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1）中頻電爐分類 可控硅中頻電源裝置簡稱中頻爐,，是利用可控硅的開關(guān)特性把50Hz的工頻電流變換成中頻電流的一種電源裝置，主要是在感應(yīng)熔煉,，感應(yīng)加熱,，感應(yīng)淬火等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。 中頻電爐的系統(tǒng)構(gòu)成 中頻電爐各組成部分的作用 一,，基本構(gòu)成部分 基本構(gòu)成部分是指一套設(shè)備,，能正常運(yùn)行必須具有的組成部分。 1-1,，變壓器 變壓器給設(shè)備提供需要的電能的裝置,。 變壓器根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同可以分成干式變壓器和油冷變壓器兩種。 在中頻爐行業(yè)我們推薦用特種油冷式整流變壓器,， 這種變壓器不管是過載能力還是抗干擾性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于普通變壓器,。 影響變壓器能力的因素 1）鐵芯 鐵芯的材質(zhì)直接影響磁通量， 常見的鐵芯材質(zhì)有硅鋼片（有取向/無取向）,，非晶帶材,； 2)線包材質(zhì) 現(xiàn)在有鋁芯線包，銅芯線包,，銅包鋁線包,。 線包的材質(zhì)直接影響變壓器發(fā)熱量； 3）絕緣等級 B級允許工作溫度是130℃,，H級允許工作溫度是180℃ 1-2,，中頻電源 中頻電源柜是一套系統(tǒng)里面的核心組成部分。 中頻電源不管是什么類型的都是有整流/逆變兩部分組成的,。 整流部分的作用是把我們生活中用的50HZ的交流電變成一個脈動的直流電的過程,。根據(jù)整流脈沖數(shù)的不同可以分成6脈整流,，12脈整流，24脈整流等,。 在整流以后會在正極上串接一個平波電抗器,。 逆變部分的作用，是把整流產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變成一個中頻交流電,。 1-3,，電容柜 電容柜的作用，是給感應(yīng)線圈提供無功功率補(bǔ)償?shù)难b置,， 可以簡單的理解為電容的多少直接影響設(shè)備功率的大小,。 需要注意的是， 并聯(lián)設(shè)備電容只有諧振電容（電熱電容）一種,， 串聯(lián)設(shè)備除了諧振電容（電熱電容）以外還有濾波電容,。 這也可以作為判斷設(shè)備是并聯(lián)設(shè)備還是串聯(lián)設(shè)備的一個標(biāo)準(zhǔn)。 1-4,，爐體 1）爐體分類 爐體是系統(tǒng)中的做功的部分,，按照爐殼材質(zhì)的不同分為鋼殼和鋁殼兩種。 鋁殼爐結(jié)構(gòu)相對簡單,，只有感應(yīng)圈和爐體兩部分組成,，因為結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，現(xiàn)在鑄協(xié)嚴(yán)禁使用,。所以我們的講解以鋼殼爐為主,。 2）爐體工作原理 爐體的主要工作部件由三部分組成， 1 感應(yīng)圈（由水冷卻的銅管繞制成） 2 坩堝（通常由爐襯材料搗制而成） 3 爐料（各種金屬或非金屬材料） 感應(yīng)電爐的基本原理是屬于空氣芯變壓器的一種類型,， 感應(yīng)圈相當(dāng)于變壓器的初級線圈,， 坩堝內(nèi)的各種爐料相當(dāng)于變壓器的次級線圈， 當(dāng)在初級線圈中通過中頻電流（200-8000HZ）就在電磁場的作用下,，產(chǎn)生磁力線切割次級線圈（爐料）,，致使?fàn)t料產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在垂直于感應(yīng)圈軸向的表面引起感應(yīng)電流,，從而使?fàn)t料本身發(fā)熱將爐料融化,。 二，配套部分 2-1.水冷介紹 冷卻系統(tǒng)是一套中頻爐系統(tǒng)中必不可少的組成部分,，也是非常重要的組成部分,，可以說冷卻系統(tǒng)的好壞直接決定了設(shè)備的故障率。 現(xiàn)在比較常用的冷卻方式有三種,，傳統(tǒng)的水池冷卻,，開放式冷卻塔，閉式冷卻塔。 水池冷卻,，需要占用很大的空間,，并且冷卻水水質(zhì)差容易結(jié)垢，現(xiàn)在已經(jīng)基本沒有使用的,。 開放式冷卻塔,，冷卻量大，造價低,，占地面積適中,，現(xiàn)在有些大噸位（10噸以上）的爐體還在使用。因為冷取水水質(zhì)存在問題,，不建議電源柜使用,。 閉式冷卻塔，具有的優(yōu)點,，循環(huán)水完全處于封閉狀態(tài),，隔絕外部環(huán)境的影響，水質(zhì)能夠保證且耗水量少,。占地面積小,，冷卻量大，是現(xiàn)在普遍使用的一種冷卻方式,。 2-2.液壓站 液壓站和爐體油缸兩部分,，組成傾爐系統(tǒng)。 用液壓傾爐具有穩(wěn)定性突出,，可以隨意位置停留等優(yōu)點。 這是整個中頻爐系統(tǒng)中必不可少的組成部分,。 液壓站必須具有的功能如下 1）油泵必須用齒輪泵,，齒輪泵具有工作壓力穩(wěn)定，噪音小的優(yōu)點,； 2）必須配備油冷器器件（水冷最好,，小型液壓站可以用風(fēng)冷）； 3）進(jìn)油口,，回油口必須有濾清器,，清除冷卻介質(zhì)中的雜質(zhì)； 4）箱體,，油管等必須經(jīng)過酸洗磷化處理,。 2-3.連接材料
變壓器到電源柜的連接，如果在條件允許的情況下優(yōu)先使用銅排/鋁排連接,。次要選擇可以用多股最大不超過185mm2的銅芯電纜,，不推薦使用鋁芯電纜，特別是距離超過20米的時候，嚴(yán)禁使用鋁電纜,。 電源柜到電容柜的連接,，優(yōu)先推薦用銅排連接，次要選擇水電纜連接,。 不建議用普通電纜連接電容柜到爐體,，水冷電纜部分建議長度不超過6米，多余部分可以用銅排連接,，次級選用銅管連接,。 三，選裝部分 系統(tǒng)選裝部分是指不影響整套系統(tǒng)的基本功能,，但是在特定條件下能 夠起到重要作用的系統(tǒng)組成部分,。 1）應(yīng)急電源， 在突然停電的情況下,，爐體溫度很高,，需要循環(huán)水持續(xù)降溫，這時候應(yīng)急電源就能起到作用了,。 應(yīng)急電源可以是發(fā)電機(jī)帶應(yīng)急泵,，也可以在管道上加裝汽油泵。 2）爐襯頂出裝置,， 爐襯頂出裝置作為爐體的一個選裝配套部分,，可以有效的加快拆爐速度，這在實際應(yīng)用中也是一個很有用的組成機(jī)構(gòu),。
中頻電爐的簡單原理介紹 可控硅（晶閘管）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50Hz的工頻交流電流整流成直流, 再經(jīng)過一個濾波器(直流電抗器)進(jìn)行濾波, 最后經(jīng)逆變器將直流變?yōu)閱蜗嘀蓄l交流以供給負(fù)載, 所以這種逆變器實際上是一只“交流—直流—交流”變換器,， 其基本原理如下圖所示,，
上面照片中所示白色圓片即為可控硅（晶閘管）,。 下面我們把各個部分的簡單原理介紹一下,，
可控硅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50Hz 的工頻交流電流整流成直流,。 1）整流電路,。從電路圖可以看出有六只可控硅組成的，這種電路叫三相全控整流橋,，俗稱六脈整流,。 工作原理就是按一定的規(guī)律安排相應(yīng)的可控硅在合適的時候開通和關(guān)斷，最終實現(xiàn)把三相交流電變成直流電,。 2）濾波,。由于整流出來的電壓波動較大,，所以需要在電路里串接一個較大的電感使其電流比較平緩，能使波動較大的電壓變得較平緩,。這就是所謂的濾波,。這個電感通常叫電抗器。電抗器的特性就是保持電流不能突變,。 通過濾波后較平滑的直流電提供給逆變電路,。串聯(lián)設(shè)備用電容器濾波，取得較平緩的電壓,。 3 逆變,。逆變電路就是把直流電變成較高頻率的交流電以供給負(fù)載，所以這種逆變器實際上是一個“交流—直流—交流”變換器,其基本線路如圖,， 4 串聯(lián)諧振,， 從圖中可以看出是兩種電路，補(bǔ)償電容器和感應(yīng)圈串聯(lián)的簡單的說法就是串聯(lián)諧振,，通常說的串聯(lián)設(shè)備就是指的這一種,。
5 并聯(lián)諧振。補(bǔ)償電容器和感應(yīng)圈并聯(lián)的叫并聯(lián)諧振,，通常說的設(shè)備默認(rèn)的就是并聯(lián),。
1）整流部分工作原理， 三相橋式全控整流電路共有六個橋臂,，在每一個時刻必須2個橋臂同時工作,才能夠成通路,，六個橋臂的工作順序如下圖所示，
可控硅 (SCR: Silicon Controlled Rectifier),， 現(xiàn)假定在時刻t1-t2(t1-t2的時間間隔為60°電角度,，既相當(dāng)于一個周波的1/6)此時SCR1和SCR6同時工作 (上圖(a)中涂黑的SCR)，輸出電壓即為VAB,。 到時刻t2-t3可控硅SCR2因受脈沖觸發(fā)而導(dǎo)通,，而SCR6則受BC反電壓而關(guān)閉,將電流換給了SCR2，這時SCR1和SCR2同時工作,，輸出電壓即為VAC。 到時刻t3-t4,SCR3因受脈沖觸發(fā)而導(dǎo)通,，SCR1受到VAB的反電壓而關(guān)閉,，將電流換給了SCR3，SCR2和SCR3同時工作,，輸出電壓為VBC,。 據(jù)此到時刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分別為 SCR3和SCR4, SCR4和SCR5, SCR5和SCR6同時工作， 加到負(fù)載上的輸出電壓分別為VAB,，VAC,，VBC, 這樣既把一個三相交流進(jìn)行了全波整流。 2）逆變部分， 無論是感應(yīng)加熱或是感應(yīng)熔煉,，負(fù)載的功率因數(shù)都是很低的,，也就是感應(yīng)的Q值很高,在感應(yīng)熔煉爐來說Q值一般在10-14之間,對感應(yīng)加熱來說,則根椐偶合程度Q值為5-9之間。 什么是Q值,？Q值是指線圈的感抗和線圈的電阻之比,，也就是爐子的無功功率和有功功率之比。 舉例來說,，250Kg的感應(yīng)熔煉爐,，其需要的有功功率為160kw。假定Q值為10,，則其無功功率為1600 kfar,，這樣大的無功功率，很顯然不能有電網(wǎng)供給,，那樣電網(wǎng)的容量將非常龐大而不經(jīng)濟(jì),因此,必須用能提供無功功率的電容器進(jìn)行補(bǔ)償,，這個原理就象一般工廠里補(bǔ)償功率因數(shù)一樣。 無功功率的補(bǔ)償方法有二種,，一種是補(bǔ)償電容器和爐子串聯(lián),，叫作串聯(lián)補(bǔ)償；補(bǔ)償電容器和爐子并聯(lián)的叫做并聯(lián)補(bǔ)償,。 針對二種不同的補(bǔ)償方法,可以有兩中不同的逆變線路,，一種叫作串聯(lián)逆變器，一種叫作并聯(lián)逆變器,。
中頻爐基本參數(shù),， 中頻爐系統(tǒng)的基本參數(shù)是指能直觀反應(yīng)出設(shè)備運(yùn)行情況好壞的數(shù)據(jù)，一般通過設(shè)備上配備的各種顯示儀表直觀顯示出來,。 1）進(jìn)線電壓,，反應(yīng)進(jìn)線是否正常，是否缺相等問題,； 2）直流電壓 反應(yīng)整流以后的直流電壓數(shù)值,，通過直流電壓的數(shù)值可以判斷一個設(shè)備功率因數(shù)的情況； 3）中頻電壓/中頻電流 反應(yīng)逆變部分的工作情況,，這兩個數(shù)據(jù)可以反應(yīng)設(shè)備的Q值,； 4）中頻頻率，反應(yīng)L/C諧振頻率,； 5）功率,，反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行功率，一般現(xiàn)在的設(shè)備都是用功率模塊采集數(shù)據(jù)以后用觸摸屏顯示,。 中頻爐數(shù)據(jù)計算,， 電力（整流）變壓器參數(shù)計算及選擇,， 1) 知道設(shè)備功率選擇變壓器 S1=P/0.8， S1---變壓器要求最小功率,，單位KVA P-----設(shè)備功率 單位KW 0.8---變壓器功率因數(shù)（目前市場上銷售的變壓器90%以上功率因素只有0.8,，所以需要除以0.8的功率因素。） S=S1/0.85,， S---變壓器標(biāo)準(zhǔn)選擇功率,，單位KVA S1---變壓器要求最小功率，單位KVA 0.85--根據(jù)《電力工程設(shè)計手冊》,，變壓器容量應(yīng)根據(jù)計算負(fù)荷選擇,，對平穩(wěn)負(fù)荷供電的單臺變壓器，負(fù)荷率一般取85％左右,。 2）變壓器額定電流計算,， I=S/1.732*U I----欲求額定電流 S----變壓器額定容量 U----欲求電流那一側(cè)（一次、二次）額定電壓 3）變壓器額定容量取值,， 新式變壓器容量遞增一般采用R10系列,，R10系列計算方法就是10開 10次方，約等于1.26,。 變壓器容量≈1.26的倍數(shù) 一般常用變壓器容量：50kVA,、63kVA、80kVA,、100kVA,、125kVA、160kVA,、200kVA,、250kVA、315kVA,、400kVA,、500kVA、630kVA,、800kVA,、1000kVA、1250kVA,、1600kVA,、2000kVA、2500kVA,、3150kVA。 中頻爐的數(shù)據(jù)計算,， 1）直流電壓=1.35*進(jìn)線電壓,， 直流電壓能反映出一個設(shè)備的功率因數(shù),， 如果設(shè)備運(yùn)行中直流電壓始終低于計算出來的直流電壓值，要找原因,。 2）直流電流=P/直流電壓 P指設(shè)備功率,， 3）進(jìn)線電流≈直流電流*0.816， 4）進(jìn)線連接材料,，參照載流量表選擇,。 常用電器元件介紹， 1,、可控硅SCR,，是一套中頻爐設(shè)備中的核心元器件。所選用可控硅性能的好壞將直接影響設(shè)備的性能,。 一般能用到的可控硅分類,， 1）KP型普通可控硅，一般用在整流上,； 2）KK型快速可控硅,，一般用在逆變上； 3）KF型非對稱可控硅,，是近些年研究出來的一種新型可控硅,，在串聯(lián)逆變設(shè)備上。 可控硅(晶閘管)主要參數(shù),， 一般所說可控硅型號KK1800A/1600V,， 在這里面包含了三個內(nèi)容， KK是可控硅的種類,，1800A是額定電流值,，1600V是額定電壓值； 1）額定電壓 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓兩者中較小的一個電壓值規(guī)定為額定電壓,，在選用晶閘管時,，應(yīng)該使其額定電壓為正常工作電壓峰值2~3倍，以作為安全裕量,。 2）額定電流（通態(tài)平均電流） 在環(huán)境溫度為+40℃和規(guī)定的散熱冷卻條件下,，晶閘管在導(dǎo)通角不小于170°電阻性負(fù)載的單相、工頻正弦半波導(dǎo)電,，結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125°時,，所允許通過的最大電流平均值。 3）關(guān)斷時間,，要求關(guān)斷時間要小于頻率所需時間的20--30倍,。 例：設(shè)備頻率1000HZ，我們需要選用關(guān)斷時間多少的可控硅,，計算步驟如下,，關(guān)斷時間＜1000000μS/1000HZ/（20-30）=33-50μS 4）門極觸發(fā)電壓,，室溫條件下，AK兩極加6V電壓,，晶閘管從截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的最小門極直流電壓,。 5）門極觸發(fā)電流，室溫條件下,，AK兩極加6V電壓,，晶閘管從截?轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的最小門極直流電流。 6) 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt,，指在額定結(jié)溫和?極開路的情況下,，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。 7) 通態(tài)電流臨界上升率di/dt,，可控硅可以承受的最大電流上升速度,。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞,。 電容器的介紹,， 在設(shè)備中電容可以分成吸收電容，濾波電容,，諧振電容三種,， 1）吸收電容主要是用在阻容吸收保護(hù)電路中，一般吸收電容型號表示方法,，容量/耐壓值,，如2μF/4KV表示容量是2μF，耐壓值是4000V,。 2）濾波電容是串聯(lián)諧振電源中,，提供穩(wěn)定電壓源的部分。濾波電容型號表示方法,，耐壓值—容量,，如1.2-5000表示耐壓值是1200V，容量是5000μF 3）諧振電容提供無功補(bǔ)償,，諧振電容型號的表示方法,，耐壓值-補(bǔ)償無功功率數(shù)-頻率，如3.0-6000-0.5S表示耐壓值是3000V,，能提供的無功功率數(shù)是6000Kvar,，額定頻率是500HZ。 電感的介紹,， 電感,，可以簡單的理解成把導(dǎo)電材料繞制在一起，就形成一個電感。 電感的單位：H（亨）,，常用單位 μH（微亨）mH（豪亨） 電感的兩個特性,，1）通直阻交，2）阻礙電流的變化,； 在中頻爐設(shè)備中電感的應(yīng)用非常廣泛，電抗器是電感,，環(huán)流線圈是電感,，感應(yīng)圈也是電感。 其中電抗器的和換流電感都是運(yùn)用電感阻礙電流過快變化的特性,，使電流變的平滑,，防止電流突變損壞元器件。 |
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