中頻電爐線路板，串聯(lián)中頻電爐線路板，一拖二線路板， 1可靠性高，保護動作也是瞬時。 中頻電源整流角d=0°保持不變，可控硅全導(dǎo)通，沒有高次諧波干擾， 2線路簡單，易于完成單一電源雙輸出，實現(xiàn)“一拖二，一拖三，一拖多”，使操作者容易掌握、維護簡單。 3啟動性能優(yōu)越。不論在任何狀態(tài)下（包括鋼水滿爐凍爐）啟動成功率均為100%。 4對電網(wǎng)無污染。成套設(shè)備對電網(wǎng)的功率因數(shù)高，不需外加任何補償措施，成套電爐設(shè)備對電網(wǎng)的功率因數(shù)在運行的全過程中都保持在0.98以上。 5本系統(tǒng)實行“軟啟動”、“軟關(guān)機”，不論是啟動或關(guān)機，還是保護動作自動停機，都自動進入“軟啟動”、“軟關(guān)機”。 1.主回路缺相保護 2.電網(wǎng)電壓高保護 3.電網(wǎng)電壓低保護 4.冷卻水溫高保護 5.冷卻水壓低保護 6.冷卻水流量低保護 7.可控硅過電壓保護 8.可控硅過電流保護 9.逆變可控硅電流上升率高保護 VA-TEK KGPSMCS V7.3F WXF1401/1409 a1依據(jù)功率和頻率選擇逆變開關(guān)元件 IGBT特別適用于頻率高，功率較小的變頻加熱設(shè)備，如小容量中頻真空熔煉爐，工件表面淬火和小件透熱等。目前國內(nèi)200A以上的IGBT都需依賴進口，還受到出口國的限制，最大容量為800A／1 5 0 0V。組裝大功率電源時，不得不把I GBT串聯(lián)后再多組并聯(lián)，對用戶來說，元件損壞時就得長期依賴于設(shè)備制造廠商供應(yīng)備件，根據(jù)圖1我們選用國產(chǎn)大功率可控硅是合理的。 二、串并電路的比較 國內(nèi)外中頻感應(yīng)電爐主要有二種類型，并聯(lián)逆變和串聯(lián)逆變二類，過去由于我國不能生產(chǎn)高壓諧振電熱電容和大功率高壓可控硅，所以普遍生產(chǎn)并聯(lián)諧振型中頻爐，現(xiàn)在由于近二年元器件在技術(shù)上已有所突破，所以一些電爐制廠商都競相爭雄開發(fā)串聯(lián)型中頻電爐。 并聯(lián)逆變是電流型諧振(a)振蕩回路中的電流I是電源供給電流i的Q倍Q為回路品質(zhì)因素，通�？蛇_6以上，因此電流I在諧振回路內(nèi)很大，負載線圈L，電容C，以及銅排內(nèi)發(fā)熱損耗很大。 串聯(lián)逆變是電壓型諧振(b)，回路中的電流與電源供給的電流相等，而在電容C和負載線圈上的振蕩電壓為電源電壓的Q倍，可高達2 5 00VAC以上。由于諧振回路電流I等于通過可控硅的電源電流i。所以串聯(lián)逆變較并聯(lián)逆變回路中的電能損耗要小得多，因此串聯(lián)逆變電爐電效率大大高于并聯(lián)逆變電路。圖2 串并聯(lián)諧振電路 三，一拖二工作原理 運行方式采用一拖二，一拖二即一套整流電源帶動二套逆變裝置運行，也可以任何一套逆變裝置單獨運行，供電給A爐或B爐，雙供電一拖二功能，特別適用于中小鑄件大批量連續(xù)生產(chǎn)運行，任意一臺電爐高功率熔化作業(yè)，另一臺爐體可保溫或?qū)⒗淞项A(yù)熱，功率按需任意分配，二臺電爐的使用功率總和恒定不變，即 總功率P總=PA+PB 兩臺電爐連續(xù)交替熔化和保溫澆鑄，同時運行，可使電源始終在滿功率下運行，以此提高電爐的熔化生產(chǎn)率，圖3為一拖二方塊圖。 圖3 一拖二電路方塊示意圖 串聯(lián)逆變電源工作時，整流始終在全導(dǎo)通情況下工作，改變逆變回路輸出功率是靠控制逆變觸發(fā)脈沖頻率來實現(xiàn)。且負載電流為正弦波，所以串聯(lián)逆變電源不會有高次諧波嚴重污染電網(wǎng)，且功率因數(shù)高。可以保證設(shè)備在保溫、烘爐等任何工況下的功率因素大于是0。98。而并聯(lián)逆變不可能實現(xiàn)一拖二自動調(diào)功運行，因為并聯(lián)逆變電源調(diào)功只能靠調(diào)節(jié)整流橋輸出電壓來實現(xiàn)，當并聯(lián)逆變整流橋工作在低電壓，整流導(dǎo)通角很小狀態(tài)下，設(shè)備的功率因數(shù)將會很低，且并聯(lián)逆變負載電流為方波，將會嚴重污染電網(wǎng)。如果靠調(diào)節(jié)逆變反壓角來調(diào)功，調(diào)功范圍是很窄的，因此并聯(lián)逆變電源是無法實現(xiàn)一拖二運行的。并聯(lián)與串聯(lián)諧振逆變比較 項 目 并聯(lián)諧振 串聯(lián)諧振回路組成圖2(a)圖2(b)輸出功率控制方法整流可控硅觸發(fā)脈沖相位調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)逆變觸發(fā)脈沖頻率輸入端功率因數(shù)最高不大于0．850．98以上輸出電流電流大電流小對電網(wǎng)諧波干擾諧波干擾大幾乎無諧波干擾一拖二運行不可可效率銅排及功率元器件熱損耗大銅排及功率元器件熱損耗小 四、串聯(lián)逆變電源工作原理 串聯(lián)逆變電源為電壓源供電，串聯(lián)逆變電源主回路原理圖如圖4所示。圖4串聯(lián)逆變電源原理圖 電源由三相橋式整流橋和可控硅半橋逆變電路組成，運行時整流橋可控硅全導(dǎo)通，滿電壓工作。逆變器主電路由二組可控硅橋臂和二組諧振電容器及電爐線圈組成，半橋逆變電路適用于大功率低頻率恒壓源逆變器。 逆變橋臂上兩個SCR交替導(dǎo)通，任何一只SCR導(dǎo)通一定要在串聯(lián)負載電流過零之后，即大于SCR關(guān)閉時間TOT之后，觸發(fā)導(dǎo)通，如圖5，6所示逆變器負載波形圖，當SCR電流過零后，與其并聯(lián)的反向二極管導(dǎo)通，其反向壓降把SCR關(guān)閉，之后另一臂SCR才能觸發(fā)導(dǎo)通，逆變器的輸出工作頻率為300—400Hz，工作頻率越高，輸出功率越大。 圖5為逆變器觸發(fā)脈沖和負載波形圖，把可控硅視為理想開關(guān)，瞬時導(dǎo)通和關(guān)斷，電感L和電阻R串聯(lián)，等效于爐體的負載，觸發(fā)脈沖頻率略低于負載諧振頻率f。 圖5 逆變波形 半橋逆變器工作電流流動路經(jīng)的描述 圖6為簡化的逆變器電路圖，逆變運行時，電流通過逆變器和爐體線圈L的路徑，逆變器的工作波形如圖7所示，逆變工作前恒定直流電壓Ud為電容C1、C2均分，各充電至1／2Ud，均為上正下負電壓，當t=to時SCRl被觸發(fā)導(dǎo)通，電容C1電荷通過SCRl-Lf-Rf -C1下端放電，另一路是使C2充電，+Ud由CF上端-SCRl-Lf-Rf-C2-CF下端，這二路都是同一諧振電路的一部份，由于C1=C2，因而兩路的工作頻率相同，等于C=C1+C2，Lf-Rf組成的諧振頻率。當t=t1時C1放電結(jié)束，C1電壓為零，C2上電壓必定充電到Ud，因為CF兩端電壓恒定，其值等于C1和C2電壓之和，此時流過負載線圈的電流為最大，I=I1+I2，由于在爐體線圈中儲蓄的磁場能量作用下，繼續(xù)維持上述兩路電流流動，使電容C1反向充電，下正上負，而C2則從Ud值繼續(xù)升高，直到t=t2時，磁場能量降至零，線圈Lf電流I=0，這時C1上反壓和C2上正向電壓都達到最大值，到此流過爐體線圈的電流為半個正弦波周期。 圖6 逆變器電流流向圖 圖7 半橋逆變器工作波形 接著住C1，C2電容電壓的作用下，形成兩路和前述兩路路徑基本相同，只 是DI代替SCRl通過電流，而電流方向與前完全相反，此電流仍按正弦波規(guī)律 變化，直到t=t4時，C1正向充電到1／2Ud，C2電壓也恢復(fù)到1／2Ud，爐體線圈電流又降至零，至此通過爐體負載的電流完成一個正弦波周期，當放電電流通過二極管D1時，其反向壓降使SCRl關(guān)斷，如果在大于可控硅SCRl TOT關(guān)斷時間，及時將SCR2觸發(fā)導(dǎo)通，電流14通過C1-Rf-Lf-SCR2-CF下端，對C1充電，爐體線圈從電源吸取的電能，其電流與放電電流方向一致，觸發(fā)SCRl的時間越接近 TOT，爐體線圈輸出的功率就越大，如果SCR2一直不能通，上述放電電流將形 成爐體感應(yīng)器電流的負半周，當電流到達零時，C1和C2上的電壓將相等，等于 1／2Ud。 負載在SCRl或SCR2導(dǎo)通期間，從電源獲取電能，在D1，D2導(dǎo)通期間， 電容中的電能又反饋到電源，顯然D1是在SCRl電流過零到SCR2導(dǎo)通期間導(dǎo)通。D1導(dǎo)通時間一定要大于SCRl的關(guān)斷時間TOT，SCR2導(dǎo)通后，SCR2便接 過D1中的電流，使D1自行關(guān)斷，D2的工作過程與D1相同，只不過用來使SCR2 關(guān)斷。圖8為逆變運行時，示波實器測波形 (a)負載電壓波形 (b)諧振電容波形 (c)逆變橋SCR電壓波形 圖8 示波器測試的實際波形 諧振回路的自然諧振頻率f0在運行中不是固定不變的，電感L和等效電阻R隨著溫度和爐料的多少而不斷變化，對一定容量的爐體是在一定范圍內(nèi)變化。F0=2 Lf爐體電感Rf爐料等效電阻C諧振電容C1+C2 電壓源串聯(lián)逆變器的觸發(fā)脈沖頻率始終低于負載諧振頻率，當觸發(fā)脈沖頻率接近諧振頻率時，負載阻抗降低，輸出功率增加。當觸發(fā)脈沖頻率越低于負載諧振頻率時，負載阻抗增大，輸出功率便減小。如圖9所描繪的頻率對功率的變化曲線，因此電爐始終在低于諧振頻率下工作。圖9頻率與輸出功率的關(guān)系 五、電子控制系統(tǒng)原理 電爐開始運行時，功率電位器設(shè)在零點，按下啟動按鈕，啟動脈沖振蕩器開始振蕩，振蕩頻率根據(jù)爐子諧振頻率設(shè)定，現(xiàn)在啟動頻率設(shè)定為125Hz，由此產(chǎn)生鋸齒波和方波，方波后沿形成寬度約6us的脈沖，且與二分頻后的方波同時輸入脈沖邏輯控制單元A與B兩路，使邏輯單元A與B輸出脈沖形成相位相差180度的可控硅觸發(fā)脈沖，并分別經(jīng)過脈沖功放、驅(qū)動觸發(fā)電路A與B，分別觸發(fā)二個橋臂上的可控硅SCRl與SCR2，起動時方波寬度最寬，隨后操作功率調(diào)節(jié)電位器，逐漸提高控制電壓，使S總線負值電壓絕對值逐漸增加，鋸齒波斜率增加，寬度減小，此時方波寬度變窄，逆變觸發(fā)脈沖向電流過零點靠近，輸出功率便逐步增加。當反饋實時功率，大于調(diào)節(jié)電位器給定值時，通過積分調(diào)節(jié)，使S總線電壓負值電壓絕對值降低，觸發(fā)脈沖又后移，如此反復(fù)在給定電壓值上穩(wěn)定調(diào)節(jié)，輸出所要求的功率。 實時功率信號是通過乘法器532，將SCR逆變電壓與逆變電流信號相乘而得。 所有輸入信號，逆變電流，實時功率，爐體線圈電壓，電容電壓及頻率，都通過傳感器和電子電路將輸入信號和各設(shè)定極限值比較，當比較器輸出極性相反的電壓時，通過積分調(diào)節(jié)器，改變S控制總線電壓，使方波變寬，觸發(fā)脈沖后移、功率減小，各反饋信號也相應(yīng)減小，如此反復(fù)穩(wěn)定在設(shè)定點，當各參數(shù)超過設(shè)定值時，在顯示屏上有相應(yīng)的極限指示燈顯示。 在控制系統(tǒng)中具有特殊設(shè)計的控制電路，保證起動時逆變器可控硅在滿功率下觸通，不會有過流沖擊現(xiàn)象。它具有緩沖電流上升的作用，逆變觸發(fā)脈沖緩慢從后向電流過零點移動，因此不致電路產(chǎn)生過電壓，同樣逆變器也可以在滿功率下停止工作。 六、完善的保護系統(tǒng) 1。逆變可控硅過壓保護，當電路有外來干擾或系統(tǒng)故障，使逆變SCR兩端承受的電壓超過設(shè)定安全電壓時，專用的傳感器便會產(chǎn)生光電信號，其發(fā)送器通過光纖輸入到控制板，使逆變可控硅SRC 1、SRC2都導(dǎo)通，立即使可控硅失壓。并封閉整流橋SCRl—6觸發(fā)脈沖，停止直流電源供給逆變橋，此時在電抗器上產(chǎn)生的反壓將通過二極管D3和SCRl—2放電，使用光纖傳輸技術(shù)，可以避免傳輸信號在高電壓大電流的強電磁場中的干擾。 2．逆變可控硅SCRl-2在運行中，由于電路故障停止換流時，直流電源將直接通過SCRl-2產(chǎn)生浪涌短路電流，此時在電抗器上將檢測到反向感應(yīng)電壓，并在直流母排上的電壓也將快速降低，此時，分別通過電抗器CLR反壓傳感器和直流母排DCBUS電壓傳感器的電壓信號輸入整流電子電路控制板ACI，使整流觸發(fā)脈沖及時封鎖，保護逆變器可控硅不致過流燒損，電爐立即停止運行，此時事故顯示屏上將有顯示。 3．電爐具有可靠的調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護系統(tǒng)，運行時電爐的輸出功率，電流、電容電壓，爐體線圈電壓，對設(shè)定值隨時進行積分調(diào)節(jié)，工作平穩(wěn)，保證了電爐的安全運行。 故障保護系統(tǒng)可靠，對爐體和電源柜內(nèi)的水壓、水溫，電容容器內(nèi)壓力，選爐開關(guān)位置，及可控硅過壓進行保護，即使電源輸出銅排瞬時短路，反應(yīng)靈敏、快捷，能及時停機，保證不損壞電氣元件。 結(jié)語 1。采用串聯(lián)諧振電路，爐子的電效率大大高于并聯(lián)逆變電爐，具有一拖二功能，一臺電源可同時向兩臺電爐供電，功率按需任意分配，高效，快速，節(jié)電。 2。控制系統(tǒng)電路板及各種傳感器均按裝在屏蔽室內(nèi)，與高壓大電流銅排和功率器件隔離，避免強電磁場干擾，電路板工作在封閉清潔環(huán)境中，提高了電路板的使用壽命，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，爐前工操作簡便，，在任何負載情況下，包括滿爐料，凍爐起動成功率均為100％。 3。整流橋采用可控硅，是為了實現(xiàn)軟起動和逆變故障時作為電子開關(guān)，快速切斷直流供電，電爐運行時，不用它調(diào)壓，而在全開通狀態(tài)下工作，因而有高的供電功率因數(shù)，從而減小供電容量，全丌通狀態(tài)工作對供電網(wǎng)的干擾減到最小限度4�？刂齐娐肪哂邢冗M的調(diào)節(jié)系統(tǒng)和故障診斷顯示一拖二運行采用一體化結(jié)構(gòu)，占地少，可以減少高壓變壓器容量一半，大大減少變電室投資。所有電器部件和匹配電容都裝在機柜內(nèi)，形成一體化電源，便于按裝。 >> 一種新型串聯(lián)逆變、模塊化感應(yīng)電源技術(shù).