中频电炉基础知识讲解

2019-12-18  来自: 潍坊华瑞电炉有限公司 浏览次数:29

中频电炉基础知识讲解:

1)中频电炉分类

2)中频电炉系统的构成及作用

3)中频电炉的简单原理

4)中频电炉的基本参数

5)中频电炉数据的简单计算

6)常用元器件讲解

可控硅中频电源装置简称中频炉,是利用可控硅的开关特性把50Hz的工频电流变换成中频电流的一种电源装置,主要是在感应熔炼,感应加热,感应淬火等领域中广泛应用。

中频电炉的系统构成

中频电炉各组成部分的作用

一,基本构成部分

基本构成部分是指一套设备,能正常运行必须具有的组成部分。

1-1,变压器

变压器给设备提供需要的电能的装置。

变压器根据冷却介质的不同可以分成干式变压器和油冷变压器两种。

在中频炉行业我们推荐用特种油冷式整流变压器,

这种变压器不管是过载能力还是抗干扰性都远远好于普通变压器。

影响变压器能力的因素

1)铁芯

铁芯的材质直接影响磁通量,

常见的铁芯材质有硅钢片(有取向/无取向),非晶带材;

2)线包材质

现在有铝芯线包,铜芯线包,铜包铝线包。

线包的材质直接影响变压器发热量;

3)绝缘等级

B级允许工作温度是130℃,H级允许工作温度是180℃

1-2,中频电源

中频电源柜是一套系统里面的核心组成部分。

中频电源不管是什么类型的都是有整流/逆变两部分组成的。

整流部分的作用是把我们生活中用的50HZ的交流电变成一个脉动的直流电的过程。根据整流脉冲数的不同可以分成6脉整流,12脉整流,24脉整流等。

在整流以后会在正极上串接一个平波电抗器。

逆变部分的作用,是把整流 产生的直流电转变成一个中频交流电。

1-3,电容柜

电容柜的作用,是给感应线圈提供无功功率补偿的装置,

可以简单的理解为电容的多少直接影响设备功率的大小。

需要注意的是,

并联设备电容只有谐振电容(电热电容)一种,

串联设备除了谐振电容(电热电容)以外还有滤波电容。

这也可以作为判断设备是并联设备还是串联设备的一个标准。

1-4,炉体

1)炉体分类

炉体是系统中的做功的部分,按照炉壳材质的不同分为钢壳和铝壳两种。

铝壳炉结构相对简单,只有感应圈和炉体两部分组成,因为结构的不稳定性,现在铸协严禁使用。所以我们的讲解以钢壳炉为主。

2)炉体工作原理

炉体的主要工作部件由三部分组成,

1 感应圈(由水冷却的铜管绕制成)

2 坩埚(通常由炉衬材料捣制而成)

3 炉料(各种金属或非金属材料)

感应电炉的基本原理是属于空气芯变压器的一种类型,

感应圈相当于变压器的初级线圈,

坩埚内的各种炉料相当于变压器的次级线圈,

当在初级线圈中通过中频电流(200-8000HZ)就在电磁场的作用下,产生磁力线切割次级线圈(炉料),致使炉料产生感应电动势,并在垂直于感应圈轴向的表面引起感应电流,从而使炉料本身发热将炉料融化。

二,配套部分

2-1.水冷介绍

冷却系统是一套中频炉系统中是不可少的组成部分,也是非常重要的组成部分,可以说冷却系统的好坏直接决定了设备的故障率。

现在比较常用的冷却方式有三种,传统的水池冷却,开放式冷却塔,闭式冷却塔。

水池冷却,需要占用很大的空间,并且冷却水水质差容易结垢,现在已经基本没有使用的。

开放式冷却塔,冷却量大,造价低,占地面积适中,现在有些大吨位(10吨以上)的炉体还在使用。因为冷取水水质存在问题,不建议电源柜使用。

闭式冷却塔,具有的优点,循环水完全处于封闭状态,隔绝外部环境的影响,水质能够保证且耗水量少。占地面积小,冷却量大,是现在普遍使用的一种冷却方式。

2-2.液压站

液压站和炉体油缸两部分,组成倾炉系统。

用液压倾炉具有稳定性突出,可以随意位置停留等优点。

这是整个中频炉系统中是不可少的组成部分。

液压站必须具有的功能如下

1)油泵是用齿轮泵,齿轮泵具有工作压力稳定,噪音小的优点;

2)必须配备油冷器器件(水冷较好,小型液压站可以用风冷);

3)进油口,回油口要有滤清器,清除冷却介质中的杂质;

4)箱体,油管等要经过酸洗磷化处理。

2-3.连接材料

变压器到电源柜的连接,如果在条件允许的情况下优先使用铜排/铝排连接。次要选择可以用多股max不超过185mm²的铜芯电缆,不推荐使用铝芯电缆,特别是距离超过20米的时候,严禁使用铝电缆。

电源柜到电容柜的连接,优先推荐用铜排连接,次要选择水电缆连接。

不建议用普通电缆连接电容柜到炉体,水冷电缆部分建议长度不超过6米,多余部分可以用铜排连接,次级选用铜管连接。

三,选装部分

系统选装部分是指不影响整套系统的基本功能,但是在特定条件下能

够起到重要作用的系统组成部分。

1)应急电源,

在突然停电的情况下,炉体温度很高,需要循环水持续降温,这时候应急电源就能起到作用了。

应急电源可以是发电机带应急泵,也可以在管道上加装汽油泵。

2)炉衬顶出装置,

炉衬顶出装置作为炉体的一个选装配套部分,可以有效的加快拆炉速度,这在实际应用中也是一个很有用的组成机构。

中频电炉的简单原理介绍

可控硅(晶闸管)中频电源的基本工作原理,

就是通过一个三相桥式整流电路,

把50Hz的工频交流电流整流成直流,

再经过一个滤波器(直流电抗器)进行滤波,

觜后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载,

所以这种逆变器实际上是一只“交流—直流—交流”变换器,

其基本原理如下图所示,

上面照片中所示白色圆片即为可控硅(晶闸管)。

下面我们把各个部分的简单原理介绍一下,

可控硅中频电源的基本工作原理,就是通过一个三相桥式整流电路,把50Hz 的工频交流电流整流成直流。

1)整流电路。从电路图可以看出有六只可控硅组成的,这种电路叫三相全控整流桥,俗称六脉整流。

工作原理就是按一定的规律安排相应的可控硅在合适的时候开通和关断,实现把三相交流电变成直流电。

2)滤波。由于整流出来的电压波动较大,所以需要在电路里串接一个较大的电感使其电流比较平缓,能使波动较大的电压变得较平缓。这就是所谓的滤波。这个电感通常叫电抗器。电抗器的特性就是保持电流不能突变。

通过滤波后较平滑的直流电提供给逆变电路。串联设备用电容器滤波,取得较平缓的电压。

3 逆变。逆变电路就是把直流电变成较高频率的交流电以供给负载,所以这种逆变器实际上是一个“交流—直流—交流”变换器,其基本线路如图,

4 串联谐振, 从图中可以看出是两种电路,补偿电容器和感应圈串联的简单的说法就是串联谐振,通常说的串联设备就是指的这一种。

5 并联谐振。补偿电容器和感应圈并联的叫并联谐振,通常说的设备默认的就是并联。

1)整流部分工作原理,

三相桥式全控整流电路共有六个桥臂,在每一个时刻要由2个桥臂同时工作,才能够成通路,六个桥臂的工作顺序如下图所示,

可控硅 (SCR: Silicon Controlled Rectifier),

现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为60°电角度,既相当于一个周波的1/6)此时SCR1和SCR6同时工作,输出电压即为VAB。

到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通,而SCR6则受BC反电压而关闭,将电流换给了SCR2,这时SCR1和SCR2同时工作,输出电压即为VAC。

到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通,SCR1受到VAB的反电压而关闭,将电流换给了SCR3,SCR2和SCR3同时工作,输出电压为VBC。

据此到时刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分别为

SCR3和SCR4,

SCR4和SCR5,

SCR5和SCR6同时工作,

加到负载上的输出电压分别为VAB,VAC,VBC,

这样既把一个三相交流进行了全波整流。

2)逆变部分,

无论是感应加热或是感应熔炼,负载的功率因数都是很低的,也就是感应的Q值很高,在感应熔炼炉来说Q值一般在10-14之间,对感应加热来说,则根椐偶合程度Q值为5-9之间。

什么是Q值?Q值是指线圈的感抗和线圈的电阻之比,也就是炉子的无功功率和有功功率之比。

举例来说,250Kg的感应熔炼炉,其需要的有功功率为160kw。假定Q值为10,则其无功功率为1600 kfar,这样大的无功功率,很显然不能有电网供给,那样电网的容量将非常庞大而不经济,因此,必须用能提供无功功率的电容器进行补偿,这个原理就象一般工厂里补偿功率因数一样。

无功功率的补偿方法有二种,一种是补偿电容器和炉子串联,叫作串联补偿;补偿电容器和炉子并联的叫做并联补偿。

针对二种不同的补偿方法,可以有两中不同的逆变线路,一种叫作串联逆变器,一种叫作并联逆变器。

中频炉基本参数,

中频炉系统的基本参数是指能直观反应出设备运行情况好坏的数据,一般通过设备上配备的各种显示仪表直观显示出来。

1)进线电压,反应进线是否正常,是否缺相等问题;

2)直流电压 反应整流以后的直流电压数值,通过直流电压的数值可以判断一个设备功率因数的情况;

3)中频电压/中频电流 反应逆变部分的工作情况,这两个数据可以反应设备的Q值;

4)中频频率,反应L/C谐振频率;

5)功率,反应设备运行功率,一般现在的设备都是用功率模块采集数据以后用触摸屏显示。

中频炉数据计算,

电力(整流)变压器参数计算及选择,

1) 知道设备功率选择变压器

S1=P/0.8,

S1---变压器要求小功率,单位KVA

P-----设备功率 单位KW

0.8---变压器功率因数(目前市场上销售的变压器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---变压器标准选择功率,单位KVA

S1---变压器要求较小功率,单位KVA

0.85--根据《电力工程设计手册》,变压器容量应根据计算负荷选择,对平稳负荷供电的单台变压器,负荷率一般取85%左右。

2)变压器额定电流计算,

I=S/1.732*U

I----欲求额定电流

S----变压器额定容量

U----欲求电流那一侧(一次、二次)额定电压

3)变压器额定容量取值,

新式变压器容量递增一般采用R10系列,R10系列计算方法就是10开

10次方,约等于1.26。

变压器容量≈1.26的倍数

一般常用变压器容量:50kVA、63kVA、80kVA、100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA、1250kVA、1600kVA、2000kVA、2500kVA、3150kVA。

中频炉的数据计算,

1)直流电压=1.35*进线电压,

直流电压能反映出一个设备的功率因数,

如果设备运行中直流电压始终低于计算出来的直流电压值,要找原因。

2)直流电流=P/直流电压 P指设备功率,

3)进线电流≈直流电流*0.816,

4)进线连接材料,参照载流量表选择。

常用电器元件介绍,

1、可控硅SCR,是一套中频炉设备中的核心元器件。所选用可控硅性能的好坏将直接影响设备的性能。

一般能用到的可控硅分类,

1)KP型普通可控硅,一般用在整流上;

2)KK型快速可控硅,一般用在逆变上;

3)KF型非对称可控硅,是近些年研究出来的一种新型可控硅,在串联逆变设备上。

可控硅(晶闸管)主要参数,

一般所说可控硅型号KK1800A/1600V,

在这里面包含了三个内容,

KK是可控硅的种类,1800A是额定电流值,1600V是额定电压值;

1)额定电压

断态重复峰值电压和反向重复峰值电压两者中较小的一个电压值规定为额定电压,在选用晶闸管时,应该使其额定电压为正常工作电压峰值2~3倍,以作为按全裕量。

2)额定电流(通态平均电流)

在环境温度为+40℃和规定的散热冷却条件下,晶闸管在导通角不小于170°电阻性负载的单相、工频正弦半波导电,结温稳定在额定值125°时,所允许通过的max电流平均值。

3)关断时间,要求关断时间要小于频率所需时间的20--30倍。

例:设备频率1000HZ,我们需要选用关断时间多少的可控硅,计算步骤如下,关断时间<1000000μS/1000HZ/(20-30)=33-50μS

4)门极触发电压,室温条件下,AK两极加6V电压,晶闸管从截止转为导通的较小门极直流电压。

5)门极触发电流,室温条件下,AK两极加6V电压,晶闸管从截⽌转为导通的较小门极直流电流。

6) 断态电压临界上升率du/dt,指在额定结温和⻔极开路的情况下,不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压max上升率。

7) 通态电流临界上升率di/dt,可控硅可以承受的max电流上升速度。如果电流上升太快,可能造成局部过热而使晶闸管损坏。

电容器的介绍,

在设备中电容可以分成吸收电容,滤波电容,谐振电容三种,

1)吸收电容主要是用在阻容吸收保护电路中,一般吸收电容型号表示方法,容量/耐压值,如2μF/4KV表示容量是2μF,耐压值是4000V。

2)滤波电容是串联谐振电源中,提供稳定电压源的部分。滤波电容型号表示方法,耐压值—容量,如1.2-5000表示耐压值是1200V,容量是5000μF

3)谐振电容提供无功补偿,谐振电容型号的表示方法,耐压值-补偿无功功率数-频率,如3.0-6000-0.5S表示耐压值是3000V,能提供的无功功率数是6000Kvar,额定频率是500HZ。

电感的介绍,

电感,可以简单的理解成把导电材料绕制在一起,就形成一个电感。

电感的单位:H(亨),常用单位 μH(微亨)mH(豪亨)

电感的两个特性,1)通直阻交,2)阻碍电流的变化;

在中频炉设备中电感的应用非常广泛,电抗器是电感,环流线圈是电感,感应圈也是电感。

其中电抗器的和换流电感都是运用电感阻碍电流过快变化的特性,使电流变的平滑,防止电流突变损坏元器件。

关键词: 中频电炉基础知识讲解           

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