高週波的基本知識-熱機之種類及特性

熱力學Thermodynamics係研究熱能的現象以及轉變為他種能量,如機械能、電能、化學能等關係之科學。若專以工程方面而言,一般僅限於研究熱能對於機械能及功率之關係時,稱之謂工程熱力學。自瓦特(James watt)氏於西元1774年發明蒸汽機以來,由機械逐漸代替人力而發生工業革命,迨至內燃機發展成功,以其具有應用便利,設置簡單,燃料經濟等多方面之優點,逐漸演變成今日主要之動力。

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高週波的基本知識-SCR接觸器

電路中的點火管接觸器,在很多應用上可以SCR來替代。以二只大電流的SCR作反向並聯連接即可構成全波接觸器。激發SCR接器的控制脈波系由定時和程序電路所供給。熔絲隔離開關係裝設於配電盤的右上端。
電阻器IR與電容哈1C係用來限制DV/DT,以保護SCR。電阻器2R作為相位控制開關動作期間,負載變壓器所產生衝擊生電壓的放電阻。保險絲FS亦作為保護SCR用。在此電路中並無良好的散熱裝置來使SCR冷卻,因此通常均須使用水循環系統來冷卻SCR的溫度。

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高週波的基本知識-點火焊接電流電路

焊接電流電路 ,包含二只SCR及二個點火管。點火管是一種能在短工作週期間產生數千安培電流的充氣管。它的陰極是大充氣管部的液態汞,若於點火器上加上正電壓時,點火器端點與液態汞表面即產生強大的電場,將電子拉出液面而形成電子霧。倘若同時於陽極加上丑電壓,則電子即被加速而奔向陽極,使得管內的氣體電離而導電。由上可知,點火管與SCR的工作極為相似,有些應用亦可以SCR替代點火管用,在火電流應用,如焊接機,仍以使用點火管較多。點火管內的液態汞並無封固,是故此種管子必須工作於垂直位置;並常於其金屬保護套以水冷卻之。
當105T-S與106T-S的兩有正脈波產生時,SCR導電而加一正電壓於點火管的點火器上。二只點火管係如同SCR作背的反向並聯工作,有時稱之為接觸器(Contactor)。安全接觸點由起動電路中的101CR來控制,以防止點火管的意外點火。並聯於SCR兩端的閘流體(Thyrector)101SS與102SS係用來保護SCR,以免受高暫態電壓的損壞。電阻器115R及電容器106C係用以保護SCR102Q不受高頻暫態電壓的影響;117R與108C係用以保護SCR103Q。熔絲隔開關(Fusible Disconnect Switch)為此種大電力設備在工業上的標準裝置。其主控制變壓器101T及其他元件均裝設於電力配電盤上。

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高週波的基本知識-熱控制電路

在焊接程序中的熱量控制是利用相位控制方式來改變點火管(Ignitron tube)的導電點。電路中的101T變壓次級圈、110C、IP及2P是用來作相位控制用的;而相位控制的輸出電壓係發生在2T變壓器的初級圈,其落後相角則由1P及2P兩電位器來決定。倘若兩電位器均設定於最大電阻值處,則其落後的相角亦為最大,變壓器2T的次級側由20RE、21RE、12C及13C組成一全波整流電路,其整流輸出經34R與37R分壓電路而加於6Q電晶體的基極,而6Q電晶體僅在無整流輸出時才導電。因此,應用相移電路的整流輸出即可促使6Q電晶體,僅在整流輸出為零的甚短期間才導電。在6Q電晶體導電的短期間內,變壓器3T被激勵而輸出正脈衝電壓以激發SCR 7Q。雖然SCR7Q在每一半週均受有正激發脈波,但是僅在SCR8Q導電期間,7QP才可能導電。在機器程序開始時,SCR8Q的閘極被導電的二極體28RE及45R、17Q限制在一低準位。當17Q電晶體變為截流時,也即焊接程序開始時,SCR8Q的閘極受流經45R及42R的電流推動至正電壓,故當7Q受來自101T-S2端點的正電壓的激發導電時,8Q亦導電。此時,電流流經116RE、132R及24RE而激勵106T-P,產生正閘極脈波以激發電流電路中的SCR103Q。於電源的另一半週期間,8Q被來自101T-S3端點的正電壓激發導電,電流流經115RE、132R及24RE而激勵105T-P,產生正閘極脈波以激發SCR102Q。在焊接程序期間,SCR8Q受17Q的訊號控制以決定點火管的導電時間(以電壓週數計),但是SCR7Q則決定點火管在每一半週的導電點。
在焊接程序結束時,18Q變為截流而17Q變為導電,故8Q的閘極電位被限制在接近陰極電位,而截流。所以105T與106T不再被激勵,故無電流流經點火管,而結束了流經焊接電路的電流。

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高週波的基本知識-斷路程序的定時

假如電路的9SW開關放置於重複位置,則此機件將停留在休息或斷路程序中61週波時間,而後機件將如同起重開關閉合一羕,重覆其程序工作。其總斷路時間將由開關7SW及8SW的設定位置來控制。當保持程序結速時21Q截流,此時經7SE、8SE、69R、14RE及21Q的路徑不通,故電容器21C乃經7SW、8SW、69R及38RE而充電、其充電則依7SW及8SW所設定的電阻而定。當電容器21C充電至所需的激發電壓時,UJT13Q導電,此時電容器21C經43RE、71R、44RE及75R而放電。此時加於14Q射極上的正脈波將使14Q截流,而14Q集極電壓增高又迫使22Q截流。22Q截流時,21Q導電而其集極送出一負向變化的脈波經10C與23R至3Q電晶體的基極,而促使3Q截流,故1Q閘極的電壓將消失。但是,只要起重開關是閉合的,102T變壓器將供給1Q閘極激為訊號。
2Q電晶體因正反器3Q的截流而導電,電流經1SW、2SW、IRE、66R及2Q而限制電容器21C的充電電壓於一低準位,所以UJT不導電,即定時器仍處於休息狀態。由於起重開關仍閉合,故2Q將因下一同步負脈波經6C加於其基極而截流,此即斷路程序的終了,但是機械工作週將繼續重複工作。
假如起動開關在斷路程序結束之前打開。則當21Q再度導電而輸出一負脈波至3Q電晶體的基極,迫使其截流,故變壓器1T無磁場作用;同時,由於起動開關已打開、102T-S亦不能維持1Q導電。當1Q截流時,103T-SB的電壓消失,以致下一負向變化脈波經31R與9C加至5Q電晶體的基極,而促使11-14 5Q電晶體截流。此時,5Q上昇的集極電壓將供給16Q、17Q、19Q及21Q諸電晶體的基極,而使程序控制的正反器均重置於開始位置。此時,機件將處於休息狀態,而等待起動開關的閉合。

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高週波的基本知識-保持程序的定時

在焊接程序結束時,電晶體17Q導電,產生一負向變化的脈波經29C電容器加於19Q電晶體的基極。此電壓將促使19Q的基極電壓低於射極而產生截流,所以20Q電晶體即因正反器19Q截流而導電。19Q的集極電壓上昇阻止電流經37RE,電容器21C電容器充電至所電的發壓,UJT13Q導電使電容器21C經43RE、71R、44RE及75R而放電,使得14Q電晶電的射極,使得2Q電晶體截流而19Q電晶體導電。19Q電晶體的導電產生一負向變化脈波經30C而加於21Q電晶體的基極,使得21Q截流。22Q電晶體即另正反器21Q的截流而導電。當22Q電晶狁電時,流經25R的電流將被轉變為由4Q閘極經18RE及22Q。所以SCR4Q,即在陽極電壓正半週的末端時截流;4Q截流後即無電流流經104P,所以供給101Q閘極電路的104T-S電壓亦將消失,故101QSCR亦將於陽極正半波的末端截流。此時螺管閥繼電器圈即不被激勵,使得在螺管閥電源電路內之接點打開,而釋放加於焊接棒尖端的壓力。此為機械工作週中的保持作用結果。

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高週波的基本知識-焊接程序的定時

由一個程序速入另一個程序的工作是四個雙穩式正反器來完成。當15Q電晶體導電時,即產生一負向變化的脈波經電容器28C而加於電晶體17Q的基極,使其基極電壓低於射極電壓,故17Q截流,而18Q電晶體導電。在17Q電晶體截止前,電流經49R、28RE及17Q,使得17C電容器兩端電壓維持在一低準位,故PUT定時器不動作。當17Q電晶體截流時,17C電容器即可自由充電至激發9QPUT所需的陽極電壓,以激發UT而供給8QSCR的激發脈波。
在焊接終了時,UJT13Q導電;而14Q電晶體將因射極上受有正向脈波而截流;所以14Q的集極電壓上昇迫使18Q截流。而18Q截流後,又迫使17Q導電而限制了17C的充電電壓。如此PUT定時器無輸出脈波,8QSCR將不被激發,因而阻止了大電流點火管的導電。此即為焊接程序的結束。

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高週波的基本知識-加壓程序的定時

此控制電路的心臟部份是UJT定時器。當程序開始時電阻器60R經由導電的電晶體2Q及二極體7RE,而連接至直流供給電源的負端。由電阻器61R與60R所構成的分壓器,限制電容器21C的充電電壓在一低準位,而無法達到UJT的射極激發電壓。在程序開始時,電流亦流經1SW、2SW、66W、39RE及2Q電晶體更限制了電容器21C的電壓在低準位,故在2Q電晶體導電的期間,UJT決無法被激發,惝若,2Q電晶體發生截流時,電容器21C即經由在選擇開關1SW與2SW上的加壓定時電阻而充電;當21C兩端電壓被充電至UJT所需的激發電壓而使UIT準備導電時。由於電阻器62R、63R及二極體31RE的作用而限制了21C的充電電壓,使之比UJT內部解離比所需的激發電壓低,故UJT無法被激發導電。此UJT的激發動作系由來自史密特激為器的負向變化同步脈波加於其B而完成的。此史密特激發器的輸出方形波係經電容器22C的微分,所以負向變化的同步脈波係發生在交流線電壓的正半週開始時。由於電晶體12Q在正常情形被流經73R與42RE的電流作用而呈飽和狀態,因此UJT的B被限定在直流電源的正電位,使負向變化的脈波無法促其發生激發,是故12Q電晶體須截流才能使加壓動作結束。電晶體12Q的截流動作是利用變壓器4T-S的電感反衝電壓來完成,而變壓器4T的初級圈是經二極體101RE連接至101S,所以在電源正半週的始點時,即有正向反衝電壓加至12Q電晶體的基礎,使得12Q電晶體截流,且有足夠長的截流時間以使UJT被激發。
當UJT激發導電後,電容器21C即經UJT的E-B接合面放電,而於電阻器71R與75R上產生正脈波電壓。但是,UJT的輸出訊號尚不足以驅動程序控制電路中的正反器,還須使用緩衝放大來增高其推動能力。14Q電晶體即為UJT的緩衝放大電路。在UJT輸出脈波尚未到達之前,14Q電晶體是處於導電狀態,當UJT輸出脈波而使連接於14Q電晶體射極的電阻器75R兩端電壓突然地上昇,使得14Q電晶體截流。由於14Q電晶體的截流,使得其集極電壓提高,經由45RE而加至16Q、18Q、20Q及22Q的射極,使得電路中導電的電晶體變為截流。在程序動作開始時,16Q電晶體即變為截流而15Q導電,此時電流經ISW、2SW、66R、40RE及15Q電晶體,以防止電容器21C經加壓電路而繼續充電。

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高週波的基本知識-程序起動

2Q與3Q構成一雙穩式正反電路;在正常狀態2Q電晶體是導電,而3Q電晶體是截流。103T-SA的輸出交流電壓與直流電源相串聯,經4RE二極、11R及2RE二極體而加於2Q電晶體的基極,此電壓值在正常情況是不足以激發正反器發生轉態。倘若有一同步脈波與103T-SA的輸出電壓相配合,即可起動程序電路。此同步脈波訊號系得自一微分史密特激發電路。
電晶體10Q與11係構成一再生開關放大器,而其輸入電壓,系取自101T變壓器的次級圈,但其相位與交流線電壓反180度。史密特激發器的輸出方形波輸出電壓由6C電容器微分後,經12RE二體而加於2Q電晶體的基極。此負向變化的脈波用來同步程序的起動,使其發生於交流線電壓正半週的始端。在起動開關閉合後,於交流線電壓正半週的始端,2Q電晶體轉變為截流;此截流的2Q將促使3Q導電,而允許電流流經1T變壓器的初級體。此變壓器1T的次級圈即為SCR1Q的閘一陰電路,故當1T-S正電壓時即可使1QSCR保持導電而無需經由程序控制。在2Q電晶體導電期間,4QSCR的閘極電壓不會被限制2Q的飽和電壓,其閘極電壓可由25R、26R及27R分壓而得。由於104T變壓器的次級圈系於SCR101Q的閘一陰極電路,所以,104T變壓器的次級圈系接於SCR101Q的閘一陰極電路,所以104T-S的正電壓產生電流經109RE而激發101Q。旋管閥繼電器SVCR則由10LQ的導電而產生動作,使得到旋管閥電源電路的接點閉合,而促使螺旋管閥動作,同時加壓於焊接棒上,此即為機械工作中的加壓程序之開始。另一個放置於起動電路中的SVCR繼電器接點亦閉合,故起動開關按下後即可放開了。
103T-SB的輸出經5RE及13R而加於3Q電晶體基極一正電壓,以防止當同步負向脈波加入時,3Q不致發生截流現免,但此兩極性相反的訊號電壓和必須為正,才可以使3Q電晶體在整個加壓時間內維持導電。

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高週波的基本知識-起動電路

當起動開關閉合,即完成了102T變壓器的初級側迴路;使SCR1Q的陰極連接至變壓器102T的次級圈端。施加以1QSCR陽極的電壓與加於102T變壓器的電壓反180度的相位。變壓器[email protected]的次級圈接至1QSCR陽-陰極間,利用102T的電感反衝電壓以激發1QSCR。此可保證SCR在陽極正半週開始時即可導電,且不會受線電壓的暫態變化或雜訊的激發,當SCR陽極為正的半週,繼電器101CR受流經102RE二極體的電流激勵而動作;而在點火電路中的101CR接點為正常開啟(NO)的,以防止大電流點火管的外激發。101CR動作使得此NO的接點閉合,以準備點火的動作。當1QSCR導電時,連接於陽極電路的變壓器103T,其次級圈將產生電壓以起2Q、3Q正反器而開始各程序之動作。

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