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中频电源是什么

只沾花不惹草 441425 2020-10-12  中频电源晶闸管 大中小 我要评论()

中频电源是一种静止变频装置，将三相工频电源变换成单相电源。对各种负载适应力强、适用范围广

中频电源是什么

简介

主要应用于各种金属的熔炼、保温、烧结、焊接、淬火、回火、透热、金属液净化、热处理、弯管、以及晶体生长等。

标准输出功率系列为：30kW~4000kW

标准配置熔炼炉系列为：5kg(30kW)~5000kg(4000kW)

标准振荡频率系列为：400Hz~10kHz

中频感应加热技术是通过电磁感应原理及利用涡流对工件进行加热。由于感应加热具有加热速度快、物料内部发热效率高、加热均匀且具有选择性、产品质量好、几乎无环境污染、可控性好及易于实现生产自动化等一系列优点,因此近年来得到了迅速发展切。目前,感应加热己广泛应用于铸造熔炼、锻造毛坯加热、金属表面热处理、铝电解等行业中。以上这些行业中的传统加热方式大多是以煤、油、气为能源或箱式电炉加热,存在能耗高、劳动条件差、环境污染严重、工艺质量难以控制等缺陷,严重制约了我国装备制造业的发展。因此,全面推广感应加热技术,是改造我国传统产业的必然趋势,而此技术的发展与感应加热电源的水平密切相关。

中频电源的结构

中频电源从早期的中频发电机组发展成为可控硅式变频电源,如今经过不断开发完善成为目前新一代变频电源装置。

中频电源主要包括整流变压器、可控硅整流器、续流二极管、逆变器以及联结整流器与逆变器的直流电抗器,还有相应的控制回路和保护回路.

变压器与整流装置

中频电源的可控硅整流装置能够产生大量的高次谐波电流,可以把它看成是一个谐波源。为了减少其谐波危害,对其整流装置的设计采取增加整流脉动数作为抑制谐波的主要措施。通常情况下,对于 1000kw 以下的中频电源装置采用 6 脉动整流,其产生的谐波主要为 6k 士 1(k 为正整数)次的特征谐波电流;而对于 1000kw 以上的中频电源装置根据容量的大小,可采用 12 脉动或 24 脉动整流。对于 12 脉整流电路,它是由两组 6 脉动的三相桥并联组成。两组桥的交流侧分别接到三绕组变压器的两个二次绕组上,一个绕组是星型接法,另一个是三角形接法,两者线电压相位差为 30“。当两组桥同步控制,使两组整流桥得到相同的触发角,经过分析可得来自两组整流桥的 5 次和 7 次谐波电流将在变压器的一次侧相互抵消。同样 17 次和 19 次谐波电流亦相互抵消,这时网侧的最低次特征谐波将是 n 次和 13 次谐波,接下来就是 23 次和 25 次谐波了。其变压器一次线电流的波形是三阶梯形,更接近正弦波。

工作原理

中频电源的工作原理为：采用三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后，成为直流电源，再经单相逆变桥，把直流电流逆变成一定频率（一般为 1000 至 8000Hz）的单相中频电流。负载由感应线圈和补偿电容器组成，连接成并联谐振电路（也可串联，一般情况下 IGBT 电源采用串联谐振，当然，IGBT 电源也可采用并联谐振）。

一般情况下，可以把中频电源的故障按照故障现象分为完全不能起动和起动后不能正常工作两大类。作为一般的原则，当出现故障后，应在断电的情况下对整个系统作全面检查，它包括以下几个方面：

（一）电源：用万用表测一下主电路开关（接触器）和控制保险丝后面是否有电，这将排除这些元件断路的可能性。

（二）整流器：整流器采用三相全控桥式整流电路，它包括六个快速熔断器、六个晶闸管、六个脉冲变压器和一个续流二极管。在快速熔断器上有一个红色的指示器，正常时指示器缩在外壳里边，当快熔烧断后它将弹出，有些快熔的指示器较紧，当快熔烧断后，它会卡在里面，所以为可靠起见，可以用万用表通断档测一下快熔，以判断它是否烧断。

测量晶闸管的简单方法是用万用表电阻挡（200Ω挡）测一下其阴极—阳极、门极—阴极电阻，测量时晶闸管不用取下来。正常情况下，阳极—阴极间电阻应为无穷大，门极—阴极电阻应在 10—50Ω之间，过大或过小都表明这只晶闸管门极失效，它将不能被触发导通。

脉冲变压器次边接在晶闸管上，原边接在主控板上，用万用表测量原边电阻约为 50Ω。续流二极管一般不容易出现故障，检查时用万用表二极管挡测其二端，正向时万用表显示结压降约有 500mV，反向不通。

（三）逆变器：逆变器包括四只快速晶闸管和四只脉冲变压器，可以按上述方法检查。

（四）变压器：每个变压器的每个绕组都应该是通的，一般原边阻值约有几十欧姆，次极几欧姆。应该注意：中频电压互感器的原边与负载并联，所以其电阻值为零。

（五）电容器：与负载并联的电热电容器可能被击穿，电容器一般分组安装在电容器架上，检查时应先确定被击穿电容器所在的组。断开每组电容器的汇流母排与主汇流排之间的连接点，测量每组电容器两个汇流排间的电阻，正常时应为无穷大。确认坏的组后，再断开每台电热电容器引至汇流排的软铜皮，逐台检查即可找到击穿的电容器。每台电热电容器由四个芯子组成，外壳为一极，另一极分别通过四个绝缘子引到端盖上，一般只会有一个芯子被击穿，跳开这个绝缘子上的引线，这台电容器可以继续使用，其容量是原来的 3/4。电容器的另一个故障是漏油，一般不影响使用，但要注意防火。

安装电容器的角钢与电容器架是绝缘的，如果绝缘击穿将使主回路接地，测量电容器外壳引线和电容器架之间的电阻，可以判断这部分的绝缘状况。

(六)水冷电缆：水冷电缆的作用是连接中频电源和感应线圈，它是用每根直径Φ0.6–Ф0.8 紫铜线绞合而成。对于 500 公斤电炉，电缆截面积为 480 平方毫米，对于 250 公斤电炉，电缆截面积采用 300 至 400 平方毫米。水冷电缆外胶管采用耐压 5 公斤的压力橡胶管，里面通以冷却水，它是负载回路的一部分，工作时受到拉力和扭力，与炉体一起倾动而发生曲折，因此时间长后容易在柔性连接处断裂开。水冷电缆断裂过程，一般是先断掉大部分后，在大功率运行时把未断小部分很快烧断，这时中频电源就会产生很高的过电压，如果过电压保护不可靠，就会烧坏晶闸管。水冷电缆断开后，中频电源无法启动工作。如不检查出原因而反复启动，就很可能烧坏中频电压互感器。检查故障时可用示波器，把示波器探头夹在负载两端，观察按启动按钮时有无衰减波形。确定电缆断芯时先把水冷电缆与电热电容器输出铜排脱开，用万用表电阻挡（200Ω挡）测量电缆的电阻值，正常时电阻值为零，断开时为无穷大。用万用表测量时，应把炉体翻到倾倒位置，使水冷电缆掉起，这样使断处彻底脱离，才能正确判断是否断芯。

故障排查

通过以上几个方面的检查，一般能查出大部分的故障原因，接下来可以接通控制电源，作进一步的检查。中频电源主电路合闸有手动和自动两种。对于自动合闸的系统，应该先将电源线暂时断开，以确保主电路不会合上。接通控制电源后，可以作下面几个方面的检查。

1．将示波器探头接在整流晶闸管的门极和阴极上，示波器置于电源同步，按下启动按钮后即可看到触发脉冲波形，应为双脉冲，幅度应大于 2V。按一下停止按钮，脉冲将立即消失。重复六次，将每个晶闸管都看一下，如果门极没有脉冲，可以将示波器的探头移到脉冲变压器的原边看一下，如果原边有脉冲而次边没有，说明脉冲变压器损坏，否则问题可能出在传输线或主控板上。

2．将示波器探头接在逆变晶闸管的门极和阴极上，示波器置于内同步，接通控制电源后可以看到逆变触发脉冲，它是一串尖脉冲，幅度应大于 2V，通过示波器的时标读出脉冲周期，算出触发脉冲频率，正常时应比电源柜的标称频率高约 20%，这个频率称为启动频率。按下启动按钮后，脉冲的间距加大，频率变低，正常时应比电源柜的标称频率低约 40%，按一下停止按钮，脉冲频率立即跳回启动频率。

通过上列检查，基本上能排除完全不能启动的故障。启动以后工作不正常，一般表现在下列几个方面：

1．整流器缺相：故障表现为工作时声音不正常，最大输出电压升不到额定值，且电源柜怪叫声变大，这时可以调低输出电压在 200V 左右，用示波器观察整流器的输出电压波形（示波器应置于电源同步），正常时输入电压波形每周期有六个波形，缺相时会缺少二个，这一故障一般是由于整流器某只晶闸管没有触发脉冲或触发不导通引起的，这时应先用示波器看一下六个整流晶闸管的门极脉冲，如果有的话，关机后用万用表 200Ω档测量一下各个门极电阻，将不通或者门极电阻特别大的那只晶闸管换掉即可。

2．逆变器三桥臂工作：故障表现为输出电流特别大，空炉时也一样，且电源柜工作时声音很沉重，启动后把功率旋钮调到最小位置，会发现中频输出电压比正常时高。用示波器依次观察四个逆变晶闸管的阳极—阴极之间的电压波形。如果三桥臂工作，可以看到逆变器中有相邻的二只晶闸管的波形正常，另外相邻的二只有一只没有波形，另一只为正弦波，如图 4 所示，KK2 触发不通，其阳极—阴极之间的波形就是正弦波；同时 KK2 不导通会导致 KK1 无法关断，所以 KK1 二端就没有波形。

3．感应线圈故障：感应线圈是中频电源的负载，它采用壁厚 3 至 5 毫米的方形紫铜管制成。它的常见故障有以下几种：

感应线圈漏水，这可能引起线圈匝间打火，必须及时补焊才能运行。

钢水粘在感应线圈上，钢渣发热、发红，会引起铜管烧穿，必须及时清除干净。

感应线圈匝间短路，这类故障在小型中频感应炉上特别容易发生，因为炉子小，在工作时受热应力作用而变形，导致匝间短路，故障表现为电流较大，工作频率比平常时高。

综上所述，为了能采用正确的方法进行中频电源的故障维修，就必须熟悉中频电源常见故障的特点及原因，才能少走弯路，节省时间，尽快的将故障排除，恢复中频电源的正常运行，从而保证生产的顺利进行。

主要特点

中频电源的主要特点有以下几点：

一、先进的重复启动功能，实现 100%的成功启动启动方式采用它激转自激形式的扫频式零压软启动方式，在整个启动过程中，频率调节系统和电流，电压调节闭坏系统，时刻跟踪负载的变化，实现理想的软启动，这种启动方式对可控硅冲击小，利于延长可控硅的使用寿命，同时具有轻重负荷均易启动的优点，尤其是炼钢炉满炉、冻炉均可轻易启动。

二、尖端的技术，卓越的节能效果控制电路采用了微电脑恒功率处理电路系统，加装了逆变Ф角自动调节电路，在运行过程中会随时自动监控电压，电流，频率的变化情况，并由此判断出负载的变化，会自动调整负载阻抗的匹配，达到恒功率输出，从而达到节时、节电提高功率因数的目的。

三、完善的设计，促使电路的工作可靠由于控制电路采用了 CPLD 软件设计，其程序输入由电脑来完成，其脉冲精度高，抗干扰，反应速度快，调试方便，具有截流，截压，过流，过压,欠压，缺相，缺水，等多项保护功能，由于各电路元件始终工作在安全范围内，从而大大提高了设备的使用寿命。

四、该设备能自动判断三相进线相序，无需分辩 A，B，C 相序，调试极为方便。

五、程序所用软件采用美国进口，电路板的制作全部采用波峰自动焊接，绝无虚焊现象，各种调节系统全部采用无触点式电子调节，无故障点，故障率极低，操作极方便。

六、高频率设备节能明显，电网污染小。