12脉波成为新型中频电炉发展趋势解析

一、12脉中频电炉工作原理

12脉波做为一拖二中频炉的整流电源，是一种静止变频中频电源,利用可控硅元件将工频三相交流电源变换成中频单相交流电源,主要应用于感应加热.感应熔炼及其他需要中频电炉供电的场合. 感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。由于它具有整机效率高,重量轻,噪音小,起停迅速而且对电网无冲击,频率自动跟踪负载参数变化,功率调节方便等一系列优点.因而,它正在逐步取代中频发电机组.本装置主电路采用"交流——直流——交流"变换系统由三相全控桥式整流电路,电感虑波电路,并联逆变电路组成.可控硅元件用水冷却.其控制系统由集成电路组成性能稳定,可靠.启动采用先进的零电压方式,安全,方便.维修简便,经济,特别适用于金属溶炼、加热及热处理工况。

二、12脉中频电炉优点分析

12脉中频电炉是Z新推出的恒功率控制以及扫频式零压软起动的优点而生产的Z新一代产品,用做一拖二中频炉的整流电源，中频电炉控制板具有以下优点：

1． 控制板采用了先进的集成电路作为控制系统的核心，控制能力极强，集成度高，整个控制电路安装在一块280*220mm左右的印刷电路板上，与主电路的连线简单而且可靠，却具有强大的控制功能。

2． 控制板采用三相电源同步直接输入，省去了体积较大的同步变压器等，使整机电路进一步简化，设备体积减少，安装调试简单而且维修方便，控制系统如有故障，只要将备用板换上即可，省时省力，不影响生产。

3． 该控制板具有完善的过流、过压、限流、限压等多路保护系统，一旦电路出现故障，保护系统能在短时间内动作，可靠地保护晶闸管和中频电容等贵重元件，以免损坏，造成不必要的损失。

4． 该控制系统采用零电压软起动和慢起动的功能，并采用了先进的双闭环调节系统，在实际使用中能100%可靠起动，并且起动无冲击。设备在实际运行中，负载变化较大的情况下，也能够稳定可靠地工作。

5． 该控制系统调整点少，控制板安装好后，用户只需将过流、过压、限流、限压调整好即可。

6． 该控制板控制的电源设备对各种负载的适应性强，可广泛应用于煅造、冶炼、精密铸造、热处理、焊接、弯管等工业领域。

三、12脉中频电炉使用说明

１． 使用条件：

１） 环境温度不高于＋５０℃和不低于－１０℃。

       环境介质相对湿度不大于８５°。

２） 没有导电和易爆的尘埃，没有腐蚀金属和损坏绝缘的气体及蒸汽的场所。

３） 电源电压波动不大于±10％。

４） 无其它强大电磁干扰的场所。

２． 技术参数：

1）起动方式　　　　零电压软起动

2）起动成功率:轻载不小于１００％,重载不小于９５％

3）调整方式　　　　电流、电压双闭环调节

4）整流触发脉冲移相范围　　　　０－１５０°

5）整流触发脉冲形式及脉宽　双窄脉冲列１８°

6）整流触发脉冲Z大触发电流　大于８００ｍＡ

7）逆变触发脉冲电压大于８Ｖ, Z大触发电流大于７５０ｍＡ

３． 操作方法：

１） 熟悉操作面板及仪表指示功能：操作者在操作设备之前应对设备的各个部位的功能有一定程度的了解，应熟悉操作面板上各按钮、开关及指示灯、指示仪表的功能。（操作面板如图１）

进线电压表：指示三相电网电压。

直流电压表：整流系统输出电压，随功率调节电位器的调节变化。

中频电压表：逆变系统输出电压，即电炉两端电压。

工作频率表：逆变系统输出交变电压的频率。

直流电流表：指示整流系统输出电流，也是逆变系统的输入电流。

功率表：指示整个系统的功率。

A/B/C三相电源指示灯，同时也是控制功能指示，控制电源有电时A相灯亮，主电源有电B相灯亮，逆变开关合时A相灯亮。

功率调节电位器用来调节电源功率，顺时针方向为增大。

２） 操作者在起动设备之前应先打开水路，经检查没有漏水，出水管流量均正常后方可起动中频电炉。

３） 每次设备起动之前，必须将功率给定电位器调整到Z小，控制电路中的检查开关拨到工作位置。

４） 起动时先合控制电源，再合上主电路开关，逆变启动旋钮置于工作位置，旋动功率调整电位器，启动设备，能听到中频叫声后，再逐步增大功率。

５） 在每次过压、过流后，需要把功率给定电位器反时针旋到底后（即调到Z小），逆变启动旋钮置于停止位置系统复位，然后再重新开机。

６） 停机时，先将功率给定电位器调整到Z小，逆变启动旋钮置于停止位置，按交流分闸或者手动拉掉主空气开关，Z后关掉控制电源。

（图1）

４． 水路循环系统：

储水槽容量：10T

循环水泵：流量30立方米/小时，3KW电机

四、12脉中频电炉控制电路原理

12脉波晶闸管中频电炉控制板是一种新型控制触发板。主要由电源、调节器、移相控制、保护电路、相序自适应电路、启动演算电路、逆变频率跟踪、逆变脉冲形成、脉冲放大及脉冲变压器组成。WC12B型12脉波恒功率控制板、主回路采用双桥整流，可以大大减少电源运行引起的电网谐波，提高功率因数和运行效率。

控制板的接线说明：
　　控制板共有47个M3接线端子，各端子功能表见表1。

发光二极管工作状态

代 号 发光二极管亮时指示状态
POWER1 控制电源指示（1号桥）
POWER2 控制电源指示（2号桥）
WPL 水压低故障
10C 1号整流桥过电流故障
20C 2号整流桥过电流故障
LV 控制板电源故障
OV 中频过电压故障
10P 1号整流桥三相输入缺相故障
20P 2号整流桥三相输入缺相故障
LED1-LED6 1号整流脉冲指示，正常为微亮或不亮，高亮表示SCR门极接反或开路。LED7-LED12 2号整流脉冲指示，正常为微亮或不亮，高亮表示SCR门极接反或开路。

电位器
　　W1(1If) 1号整流桥Z大输出电流设定电位器(截流)及两桥电流平衡微调电位器，当有电流反馈时可设定Z大输出电流，顺时针方向为Z小，Z大调节范围约2倍。过电流无需调节，当截流值调整好后，过电流自动成为1.4倍的截流值。当两桥电流不平衡时，微调W1和W7，可以使两路电流趋向一致。
　　W2(Vf) Z大中频输出电压设定电位器(截压)，当有电压反馈时可设定Z大中频输出电压，顺时针方向为Z小，Z大调节范围约2倍。过电压无需调节，当截压值调整好后，过电压自动成为1.2倍的截压值。
　　W3(θmax) Z大逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围约为40o～60o。
　　W4(θmin) Z小逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围约为20o～40o。
　　W5(F) 外接频率表设定电位器，顺时针方向为读数增大，Z大调节范围约3倍。
　　W6(Fmax) Z大它激逆变频率设定电位器，顺时针方向为增大，Z大调节范围约2倍。
　　W7(2If) 2号整流桥Z大输出电流设定电位器(截流)及两桥电流平衡微调电位器。当两桥电流不平衡时，微调W1和W7，可以使两路电流趋向一致。

五．调试

1 调试需准备的工具
　　一台20MHz示波器，若示波器的电源线是三芯插头时，注意“地线”千万不能接，示波器外壳对地需绝缘，仅使用一踪探头，示波器的X轴、Y轴均需较准，探头需在测试信号下补偿好。
　　若无高压示波器探头，应用电阻做一个分压器，以适应600V以上电压的测量。
　　一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。
2 整流部分的调试(W1)
　　为了调试的安全，调试前应该使逆变桥不工作。例如：把平波电抗器的一端断开，再在整流桥直流口接入一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。电路板上的If微调电位器W1顺时针旋至Z高端(调试过程发生短路时，可以提供过流保护)。主控板上的DIP-1开关拨在ON位置。用示波器做好测量整流桥输出直流电压波形的准备。把面板上的“给定”电位器逆时针旋至Z小。
　　送上三相供电(可以不分相序)，检查是否有缺相报警指示，若有，可以检查进线快熔断器是否损坏。
　　把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，直流电压波形应该几乎全放开(α≈0o)，6个波头都全在。若中频电炉为380V输入，此时的直流电压表应指示在530V左右(若中频电炉为660V输入，此时的直流电压表应指示在900V左右)。再把面板上的“给定”电位器逆时针旋至Z小，直流电压波形几乎全关闭，此时的α角约为120°。输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。
　　若在调试中发现出不来6个整流波头，则应检查6只整流晶闸管的序号是否接对，晶闸管的门极线是否接反或短路。
　　在此过程调试中也应检查面板上的“给定”电位器是否接反，接反了则会出现直流电压几乎为Z大，只有把“给定”电位器顺时针旋到头时，直流电压才会有减小的现象。
　　在停电状态下把逆变桥接入，使逆变触发脉冲投入，去掉整流桥口的电阻性负载。把电路板上的Vf微调电位器W2顺时针旋至Z高端(调试过程发生逆变过压时，可以提供过压保护)。主控板上的DIP-1开关拨在ON位置，面板上的“给定”电位器逆时针旋至最小。
　　上电数秒种后，把面板上的“给定”电位器顺时针慢慢地旋大，这时逆变桥会出现两种工作状态：一种是逆变桥起振，另一种是逆变桥直通。此时需要的是逆变桥直通，若逆变桥为起振状态，可在停电的状态下，调节中频电压互感器的相位，即把中频电压互感器20V绕组的输出线对调一下，就不会起振了。在缓慢旋大面板上“给定”电位器的操作中，应密切注意电流表的反应，若电流表的指示迅速增大，则应迅速把“给定”电位器逆时针旋下来，此时表明电流取样电路有问题，系统处于电流开环状态，应检查电流互感器是否接对，特别是5A:0.1A电流互感器的原、副边是否接反，0.1A绕组上的68Ω电阻是否接上。正常的表现是随着“给定”电位器的缓慢加大，电流表的指示也跟着增大，当停止旋转“给定”电位器时，电流表的指示能稳定的停在某一刻度上。
　　当出现直通现象时，把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，使电流表的指示接近额定值的50%左右。用交流电压表测量CON2-3、CON2-4、CON2-5三个接线端子间的电压，三个电压应该是大致相等的，若相差太大，说明电流互感器的同名端接错，必须改正，否则会影响电流调节器的正常工作。
　　继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋到头，电流表的指示应接近额定值，逆时针调节主控制板上的W1电流反馈微调电位器，使直流电流表指示到额定输出电流，完成了额定电流的整定。
　　这样整流桥的调试就基本完成，可以进行逆变桥的调试。
　　需要指出的是，当平波电抗器的直流电阻较小时，在直通状态下作额定电流的整定，会出现直流电流振荡的现象，可在直流回路里串一点电阻加以解决。另外，水冷装置在作此项调试时，必须通水冷却。
　　当调试场地的电源供不出装置的额定电流时，额定电流的整定，可放在现场满负荷运行时进行，但是，应先在小电流的状况下，判定一下电流取样回路的工作是否正常。
3 逆变部分的调试
3.1 校准频率表(W5)
　　主控制板上的DIP开关均拨在OFF位置，面板上的“给定”电位器逆时针旋至最小。把示波器接在Q5或Q6的管壳上，测逆变触发脉冲的它激频率(它激频率可以通过W6来调节)，调节W5微调电位器，使频率表的读数与示波器测得的相一致。
　　若中频电炉用的是专用中频频率表，则可免去此步调试。但还是推荐使用直流毫安表头改制的频率表，这一方面是可以测得最高它激频率，另一方面是价格便宜。
3.2 起振逆变器(W6)
　　首先检查逆变晶闸管的门级线连接是否正确，逆变末级上的LED亮度是否正常，不亮则说明逆变末级的E和C接线端子接反了。再把主控制板上CON3-5对外的连线断开，看熄灭的LED逆变级是否处在逆变桥的对角线位置。
　　把主控板上的DIP开关均拨在OFF位置，把面板上的“给定”电位器逆时针旋到底，调节控制板上的W6微调电位器，使最高它激频率高于槽路谐振频率的1.2倍，W3、W4微调电位器旋在中间位置。把面板上的“给定”电位器顺时针稍微旋大，这时它激频率开始从高往底扫描(从频率表中可以看出)，逆变桥进入工作状态，开始起振。若不起振，表现为它激信号反复作扫频动作，可调节中频电压互感器的相位，即把中频电压互感器20V绕组的输出线对调一下。
　　若把中频电压互感器20V绕组的输出线对调后，仍然起动不起来，此时应确认一下槽路的谐振频率是否正确。可以用电容/电感表测量一下电热电容器的电容量及感应器的电感量，计算出槽路的谐振频率，当槽路的谐振频率处在最高它激频率的0.6~0.9倍的范围内时，起动应该是很容易的。再就是检查一下逆变晶闸管是否有损坏的。
3.3 12脉中频电炉整定逆变引前角(W3、W4)
　　逆变起振后，可做整定逆变引前角的工作，把DIP开关均打在OFF位置，用示波器观察电压互感器100V绕组的波形，调节主控板上W4微调电位器，使逆变换相引前角在22o左右，此时中频输出电压与直流电压的比为1.2左右(若换相重叠角较大，可适当增大逆变换相引前角)，此步整定的是最小逆变引前角，一般希望它尽可能的小，当然过小的逆变换相引前角会使逆变换相失败，表现为中频电压升高时，会出现重复起动。
　　再把DIP-2开关打在ON位置，调节主控板上W3微调电位器，整定最大逆变换相引前角。根据不同的中频输出电压的要求，最大逆变换相引前角亦不同，如中频装置的三相输入电压为380V，额定中频输出电压为750V时，则要求最大逆变换相引前角在42°左右，此时中频输出电压与直流电压的比为1.5。一般希望它尽可能的大些，这在系统输入电压偏低时，仍可保证中频输出电压到额定值。当系统输入电压偏高时，由于有电压调节器的作用，中频输出仍然不会出现过电压。
　　此项调试工作应在50%额定中频输出电压下进行。注意，必须先调1.2倍关系，再调1.5倍关系，否则顺序反了，会出现互相牵扯的问题。有时由于电压表不准，给调试带来错误的结论，所以应以示波器测得的引前角为准。
　　调试中若出现逆变引前角过大的现象，应检查槽路谐振频率是否过低。
3.4 额定输出电压的整定(W2)
　　在轻负荷的情况下整定额定输出电压，把主控板上的DIP开关均拨在OFF位置，W2微调电位器顺时针旋至最大，把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，逆变桥工作。继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋至最大，此时输出的中频电压接近额定值，逆时针调节W2微调电位器，使输出的中频电压达到额定值。
　　在这项调试中，可见到这样的现象：即直流电压升到最大值后，中频输出电压却还能继续随“给定”电位器的旋大而上升。
　　在整定额定输出电压时，应在直流电流低于额定电流的条件下进行，否则会由于电流限幅的作用，使中频输出电压调不上去。
　　至此，6只微调电位器全部调完，调试告结束。

注意事项

1 晶闸管装置在做绝缘耐压测试时，请取下控制板，否则可能造成控制板永久性损坏。
2 内部电路及参数的更改，恕不另行通知。
3 如果在使用中造成控制板以外的零部件损坏概不负责。
4 MPU器件是一种CMOS器件，使用时应注意。器件的两个引脚之间严禁短路，否则将损坏芯片，为保证器件的安全，因此忌用万用表直接测量器件的引脚。
5 当控制板接入主回路后，部分区域便带有高压电，敬请注意，以免触电。

六．安全操作注意事项

（安全操作规程）

1．开炉前应通知中频炉班组操作人员起动机器，同时应检查炉体、冷却水系统、中频电炉开关、倾炉机械和吊包运行轨道等是否正常，地沟盖板是否缺损，盖好。如有问题应先行排除，才能开炉。开炉时，需先将炉料放入炉膛，开放冷却水后，才能合上中频电炉开关。停炉时，断开中频电炉后。冷却水应继续保持15分钟。

2．炉料中不得混有密闭容器、管子或其它易爆炸物。炉料必须干燥，不带水或冰、雪块。装填炉料时，不准用锤子猛打，应轻放、轻敲以免损坏炉膛。炉膛烧损减薄超过规定时，应停炉修理。

3．工具应放在指定地点，使用时应事先烘烤干燥。

4．炼合金钢加入合金材料时，应在预热后用钳子夹住，缓慢，分批加入，加入时操作者脸部应避开炉口。

5．倾侧炉体将钢水注入浇包时应先停电，然后操纵机械缓慢倾注。浇包必须经过烘烤干燥。炉前坑内不准有积水。

6．取试样要注意周围人员，以免钢花烫人。

7．电气线路有故障时应及时检修。检查地沟，感应圈、冷却水管和其它电器时，要注意防止自身及其它人员触电。

8．吊运浇包不应速度太快，钢水不应装得过满(应离浇包沿口一定距离)。如用手抬包浇注，行走时应互相配合好，不要急走急停。如钢水泼出，要稳当放下，不准扔包。

9．发现停水，漏炉、感应圈绝缘层破裂和漏水时，应立即停炉检修。

10．中频炉拆炉时，要上下照应，互相配合，拆装时要有专人指挥。

11．停炉后必须切断电源总开关。关闭水阀门后方可离去。

12. 如遇到熔炼中间停电，应让炉体向前倾斜，并保持开启应急冷却水。

作者:永鑫电炉城