壓連接到整流器的橋式結構上。整流器的時鐘頻率為20kHZ，能確保當負載改變時有足夠快的響應特性。整流器最終產生一個經過LC濾波后的直流電壓（中間電路電壓）。正常的中間電路電壓值可連續0-100%調整，這個電壓值也決定了輸出功率的大小。電壓互感器和電流互感器提供了控制電子組件所需的實際電壓及電流值。檢測電子組件位于電能供應單元內，可以監視振蕩器的電壓，水和溫度故障。檢測電子組件也能夠傳遞振蕩器的工作參數給電能供應單元的控制電子組件。

二、中頻功率單元

中頻功率由自振蕩器產生。振蕩器將直流電源側電壓轉變為交流可變電壓。可變電壓的頻率由振蕩電路決定，這個頻率也即是工作頻率。振蕩電路電容、變壓器和諧振腔的電感均影響諧振頻率。因此，可通過設置特定的振蕩電路參數來設定工作頻率。工作頻率在操作期間將自動與負載狀況相匹配。晶振電路采用這種方式設計將能幾乎無延遲地對諸如等離子體應用等快速改變的負載和不對稱工況負載（如兩個半波周期不同）而做出相應的頻率調整。中頻功率傳輸給負載是通過一個輸出變壓器來完成。中頻電源的實時功率消耗主要包括了振蕩電路的損耗和負載損耗。

三、控制模式

中頻電源有兩種控制方式：“本地”及“運動”

“單機”操作：操作模式“本地”：

電源能夠在任何可能存在的高級控制系統外獨立操作。所有操作電源所需要的命令均能在內部產生。

綜合控制設備：操作模式“運動”：

電源由一個高級控制系統控制和綜合。在這種方式下，有以下幾個控制接口：數字接口和模擬接口。所有操作電源所必須的命令都由選定的接口提供。

四、安全和控制電路的連接

為了連接系統控制裝置，必須在Remote Control菜單中選擇三個可能的接口之一。這些接口位于插頭+1-X3至+1-X6。安全和控制電路必須連接在接頭+1-X3（數字接口），或者采用“jumper”搭橋接頭+1-X2，這取決于實際應用情況。

五、匹配負載阻抗

當電源的自阻抗和負載阻抗搭配而使電源的正常輸出能夠快速傳遞，則認為達到了匹配。所有測量的目標是調整電源的阻抗與負載的阻抗相匹配。負載阻抗通常是固定的或者可能小范圍的改變。用于等離子體應用的HUTTINGER電源有能夠在輸出額定功率下的廣泛的匹配范圍。為了這個目的，電源提供下面的可行的匹配方式。

輸出變壓器的抽頭提供了一個對輸出電壓的粗略選擇。但選擇的抽頭必須有足夠高的電壓來保證可靠的等離子體點燃。

可變振蕩器電路電容（單個電容在一個模塊內并聯連接）可改變工作頻率及匹配狀況。例如，單個電容容量為660nF，減小電容：松開螺絲并移開電容會造成頻率增加，IDC減小。增大電容：增加并擰緊電容會使頻率降低，IDC增加。

諧振頻率有下列式子計算：

f=1/（2π√（LC）

公式中，L為變壓器總電感，C為總電容。

六、故障實例

在電源柜的使用過程中，出現故障是在所難免的，曾經出現過一些故障。例如，我們發現有一路熔斷器燒壞（熔斷器Protistor x300055 690V AC 200A），再次檢查發現下面的鉗位板也被燒壞。經過分析，我們判斷導致燒壞熔斷器的原因可能是在驅動靶筒工作的時候出現了瞬間短路造成電源功率過大，從而燒壞功率輸出組和旁路保護組的部分電氣元件。

本次故障共損壞了如下備件：第三路斬波橋的一個IGBT（SKM300GAL123D）、鉗位板下面的一個IGBT（FZ400R12KS4）、第三路羅蘭熔斷器1個、鉗位板1塊。通過對以上備件的更換，最終恢復了電源柜的實用，但是使用一段時間后發現電源柜的功率只能加到44KW，無論把設定功率升高到多大（超過44KW）電源柜的實際功率一直停留在44KW，于是懷疑直流電源供應單元和功率控制單元的IGBT有可能有個別損壞，更換了一些IGBT后發現問題沒有解決，之后用示波器檢查發現直流供應單元的一路斬波板沒有輸出，導致這一路IGBT無法打開，從而使這一組沒有功率輸出，導致輸出功率只有額定功率的一半。