中頻電爐基礎知識講解

2019-12-18  來自: 濰坊華瑞電爐有限公司 瀏覽次數:639

中頻電爐基礎知識講解:

1)中頻電爐分類

2)中頻電爐系統的構成及作用

3)中頻電爐的簡單原理

4)中頻電爐的基本參數

5)中頻電爐數據的簡單計算

6)常用元器件講解

可控硅中頻電源裝置簡稱中頻爐,是利用可控硅的開關特性把50Hz的工頻電流變換成中頻電流的一種電源裝置,主要是在感應熔煉,感應加熱,感應淬火等領域中廣泛應用。

中頻電爐的系統構成

中頻電爐各組成部分的作用

一,基本構成部分

基本構成部分是指一套設備,能正常運行***具有的組成部分。

1-1,變壓器

變壓器給設備提供需要的電能的裝置。

變壓器根據冷卻介質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遠好于普通變壓器。

影響變壓器能力的因素

1)鐵芯

鐵芯的材質直接影響磁通量,

常見的鐵芯材質有硅鋼片(有取向/無取向),非晶帶材;

2)線包材質

現在有鋁芯線包,銅芯線包,銅包鋁線包。

線包的材質直接影響變壓器發熱量;

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。根據整流脈沖數的不同可以分成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 產生的直流電轉變成一個中頻交流電。

1-3,電容柜

電容柜的作用,是給感應線圈提供無功功率補償的裝置,

可以簡單的理解為電容的多少直接影響設備功率的大小。

需要注意的是,

并聯設備電容只有諧振電容(電熱電容)一種,

串聯設備除了諧振電容(電熱電容)以外還有濾波電容。

這也可以作為判斷設備是并聯設備還是串聯設備的一個標準。

1-4,爐體

1)爐體分類

爐體是系統中的做功的部分,按照爐殼材質的不同分為鋼殼和鋁殼兩種。

鋁殼爐結構相對簡單,只有感應圈和爐體兩部分組成,因為結構的不穩定性,現在鑄協嚴禁使用。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)

感應電爐的基本原理是屬于空氣芯變壓器的一種類型,

感應圈相當于變壓器的初級線圈,

坩堝內的各種爐料相當于變壓器的次級線圈,

當在初級線圈中通過中頻電流(200-8000HZ)就在電磁場的作用下,產生磁力線切割次級線圈(爐料),致使爐料產生感應電動勢,并在垂直于感應圈軸向的表面引起感應電流,從而使爐料本身發熱將爐料融化。

二,配套部分

2-1.水冷介紹

冷卻系統是一套中頻爐系統中是不可少的組成部分,也是非常重要的組成部分,可以說冷卻系統的好壞直接決定了設備的故障率。

現在比較常用的冷卻方式有三種,傳統的水池冷卻,開放式冷卻塔,閉式冷卻塔。

水池冷卻,需要占用很大的空間,并且冷卻水水質差容易結垢,現在已經基本沒有使用的。

開放式冷卻塔,冷卻量大,造價低,占地面積適中,現在有些大噸位(10噸以上)的爐體還在使用。因為冷取水水質存在問題,不建議電源柜使用。

閉式冷卻塔,具有的優點,循環水完全處于封閉狀態,隔絕外部環境的影響,水質能夠保證且耗水量少。占地面積小,冷卻量大,是現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。

用液壓傾爐具有穩定性突出,可以隨意位置停留等優點。

這是整個中頻爐系統中是不可少的組成部分。

液壓站***具有的功能如下

1)油泵是用齒輪泵,齒輪泵具有工作壓力穩定,噪音小的優點;

2)***配備油冷器器件(水冷較好,小型液壓站可以用風冷);

3)進油口,回油口要有濾清器,清除冷卻介質中的雜質;

4)箱體,油管等要經過酸洗磷化處理。

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先使用銅排/鋁排連接。次要選擇可以用多股max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,嚴禁使用鋁電纜。

電源柜到電容柜的連接,優先推薦用銅排連接,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

系統選裝部分是指不影響整套系統的基本功能,但是在特定條件下能

夠起到重要作用的系統組成部分。

1)應急電源,

在突然停電的情況下,爐體溫度很高,需要循環水持續降溫,這時候應急電源就能起到作用了。

應急電源可以是發電機帶應急泵,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,這在實際應用中也是一個很有用的組成機構。

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,

再經過一個濾波器(直流電抗器)進行濾波,

觜后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律安排相應的可控硅在合適的時候開通和關斷,實現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。串聯設備用電容器濾波,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 串聯諧振, 從圖中可以看出是兩種電路,補償電容器和感應圈串聯的簡單的說法就是串聯諧振,通常說的串聯設備就是指的這一種。

5 并聯諧振。補償電容器和感應圈并聯的叫并聯諧振,通常說的設備默認的就是并聯。

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,在每一個時刻要由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),

現假定在時刻t1-t2(t1-t2的時間間隔為60°電角度,既相當于一個周波的1/6)此時SCR1和SCR6同時工作,輸出電壓即為VAB。

到時刻t2-t3可控硅SCR2因受脈沖觸發而導通,而SCR6則受BC反電壓而關閉,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因受脈沖觸發而導通,SCR1受到VAB的反電壓而關閉,將電流換給了SCR3,SCR2和SCR3同時工作,輸出電壓為VBC。

據此到時刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分別為

SCR3和SCR4,

SCR4和SCR5,

SCR5和SCR6同時工作,

加到負載上的輸出電壓分別為VAB,VAC,VBC,

這樣既把一個三相交流進行了全波整流。

2)逆變部分,

無論是感應加熱或是感應熔煉,負載的功率因數都是很低的,也就是感應的Q值很高,在感應熔煉爐來說Q值一般在10-14之間,對感應加熱來說,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,很顯然不能有電網供給,那樣電網的容量將非常龐大而不經濟,因此,***用能提供無功功率的電容器進行補償,這個原理就象一般工廠里補償功率因數一樣。

無功功率的補償方法有二種,一種是補償電容器和爐子串聯,叫作串聯補償;補償電容器和爐子并聯的叫做并聯補償。

針對二種不同的補償方法,可以有兩中不同的逆變線路,一種叫作串聯逆變器,一種叫作并聯逆變器。

中頻爐基本參數,

中頻爐系統的基本參數是指能直觀反應出設備運行情況好壞的數據,一般通過設備上配備的各種顯示儀表直觀顯示出來。

1)進線電壓,反應進線是否正常,是否缺相等問題;

2)直流電壓 反應整流以后的直流電壓數值,通過直流電壓的數值可以判斷一個設備功率因數的情況;

3)中頻電壓/中頻電流 反應逆變部分的工作情況,這兩個數據可以反應設備的Q值;

4)中頻頻率,反應L/C諧振頻率;

5)功率,反應設備運行功率,一般現在的設備都是用功率模塊采集數據以后用觸摸屏顯示。

中頻爐數據計算,

電力(整流)變壓器參數計算及選擇,

1) 知道設備功率選擇變壓器

S1=P/0.8,

S1---變壓器要求小功率,單位KVA

P-----設備功率 單位KW

0.8---變壓器功率因數(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---變壓器標準選擇功率,單位KVA

S1---變壓器要求較小功率,單位KVA

0.85--根據《電力工程設計手冊》,變壓器容量應根據計算負荷選擇,對平穩負荷供電的單臺變壓器,負荷率一般取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(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

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。

中頻爐的數據計算,

1)直流電壓=1.35*進線電壓,

直流電壓能反映出一個設備的功率因數,

如果設備運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指設備功率,

3)進線電流≈直流電流*0.816,

4)進線連接材料,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,在串聯逆變設備上。

可控硅(晶閘管)主要參數,

一般所說可控硅型號KK1800A/1600V,

在這里面包含了三個內容,

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

斷態重復峰值電壓和反向重復峰值電壓兩者中較小的一個電壓值規定為額定電壓,在選用晶閘管時,應該使其額定電壓為正常工作電壓峰值2~3倍,以作為按全裕量。

2)額定電流(通態平均電流)

在環境溫度為+40℃和規定的散熱冷卻條件下,晶閘管在導通角不小于170°電阻性負載的單相、工頻正弦半波導電,結溫穩定在額定值125°時,所允許通過的max電流平均值。

3)關斷時間,要求關斷時間要小于頻率所需時間的20--30倍。

例:設備頻率1000HZ,我們需要選用關斷時間多少的可控硅,計算步驟如下,關斷時間<1000000μS/1000HZ/(20-30)=33-50μS

4)門極觸發電壓,室溫條件下,AK兩極加6V電壓,晶閘管從截止轉為導通的較小門極直流電壓。

5)門極觸發電流,室溫條件下,AK兩極加6V電壓,晶閘管從截?轉為導通的較小門極直流電流。

6) 斷態電壓臨界上升率du/dt,指在額定結溫和?極開路的情況下,不導致晶閘管從斷態到通態轉換的外加電壓max上升率。

7) 通態電流臨界上升率di/dt,可控硅可以承受的max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)濾波電容是串聯諧振電源中,提供穩定電壓源的部分。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償,諧振電容型號的表示方法,耐壓值-補償無功功率數-頻率,如3.0-6000-0.5S表示耐壓值是3000V,能提供的無功功率數是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;

在中頻爐設備中電感的應用非常廣泛,電抗器是電感,環流線圈是電感,感應圈也是電感。

其中電抗器的和換流電感都是運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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