原理说明

目   录

一、  概述

二、  型号含义

三、  感应加热的基本原理

四、  可控硅中频电源的工作原理

五、  使用条件

六、  技术数据

七、  主回路的工作原理

八、  结构说明

九、  安装调试

十、  维护和检修

十一、  附图

可控硅中频电源装置原理说明书

一、  概述

  可控硅中频电源装置是一种利用可控硅元件把三相工频电流变换成某一频率中频电流的装置，主要是在感应熔炼和感应加热的领域中代替以前的中频发电机组。

  中频发电机组设备体积大、生产周期长、运行噪声响，而且它是一种固定频率的设备，运行中必须随时调节电容的多少来控制最大输出功率，这不但增加了不少中频器件，而且操作非常麻烦。

可控硅中频电源与这种发电机组相比，除具有外形小 、重量轻、噪声小、投产快、用电省等明显优点外，最主要还具有下列特点：

1．         降低电力消耗

2．         中频电源装置的输出频率随负载参数的变化而自动变化

3．         可控硅中频电源装置的部件少，全集成化

4．         可控硅中频电源装置采用脉冲封锁保护，保护动作快

5．         本装置采用零电位启动

二、  型号含义

      K    G     P     S    

可控                                                                  设计序号

  硅                                                       电源标准频率（千赫）

变频装置

  水冷却                                              电源额定功率（千瓦）

三、  感应加热的基本原理

  中频无铁芯感应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初级绕组，而坩锅里的金属材料则相当于变压器次级绕组（即负载）。当在初级绕组中通过中频电流时就在磁场作用下产生磁力线切割次级绕组，致使炉料中产生感应电势，并在垂直于感应圈轴线的表面内产生感应电流（称涡流），从而使炉料发热。

四、  可控硅中频电源的工作原理

 可控硅中频电源的基本工作原理，就是通过一个三相桥式全控整流电路，把工频交流电变为直流电，经过直流电抗器滤波，最后经逆变器变为单相中频交流电供给负载。所以中频电源装置实际上是一交流——直流——交流 变换器。如图：

五、使用条件

1、   海拔不超过1000米；

2、   周围环境温度不高于+40^。C和不低于+5^。C，通风良好；

3、   装置停止使用期间，在无冷却水的情况下，环境温度不低于-30^。C；

4、   周围介质相对湿度不大于85%；

5、   电源电压波动不大于±5%及波形跨度不大于±10%；

6、   在没有导电、易燃、易爆的尘埃，没有腐蚀金属和破坏绝缘的气体和蒸气场合使用；

7、   在无强烈震动和冲击的室内使用；

8、   冷却水的进水温度在+5^。C~ +35^。C，出水温度不得超过+55^。C，同时装置不可在凝露情况下使用，工作压力应保持在1.5~2公斤/平方厘米，水质应符合水冷可控硅对水质的要求，冷却水质不超过P8个硬度，电阻在20 kΩ以上，不溶解物不超过0.03Mg/L。

六、     技术数据

          *500kw以上电源参数，可以根据用户要求确定。

          *500kw以下电源柜外形尺寸（长*宽*高）1500*810*1900

1、装置效率不低于90%；

2、负载等级、类别：

对淬火、透热及熔炼，负载均可以100%额定输出，连续进行或间断进行。

七、     主电路的工作原理

     本装置的主电路工作原理是将从电网输入的三相50Hz交流电经过三相全控整流桥整流成电压可调的脉动直流电，通过电抗器La滤波成平滑的直流电，送至单相逆变桥，逆变桥的输出端接负载。本装置的负载是由感应线圈（包括加热工件）及中频电热电容器组成的LC振荡电路。该电路对负载的适应性较强，运行稳定可靠，由于逆变桥的作用，将输入的直流电逆变成所需要的中频交流电，输出给负载。

本装置的输出频率是决定于LC并联振荡器的谐振频率f。由于逆变桥的触发脉冲们号取自负载回路，所以当负载回路LC参数发生变化时，逆变桥的输出频率也发生变化，起到自动调频作用。

本装置的输出功率可以通过调节整流触发α来改变整流输出电压，以达到调功率的目的。

1.    三相全控桥式整流电路

采用三相全控整流桥，可以调节功率大小。因为整流桥在不同的控制角，其直流输出电压不同。当负载阻抗变化时，如阻抗小于正常阻抗，可调节整流桥控制角，降低直流输出电压，使装置运行在额定工作电流、中频电压范围内。当工作逆变器发生故障或负载短路时，使整流桥控制角α移至150^。，从而保证整流桥工作在逆变状态免除设备损坏。

2. 三相全控桥式整流电路工作原理

为了便于理解，首先作一种理想情况，即不考虑三相进线中电感存在，可控硅作理想状态，电流可以突变，整流电流完全滤平。三相全控整流原理图，如图1-1。

图1-2为整流桥控制角α=0时，直流输出电压。

设t1时刻，可控硅T1控制极阴极受U_gk1脉信号。（T1未受脉冲以前T5、T6导电）T1开通。因T1、T3、T5阴极接在同一点上，为共阴极。T1开通以后，T5同样开通，当过了t1以后，T1、T5二可控硅受A相与C相电压，A相高于C相。可控硅T1受正向电压，可控硅T5受反向电压，而U_gk5已消失，这样的情况，T1受正向电压继续导电，T5受反向电压关断，电流由C相换至A相。T6、T1导电，负载R上的电压是U_ab。

    在t2时刻，可控硅T2受U_gk2脉冲信号，可控硅T2导通，而T6也通着。对于T2、T4、T6阳极接在同一点上，为共阳极。T2、T6同时通电，过t2时刻以后，B相高于C相，T2受正向电压。T6被迫关断，T2继续导电，这样，电流从B相换至C相。负载R二端为A相C相电压U_ac。在t3、t4、t5……每隔60^。一次转换。在负载R上的U_d，即为图1-2上的U_d输出电压波形。

     图1-3分别为α=30^。，α=60^。，α=90^。时的直流输出电压波形。

     在图1-4中

 U_d = _π/3¹ ∫_a^a+n/3 U_dωt= _π³    ∫_a^a+m/3√2√3 U₂Sin（ωt+ ₃^π  ）dωu

   = 2.34 U₂cosa=U_d0 cosa                      式(2-1)

式中U_d0=2.34 U₂,可把它视为α= 0时的直流输出平均值; U₂为相电压有效值。

以上分析的是整流桥工作于整流状态时情况。同时，可见当α>90^。时，波形中出现负的部分。这负的部分实质就是一个逆变过程。

现分析整流桥工作于逆变状态时情况。当α≥90^。时，负的部分面积超过正的部分面积，逆变过程大于整流过程，但整流过程不是α一过90^。时就完全消失。一直到α≥120^。时，这才从整流过程完全转变逆变过程。

现在给可控硅加α=120^。的触发脉冲，如图1-5，在给T1可控硅脉冲在t2时刻。T6可控硅在t1时刻已触发导电。在过t2以后一段时间内，T1、T6导电。从波形上看，过了t2以后B相高于A相，也就是说T6阴极电位高于T1阳极电位，即交流电源给T6和T1二个可控硅是反向电压，然而图1-5（a）中所标的回路中仍然有电流。这是由于Ed和Ld的存在。它可以克服交流电源给予T6、T1的反向电压，使这二个可控硅导通形成电流。

Ld的作用：Ld由于它的直流电阻小，直流压降可以忽略。所以，一Ud的平均值等于一Ed。图1-5（c）波形Ud的瞬时值却有高于Ed，有时低于Ed。如在t2-t3时期，前半段时间里Ud瞬时值低于Ed，也就是在T1、T6受反向电压是A、B相间线电压，其数值低于Ed，Ed极易克服T1、T6所受反向电压要使T1、T6导通，形成回路电流。这时Ld必将感应电势， 其极性如图1-5（a）所示；在t2-t3后半段时间里，Ud的瞬时值高于Ed，这时T1、T6又怎样导电呢？当T1、T6受反向电压高于Ed时，T1、T6中电流将有减小，以至T1、T6有截止趋势，这时Ld将会感应如图1-5（a）括号内极性电势，以维持原有电流Id不变。这样Ld帮助Ed继续使T1、T6导电。至T3以后又经一个周期60^。变化。所有Ld上的变化波形是纯交流电压，没有直流成分。因此，逆变过程Ld必不可少。它在全控桥与Ed之间起了平衡作用。

式（2-1）所描述的数学关系如图1-6所示。可见0<α<π/2区间，Ud>0，称为整流工作区；在π/2

八、     结构说明

1、   可控硅中频变频装置为柜式结构，其外形尺寸见技术参数数据栏；

2、   前门上装有：进线电压表   中频电压表

                直线电压表   直流电流表

                功率调节旋钮       1只

3、   打开前门，柜内正面CW-1600/3P  2500A断路器，左下方为滤波电抗器，右为控制线路，右上方为三相整流，左下面为逆变电路。

4、   补偿电容器与变频装置柜分装，另装电容时，电容器在炉体下面。

九、     安装调试

（一） 安装

1．    每台装置在出厂前均按其技术条件经过出厂试验，在运输中可能有受震，线头松脱，锁紧螺丝松动和受潮现象，如有上述现象发生应进行修整，缺陷消除后，方可使用。

2．    本装置不需安装在特殊的基础上，但需装在通风良好不受雨水侵袭，环境温度在+ 5^。C ~ + 40^。C的室内，为便于检修及通风，应与墙保持一定距离。

3．    设备使用前应检测电气线路是否正确，元件是否损坏，各接触点有否松动，焊接点和集成电路是否有脱落现象，上述情况发生，应在消除故障后方能使用。

4．    检查水路情况，水温不能超过+ 35^。C，水质符合要求，水管是否弯折与堵塞，若有上述情况应予修复，将全部水管出水正常后方能使用。

5．    设备与负载感应圈之间的连接线应用铜排与水冷电缆连接，连接铜排和水冷电缆大小根据功率大小确定。

（二） 调试

成套设备在现场运行前，必须经过必要的调整。

   步骤如下：（在外电网未给本柜送电前）

1．    开水泵和进水阀门，使水压表指示在1.5~2KG/cm观察出水箱各路冷却水应畅通无阻，各水管接头处应无渗漏现象。

2．    再用万能表初步检查一下，整流与逆变可控硅的阴阳极之间正反向电阻。

在外电网给本柜送电后。

1.    本柜空气开关应处于分断状态，按控制按钮合闸，观察线路上的几只发光二极管。

2.    本柜得电后，电源指示灯应亮，如借相指示灯亮，则表示电网输入ABC相序错，应外电网断电把输入线直放再接。

3.    用同步示波器观察，整流可控硅控制极双脉冲波形是否正常，正常情况下，各脉冲间隔60^。，如不正常则检查线路板工作是否正常，各插件是否松动，并加以适当调整。

   然后用示波器看逆变可控硅控制极脉冲是否正常，如不正常，可以检查线路板工作是否正常，有无松动与接触不良现象。

4.    合主回路开关。

5.    起动，把“功率调节”旋钮调到零位置，逐渐顺时针旋动“功率调节”旋钮，柜上直流电压表、中频电压表、直流电流表均出现读数，同时本装置出现中频嘘叫声，说明起动成功，如逆变不成功，以上电表无读数，则就应停机检查有否故障，待故障消除后方能起动。

6.    运行正常工作后，调节“功率调节”按钮，可以调节直流电压直流电流和输出功率到最佳值，注意使直流电流和中频电压均不得超过铭牌数据。

7.    一般调节到使直流电压为500V左右，对于1000KW装置直流电流在2000A左右时中频功率可达1000KW左右。

8.    停机，将“功率调节”旋钮退至零位，再断开主回路开关。

9.    过流与过压保护

   系统发生过流时（过于KGPS 1000/1最大电流整定在2000A），过流指示灯亮，系统发生过压时（最大电压整定在750V），过压指示灯亮，发生上述两种情况时系统将自动脉冲封锁保护，此时三相全控整流桥自动由整流区快速拉到逆变区，从而切断整个回路，所有电表读数快速成回到零位。

10. 若运行中发现水冷元件有流水或堵塞现象，应停机予以排除，方能进行工作。

11. 在安装本装置时，应注意把全部出水管汇集在一透明集水箱内，以便观察每路水管出水情况是否正常。

12. 捅炉时，因炉子外壳有一定的感应电压，故操作者应手戴绝缘的手套脚垫橡胶绝缘垫，以保证安全。

十、     维护和检修

1、本设备每月检查一次，清除机内尘土灰垢损蚀松动情况，应修正后再使用。

2、如设备不暂用时，应加强干燥措施，加强通风，以免受潮引起装置损坏，冬天应排除水冷系统里的积水，防止冻结损坏管道。

3、由于可控硅元件过载能力低，故不允许过载使用。

4、在熔炼过程中，不允许机内或炉子感应圈有碰线接地现象发生，这样会导致设备短路而损坏。

5、在金属电器设备外壳必须接地。

6、本厂KGPS系列采用了全集成化控制线路，使得控制电路简便明了，可调整参数减少，因此，在用户维修中，怀疑控制线路有故障时只要用替代法便可发现故障，并可立投入运行。

7、用户单位应配备专门操作维修人员，其他人员不得乱动，以防发生人为故障或故障扩大。

8、用户单位应有检修用仪表，如：万用表，示波器。