ＫＳＷ－４－１６热 处理炉调温电路原理与测试

　　ＫＳＷ－４－１６型温度自动调整热处理炉主要由炉体和温度控制器两大部分组成。图１中的电炉电阻丝和热电偶安装在炉体内，其他电路都安装在温控器内。在温控器内又安装了一个“ＴＤＷ２００１型电子式温度指示调节仪组合”（简称温控仪），图１中只画出了温控仪后面板上的接线盒各接线端子，其内部电路如图３所示。按图１实测的各级电压波形如图２所示。
　　一、温控器工作过程与测试
　　当温控器内发生故障时，由于其内部电路直接与市电连接，要用示波器测试可控硅触发脉冲等信号，示波器外壳带电，不安全。同时，现场检修还具有通常所有的那些不便之处。为此，我将炉体包括电阻丝、热电偶等留下，只将温控器搬到维修室，通过建立模拟运行条件，使之进入工作状态，维修工作即可顺利展开。避免了上述诸多困难和不便。
　　测试之前，首先建立模拟运行状态。其方法是：
　　１）短路图１中原来接热电偶的接线板{1}、{2}端；２）在原接电炉电阻丝接线板{8}、{9}端之间接上一５０Ｗ的电烙铁，作为假负载；３）市电经１∶１隔离变压器接到２２０Ｖ交流电压输入端；４）温控仪面板上的温度预置电位器ＶＲ４置于中间位置；５）温控器面板上的粗、细调电位器置于中间位置；６）接通面板上的“开关”，“通”绿色指示灯点亮，继电器吸合，同时可听到“叭嗒”一声。此时，整个温控器进入了模拟运行状态，电烙铁开始加温。
　　在模拟运行状态，图１中电源变压器Ｂ１初级{1}、{2}端获得２２０Ｖ交流电压，其次级{5}、{6}端所接指示灯点亮；次级{3}端经温控仪后面板标有“总”的接线端子，进入温控仪，此时图３中的继电器Ｊ已工作，常开触点闭合，标有“总”和“低”的黄、绿色导线短接，图１中全桥两交流电压输入端获得峰值１００Ｖ的交流电压，其波形如图２Ａ所示。全桥两直流输出端输出如图２Ｂ所示，频率为１００Ｈｚ的钟形半波脉冲，其峰值也是１００Ｖ。Ｒ１和稳压管２ＣＷ１１５构成了限幅电路，稳压管击穿电压为２２Ｖ，在图２Ｂ钟形脉冲幅度超过２２Ｖ的区间内，因稳压管击穿，其两端电压维持不变，２２Ｖ以上的钟形脉冲部分电压全部降在了Ｒ１上被限幅。实测稳压管两端电压波形为梯形，如图２Ｃ所示。
　　在图２中从Ｔ０时刻开始，梯形电压经Ｒ２、ＶＲ１、ＶＲ２给Ｃ１充电，Ｃ１端电压ＵＣ１随之上升，其波形如图２Ｄ所示，当到达Ｔ１时刻时，ＵＣ１上升到１４Ｖ，单结管ＢＴ３５ＣＪ发射极Ｅ与Ｂ２之间击穿导通，Ｃ１放电，其放电回路为：Ｃ１上端→单结管Ｅ极→Ｂ２极→脉冲变压器Ｂ２的{1}、{2}端→Ｃ１负极。充电时间常数大，放电时间常数小，在Ｔ０－Ｔ１期间形成了如图２Ｄ所示的锯齿波。在Ｔ１时刻ＵＣ１下降到５Ｖ，单结管随之截止。从Ｔ１时刻开始，２２Ｖ的梯形脉冲电压又开始了对Ｃ１的新一轮的充电过程，随后，又放电。至于图２Ｅ中第三个幅度较小的脉冲，是由于Ｃ１的充电时间和充电电流都较小造成的。当调整“粗调”、“细调”两电位器时，可以改变Ｃ１的充电速度，使ＵＣ１到达１４Ｖ对应时间轴的时刻也随之改变。Ｃ１的放电电流在脉冲变压器初级{1}、{2}端之间形成感生电压，其波形图如图２Ｅ所示。Ｄ１是阻尼二极管，在Ｃ１放电期间，放电电流流过Ｂ２初级，储存磁能，当单结管刚一截止时，Ｂ２初级绕组会形成{2}端为正，{1}端为负的感生电压，此电压使Ｄ１正偏而导通，储存在Ｂ２中的磁能通过Ｄ１快速地泄放掉，防止损坏单结管ｅｂ２极。Ｔ１时刻，图２Ｅ所示第一个正向尖脉冲经Ｂ２耦合到次级绕组，加到可控硅Ｔ１的Ｇ 、Ｋ极之间，形成触发电流，其回路为：Ｂ２／{6}→Ｄ３→Ｔ１／Ｇ→Ｔ１／Ｋ→Ｒ５→Ｂ２／{5}。Ｔ１导通，其电流回路为：２２０Ｖ电压输入插头→接线板／{5}→５０Ａ保险丝→电流表→Ｔ１／Ａ、Ｋ→接线板／{9}→电炉电阻丝→接线板／{8}→接线板／{6}→２２０Ｖ电压输入插头。如图２Ｇ所示，在Ｔ３时刻的尖脉冲加到可控硅Ｔ２的Ｇ、Ｋ极之间，Ｔ２导通，其导通电流回路为：２２０Ｖ电压输入插头→接线板／{6}→接线板／{8}→电炉电阻丝→接线板／{9}→Ｔ２／Ａ、Ｋ→电流表→保险丝→接线板／{5}→２２０Ｖ电压输入插头。Ｄ２、Ｄ３为隔离二极管。Ｃ２、Ｒ６用于抑制可控硅Ａ、Ｋ极之间的高压快变干扰脉冲，凡能通过Ｃ２的高频干扰信号被大功率电阻Ｒ６吸收，变为热能而消耗掉。
　　两只可控硅在一个周期内轮流工作，一个在正半周期内导通；一个在负半周期内导通。在Ｔ０－Ｔ２正半周期内，加到Ｔ１Ｇ、Ｋ间的触发脉冲共有３个，只有第一个脉冲起触发作用，可控硅一旦被触发，后续触发脉冲失去作用，如果导通角增大了，触发脉冲就会多于３个，起触发作用的仍是第一个脉冲。在Ｔ２－Ｔ４负半周期内，加到Ｔ２Ｇ、Ｋ间的触发脉冲也有３个，同样只有第一个脉冲起触发作用。从图２Ｈ中可看出：可控硅的导通角θ等于控制角α，即α＝θ＝９０°。如果将粗、细调电位器阻值调小，Ｃ１充电速度加快，图２Ｄ中的第一个锯齿波到达１４Ｖ的时刻提前，图２Ｅ、Ｆ、Ｇ中的触发脉冲左移，α角减小，θ角增大。如果将图２Ｈ、Ｉ相加，则会得到完整的正弦波波形。
　　二 、温控仪工作过程与测试
　　图３是ＴＤＷ２００１型温控仪内部电路图，元件标号是笔者编制的，在其印刷电路板上有排列整齐的两排电阻，其中最长的一排有１０只电阻，标以Ｒ１～Ｒ１０；另一排有８只电阻，标以Ｒ０１～Ｒ０８；其他元件的标号是随意确定的。图３中带圆圈的字符表示的接线端钮与图１中温控仪后面板接线盒的接线端钮，对应连接。
　　首先，建立温控仪的测试状态：１）将温控仪后面板接线盒各接线做好标记，再将温控仪从温控器中取下来；２）用一只１００Ω左右的线绕可调电位器与一１０ｋΩ左右的电阻串联后接到外接６Ｖ直流电源上，可输出０～６０ｍＶ的可调直流电压ＶＴ，将此电压接到图３中原来接热电偶的①、②接线端子上，用以模拟热电偶产生的毫伏数；３）调整电位器ＶＲ４使旋钮上的标记指向预置温度刻度盘１２００℃处；４）在图３电源变压器初级即在标有“相”、“中”字符的接线端经隔离变压器接入２２０Ｖ交流电压。此时，温控仪进入了模拟测试状态。
　　１．由Ｕ／Ｄ等构成的电炉温度表的测试
　　图３中标有“表头”字样的方框，表示电炉温度表，其指针偏转角度与①、②端所加电压成正比。在正常工作状态，“表头”指示的是电炉温度，其实是一只电压表；在模拟状态，其指示值的大小取决于外加直流电压ＶＴ的高低。由集成块ＨＡ１７３２４四运放之一的Ｕ／Ｄ等构成了电炉温度表。这是一较为典型的同相输入运放电路，其电压放大倍数ＫＶ为：
　　ＫＶ＝１＋Ｒ９／ＶＲ２＋Ｒ８?
　　其中Ｒ９＝１２９．２ｋΩ，Ｒ８＝１．８ｋΩ，ＶＲ２取为２００Ω，代入，得
　　ＫＶ＝１＋１２９．２／０．２＋１．８＝６５．６
　　从Ｕ／Ｄ的反相输入端{13}脚和同相输入端{12}脚向左看去，两支路元件的构成具有对称性：其中ＶＲ２＋Ｒ８≈Ｒ６＋Ｒ７＝２ｋΩ；Ｒ５＝Ｒ３＝１００Ω；ＶＲ５＝ＶＲ３；由于Ｄ７始终处于导通状态，实测其结电压为０．６１Ｖ，{1}端与大电阻Ｒ２（１６ＭΩ）相连接，Ｕ／Ｄ的{12}脚输入电阻近似为无穷大，通过Ｒ６、Ｒ７的电流几乎为０，５Ｖ电压经Ｒ２在Ｒ３上的压降约为０，故接线端子{2}到地之间的电压Ｖ{2}值为：
    Ｖ{2}＝ＶＲ３＝［（５－０．６１）／（Ｒ１＋Ｒ３）］×Ｒ３
           ＝［（５－０．６１）／（４．９９＋０．１）］×０．１＝０．０８８（Ｖ）
　　Ｖ②实测值亦为０．０８８Ｖ。
　　ＶＲ５电压值计算如下：
ＶＲ５＝（５×Ｒ５）／（ＶＲ１＋Ｒ４＋Ｒ５）
　　　＝（５×０．１）／（０．１１＋５．６＋０．１）＝０．０８６（Ｖ）
　　ＶＲ５的实测值亦为０．０８８Ｖ。其实只要将ＶＲ１的取值再减小一点，ＶＲ５的计算值即可达到０．０８８Ｖ。
　　校准零值时，先将图３中的{1}、{2}接线端子短路，调整电位器ＶＲ１使ＶＲ５与Ｖ{2}相等，即可使运放Ａ２的同相、反相输入端电压相等，其输出端{14}脚电压Ｖ１４近似为０伏，温度表指示为０℃。
    表１（见下期第六版）中左边第一、二栏给出了热电偶ＥＵ－２对应不同温度的毫伏值，是从ＥＵ－２技术手册上查到的。右边四栏的参数是通过调整外加电源可调电位器，使表头指针分别指示第一栏所示各温度值时的实测参数。例如：调整外接电压ＶＴ，使电炉温度表指示６００℃，然后测试加到{1}、{2}端子间的外加电压值，如第三栏所示２４．８２ｍＶ；接着测试集成块Ｕ／Ｄ的第{12}、{13}和{14}脚电压如第四、五和六栏所示的０．１１３Ｖ、０．１１２Ｖ和１．６７４Ｖ。（下转第５２期第六版）