中頻電源

中頻電源是一種靜止變頻裝置，將三相工頻電源變換成單相電源。對各種負載適應力強、適用範圍廣

基本介紹

• 中文名：中頻電源
• 特點：對各種負載適應力強、適用範圍廣
• 性質：一種靜止變頻裝置
• 套用範圍：各種金屬的熔煉、保溫

簡介

主要套用於各種金屬的熔煉、保溫、燒結、焊接、淬火、回火、透熱、金屬液淨化、熱處理、彎管、以及晶體生長等。

中頻電源

標準輸出功率系列為：30kW~4000kW

標準配置熔煉爐系列為：5kg(30kW)~5000kg(4000kW)

標準振盪頻率系列為：400Hz~10kHz

中頻感應加熱技術是通過電磁感應原理及利用渦流對工件進行加熱。由於感應加熱具有加熱速度快、物料內部發熱效率高、加熱均勻且具有選擇性、產品質量好、幾乎無環境污染、可控性好及易於實現生產自動化等一系列優點,因此近年來得到了迅速發展切。目前,感應加熱己廣泛套用於鑄造熔煉、鍛造毛坯加熱、金屬表面熱處理、鋁電解等行業中。以上這些行業中的傳統加熱方式大多是以煤、油、氣為能源或箱式電爐加熱,存在能耗高、勞動條件差、環境污染嚴重、工藝質量難以控制等缺陷,嚴重製約了我國裝備製造業的發展。因此,全面推廣感應加熱技術,是改造我國傳統產業的必然趨勢,而此技術的發展與感應加熱電源的水平密切相關。

中頻電源的結構

中頻電源從早期的中頻發電機組發展成為可控矽式變頻電源,如今經過不斷開發完善成為目前新一代變頻電源裝置。

中頻電源主要包括整流變壓器、可控矽整流器、續流二極體、逆變器以及聯結整流器與逆變器的直流電抗器,還有相應的控制迴路和保護迴路.

變壓器與整流裝置

中頻電源的可控矽整流裝置能夠產生大量的高次諧波電流,可以把它看成是一個諧波源。為了減少其諧波危害,對其整流裝置的設計採取增加整流脈動數作為抑制諧波的主要措施。通常情況下,對於1000kw以下的中頻電源裝置採用6脈動整流,其產生的諧波主要為6k士1(k為正整數)次的特徵諧波電流;而對於1000kw以上的中頻電源裝置根據容量的大小,可採用12脈動或24脈動整流。對於12脈整流電路,它是由兩組6脈動的三相橋並聯組成。兩組橋的交流側分別接到三繞組變壓器的兩個二次繞組上,一個繞組是星型接法,另一個是三角形接法,兩者線電壓相位差為30“。當兩組橋同步控制,使兩組整流橋得到相同的觸發角,經過分析可得來自兩組整流橋的5次和7次諧波電流將在變壓器的一次側相互抵消。同樣17次和19次諧波電流亦相互抵消,這時網側的最低次特徵諧波將是n次和13次諧波,接下來就是23次和25次諧波了。其變壓器一次線電流的波形是三階梯形,更接近正弦波。

工作原理

中頻電源的工作原理為：採用三相橋式全控整流電路將交流電整流為直流電，經電抗器平波後，成為直流電源，再經單相逆變橋，把直流電流逆變成一定頻率（一般為1000至8000Hz）的單相中頻電流。負載由感應線圈和補償電容器組成，連線成並聯諧振電路（也可串聯，一般情況下IGBT電源採用串聯諧振，當然，IGBT電源也可採用並聯諧振）。

一般情況下，可以把中頻電源的故障按照故障現象分為完全不能起動和起動後不能正常工作兩大類。作為一般的原則，當出現故障後，應在斷電的情況下對整個系統作全面檢查，它包括以下幾個方面：

（一）電源：用萬用表測一下主電路開關（接觸器）和控制保險絲後面是否有電，這將排除這些元件斷路的可能性。

（二）整流器：整流器採用三相全控橋式整流電路，它包括六個快速熔斷器、六個晶閘管、六個脈衝變壓器和一個續流二極體。在快速熔斷器上有一個紅色的指示器，正常時指示器縮在外殼裡邊，當快熔燒斷後它將彈出，有些快熔的指示器較緊，當快熔燒斷後，它會卡在裡面，所以為可靠起見，可以用萬用表通斷檔測一下快熔，以判斷它是否燒斷。

測量晶閘管的簡單方法是用萬用表電阻擋（200Ω擋）測一下其陰極—陽極、門極—陰極電阻，測量時晶閘管不用取下來。正常情況下，陽極—陰極間電阻應為無窮大，門極—陰極電阻應在10—50Ω之間，過大或過小都表明這隻晶閘管門極失效，它將不能被觸發導通。

脈衝變壓器次邊接在晶閘管上，原邊接在主控板上，用萬用表測量原邊電阻約為50Ω。續流二極體一般不容易出現故障，檢查時用萬用表二極體擋測其二端，正向時萬用表顯示結壓降約有500mV，反向不通。

（三）逆變器：逆變器包括四隻快速晶閘管和四隻脈衝變壓器，可以按上述方法檢查。

（四）變壓器：每個變壓器的每個繞組都應該是通的，一般原邊阻值約有幾十歐姆，次極幾歐姆。應該注意：中頻電壓互感器的原邊與負載並聯，所以其電阻值為零。

（五）電容器：與負載並聯的電熱電容器可能被擊穿，電容器一般分組安裝在電容器架上，檢查時應先確定被擊穿電容器所在的組。斷開每組電容器的匯流母排與主匯流排之間的連線點，測量每組電容器兩個匯流排間的電阻，正常時應為無窮大。確認壞的組後，再斷開每台電熱電容器引至匯流排的軟銅皮，逐台檢查即可找到擊穿的電容器。每台電熱電容器由四個芯子組成，外殼為一極，另一極分別通過四個絕緣子引到端蓋上，一般只會有一個芯子被擊穿，跳開這個絕緣子上的引線，這台電容器可以繼續使用，其容量是原來的3/4。電容器的另一個故障是漏油，一般不影響使用，但要注意防火。

安裝電容器的角鋼與電容器架是絕緣的，如果絕緣擊穿將使主迴路接地，測量電容器外殼引線和電容器架之間的電阻，可以判斷這部分的絕緣狀況。

(六)水冷電纜：水冷電纜的作用是連線中頻電源和感應線圈，它是用每根直徑Φ0.6–Ф0.8紫銅線絞合而成。對於500公斤電爐，電纜截面積為480平方毫米，對於250公斤電爐，電纜截面積採用300至400平方毫米。水冷電纜外膠管採用耐壓5公斤的壓力橡膠管，裡面通以冷卻水，它是負載迴路的一部分，工作時受到拉力和扭力，與爐體一起傾動而發生曲折，因此時間長後容易在柔性連線處斷裂開。水冷電纜斷裂過程，一般是先斷掉大部分後，在大功率運行時把未斷小部分很快燒斷，這時中頻電源就會產生很高的過電壓，如果過電壓保護不可靠，就會燒壞晶閘管。水冷電纜斷開後，中頻電源無法啟動工作。如不檢查出原因而反覆啟動，就很可能燒壞中頻電壓互感器。檢查故障時可用示波器，把示波器探頭夾在負載兩端，觀察按啟動按鈕時有無衰減波形。確定電纜斷芯時先把水冷電纜與電熱電容器輸出銅排脫開，用萬用表電阻擋（200Ω擋）測量電纜的電阻值，正常時電阻值為零，斷開時為無窮大。用萬用表測量時，應把爐體翻到傾倒位置，使水冷電纜掉起，這樣使斷處徹底脫離，才能正確判斷是否斷芯。

故障排查

通過以上幾個方面的檢查，一般能查出大部分的故障原因，接下來可以接通控制電源，作進一步的檢查。中頻電源主電路合閘有手動和自動兩種。對於自動合閘的系統，應該先將電源線暫時斷開，以確保主電路不會合上。接通控制電源後，可以作下面幾個方面的檢查。

1．將示波器探頭接在整流晶閘管的門極和陰極上，示波器置於電源同步，按下啟動按鈕後即可看到觸發脈衝波形，應為雙脈衝，幅度應大於2V。按一下停止按鈕，脈衝將立即消失。重複六次，將每個晶閘管都看一下，如果門極沒有脈衝，可以將示波器的探頭移到脈衝變壓器的原邊看一下，如果原邊有脈衝而次邊沒有，說明脈衝變壓器損壞，否則問題可能出在傳輸線或主控板上。

2．將示波器探頭接在逆變晶閘管的門極和陰極上，示波器置於內同步，接通控制電源後可以看到逆變觸發脈衝，它是一串尖脈衝，幅度應大於2V，通過示波器的時標讀出脈衝周期，算出觸發脈衝頻率，正常時應比電源櫃的標稱頻率高約20%，這個頻率稱為啟動頻率。按下啟動按鈕後，脈衝的間距加大，頻率變低，正常時應比電源櫃的標稱頻率低約40%，按一下停止按鈕，脈衝頻率立即跳回啟動頻率。

通過上列檢查，基本上能排除完全不能啟動的故障。啟動以後工作不正常，一般表現在下列幾個方面：

1．整流器缺相：故障表現為工作時聲音不正常，最大輸出電壓升不到額定值，且電源櫃怪叫聲變大，這時可以調低輸出電壓在200V左右，用示波器觀察整流器的輸出電壓波形（示波器應置於電源同步），正常時輸入電壓波形每周期有六個波形，缺相時會缺少二個，這一故障一般是由於整流器某隻晶閘管沒有觸發脈衝或觸發不導通引起的，這時應先用示波器看一下六個整流晶閘管的門極脈衝，如果有的話，關機後用萬用表200Ω檔測量一下各個門極電阻，將不通或者門極電阻特別大的那隻晶閘管換掉即可。

2．逆變器三橋臂工作：故障表現為輸出電流特別大，空爐時也一樣，且電源櫃工作時聲音很沉重，啟動後把功率旋鈕調到最小位置，會發現中頻輸出電壓比正常時高。用示波器依次觀察四個逆變晶閘管的陽極—陰極之間的電壓波形。如果三橋臂工作，可以看到逆變器中有相鄰的二隻晶閘管的波形正常，另外相鄰的二隻有一隻沒有波形，另一隻為正弦波，如圖4所示，KK2觸發不通，其陽極—陰極之間的波形就是正弦波；同時KK2不導通會導致KK1無法關斷，所以KK1二端就沒有波形。

3．感應線圈故障：感應線圈是中頻電源的負載，它採用壁厚3至5毫米的方形紫銅管制成。它的常見故障有以下幾種：

感應線圈漏水，這可能引起線圈匝間打火，必須及時補焊才能運行。

鋼水粘在感應線圈上，鋼渣發熱、發紅，會引起銅管燒穿，必須及時清除乾淨。

感應線圈匝間短路，這類故障在小型中頻感應爐上特別容易發生，因為爐子小，在工作時受熱應力作用而變形，導致匝間短路，故障表現為電流較大，工作頻率比平常時高。

綜上所述，為了能採用正確的方法進行中頻電源的故障維修，就必須熟悉中頻電源常見故障的特點及原因，才能少走彎路，節省時間，儘快的將故障排除，恢復中頻電源的正常運行，從而保證生產的順利進行。

主要特點

中頻電源的主要特點有以下幾點：

一、先進的重複啟動功能，實現100%的成功啟動 啟動方式採用它激轉自激形式的掃頻式零壓軟啟動方式，在整個啟動過程中，頻率調節系統和電流，電壓調節閉壞系統，時刻跟蹤負載的變化，實現理想的軟啟動，這種啟動方式對可控矽衝擊小，利於延長可控矽的使用壽命，同時具有輕重負荷均易啟動的優點，尤其是煉鋼爐滿爐、凍爐均可輕易啟動。

二、尖端的技術，卓越的節能效果 控制電路採用了微電腦恆功率處理電路系統，加裝了逆變Ф角自動調節電路，在運行過程中會隨時自動監控電壓，電流，頻率的變化情況，並由此判斷出負載的變化，會自動調整負載阻抗的匹配，達到恆功率輸出，從而達到節時、節電提高功率因數的目的。

三、完善的設計，促使電路的工作可靠 由於控制電路採用了CPLD軟體設計，其程式輸入由電腦來完成，其脈衝精度高，抗干擾，反應速度快，調試方便，具有截流，截壓，過流，過壓,欠壓，缺相，缺水，等多項保護功能，由於各電路元件始終工作在安全範圍內，從而大大提高了設備的使用壽命。

四、該設備能自動判斷三相進線相序，無需分辯A，B，C相序，調試極為方便。

五、程式所用軟體採用美國進口，電路板的製作全部採用波峰自動焊接，絕無虛焊現象，各種調節系統全部採用無觸點式電子調節，無故障點，故障率極低，操作極方便。

六、高頻率設備節能明顯，電網污染小。

可控電源

可控矽中頻電源採用國際先進ISP工業模組控制，全數位化運算，硬軟體可靠保護，功能更加齊全，適應於金屬的熔煉、保溫、透熱、金屬熱處理、淬火、燒結等場合。負載由感應線圈和補償電容器組成，連線成並聯諧振電路。

可控矽中頻電源的基本工作原理,就是通過一個三相橋式整流電路,把50 Hz的工頻交流電流整流成直流,再經過一個濾波器(直流電抗器)進行濾波,最後經逆變器將直流變為單相中頻交流以供給負載,所以這種逆變器實際上是一隻交流-直流-交流變換器。

可控矽靜止變頻器電路中由變壓器將三相工頻電源降壓後，供給變頻器，在變頻器內首先經三相橋式半控全波整流後，再經電抗器濾波，獲得直流電源，該直流電源經單相橋式逆變器變為頻率可變的中頻電源，供給感應爐。

1、整流：通過三相橋式全波整流線路，將三相交流電(380V)整流為直流電

2、濾波：經電抗器濾波後獲得一個波形平穩的直流電源，供給逆變器。

3、逆變：濾波後的直流電，由單相橋式逆變線路，利用可控矽的輪番導通和關斷，使直流電變成頻率可調的中頻電流。

新型IGBT中頻電源的最新優勢

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加熱快：最快加熱速度不到1秒

加熱廣：可加熱各式各樣的金屬工件
安裝方便：連線電源，感應圈和進出水管即可使用；體積小、重量輕、使用非常方便
操作簡便：幾分鐘即可學會
啟動快：通水通電後即可啟動加熱
耗電少：比老式電子管高中頻設備節電70%左右，工件越小耗電量越小
效果好：加熱非常均勻，升溫快，氧化層少，退火後無廢品
功率可調：無極調節輸出功率
保護全：設有過壓、過流、過熱、缺水等報警指示，並自動控制和保護！