中頻爐研究

摘 要:對(duì)中頻爐的概念、組成、特點(diǎn)、原理、維修方法等進(jìn)行了詳細(xì)的分析闡述。

關(guān)鍵詞:中頻爐;概念;組成;特點(diǎn);原理;維修方法

中圖分類號(hào):TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)19-0367-02

1 中頻爐的概念

中頻爐是一種將工頻50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l(300HZ以上至20K HZ)的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過(guò)的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。這種渦流同樣具有中頻電流的一些性質(zhì)，即，金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動(dòng)要產(chǎn)生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放在有交變中頻電流的感應(yīng)圈里，金屬圓柱體沒(méi)有與感應(yīng)線圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是圓柱體表面被加熱到發(fā)紅，甚至熔化，而且這種發(fā)紅和熔化的速度只要調(diào)節(jié)頻率大小和電流的強(qiáng)弱就能實(shí)現(xiàn)。如果圓柱體放在線圈中心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱和熔化也沒(méi)有產(chǎn)生有害氣體、強(qiáng)光污染環(huán)境。中頻電爐廣泛用于有色金屬的熔煉(主要用在熔煉鋼、合金鋼、特種鋼、鑄鐵等黑色金屬材料以及不銹鋼、鋅等有色金屬材料的熔煉，也可用于銅、鋁等有色金屬的熔煉和升溫，保溫，并能和高爐進(jìn)行雙聯(lián)運(yùn)行。)、鍛造加熱(用于棒料、圓鋼，方鋼，鋼板的透熱，補(bǔ)溫，蘭淬下料在線加熱，局部加熱，金屬材料在線鍛造(如齒輪、半軸連桿、軸承等精鍛)、擠壓、熱軋、剪切前的加熱、噴涂加熱、熱裝配以及金屬材料整體的調(diào)質(zhì)、退火、回火等)。

2 中頻爐的組成

(1)中頻電爐爐殼、面板、磁軛(硅鋼柱)、鋼殼爐蓋;

(2)感應(yīng)圈、線圈膠泥、水冷電纜、電纜頭、高壓橡膠管;

(3)耐火磚(爐嘴、上、下圍磚)、耐高溫澆注制式塊;

(4)膠木柱、云母板(管、套、墊);

(5)高分子石棉板、石棉夾磚;

(6)絕絕夾板(座、圈、套管、壓腳、頂塊);

(7)不銹鋼羅桿(羅母、墊片、頂桿、緊箍);

(8)石棉布、石棉橡膠板、陶瓷纖維布及各種盤根。

3 中頻爐系列熔煉爐特點(diǎn)

(1)熔化效率高節(jié)電效果好，結(jié)構(gòu)緊湊、過(guò)載能力強(qiáng);

(2)爐子周圍溫度低、煙塵少、作業(yè)環(huán)境好;

(3)操作工藝簡(jiǎn)單、熔煉運(yùn)行可靠;

(4)金屬成分均勻;

(5)熔化升溫快、爐溫容易控制、生產(chǎn)效率高;

(6)爐子利用率高、更換品種方便;

(7)長(zhǎng)弧形磁軛屏蔽漏磁和減少外部磁阻、有屏蔽線圈兩端的漏磁、磁軛截面是弧形的內(nèi)側(cè)于外壁無(wú)縫緊貼增加了有效的導(dǎo)磁率面積、使下圈獲得了更好的支撐。獨(dú)特的正反旋線圈極大的提高了系統(tǒng)的效率。

4 中頻電爐的工作原理

利用中頻電源建立中頻磁場(chǎng)，使鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流并發(fā)熱，達(dá)到加熱材料的目的。中頻爐采用200-2500Hz中頻電源進(jìn)行感應(yīng)加熱，熔煉保溫，主要用于熔煉碳鋼，合金鋼，特種鋼，也可用于銅，鋁等有色金屬的熔煉和提溫.設(shè)備體積小，重量輕，效率高，耗電少，熔化升溫快，爐溫易控制，生產(chǎn)效率高。

5 如何對(duì)中頻爐進(jìn)行維修

5.1 在斷電的情況下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作全面檢查，它包括以下幾個(gè)方面

(1)電源:用萬(wàn)用表測(cè)一下主電路開(kāi)關(guān)(接觸器)和控制保險(xiǎn)絲后面是否有電，這將排除這些元件斷路的可能性。

(2)整流器:整流器采用三相全控橋式整流電路，它包括六個(gè)快速熔斷器、六個(gè)晶閘管、六個(gè)脈沖變壓器和一個(gè)續(xù)流二極管。在快速熔斷器上有一個(gè)紅色的指示器，正常時(shí)指示器縮在外殼里邊，當(dāng)快熔燒斷后它將彈出，有些快熔的指示器較緊，當(dāng)快熔燒斷后，它會(huì)卡在里面，所以為可靠起見(jiàn)，可以用萬(wàn)用表通斷檔測(cè)一下快熔，以判斷它是否燒斷。

測(cè)量晶閘管的簡(jiǎn)單方法是用萬(wàn)用表電阻擋(200Ω擋)測(cè)一下其陰極—陽(yáng)極、門極—陰極電阻，測(cè)量時(shí)晶閘管不用取下來(lái)。正常情況下，陽(yáng)極—陰極間電阻應(yīng)為無(wú)窮大，門極—陰極電阻應(yīng)在10-50Ω之間，過(guò)大或過(guò)小都表明這只晶閘管門極失效，它將不能被觸發(fā)導(dǎo)通。

脈沖變壓器次邊接在晶閘管上，原邊接在主控板上，用萬(wàn)用表測(cè)量原邊電阻約為50Ω。續(xù)流二極管一般不容易出現(xiàn)故障，檢查時(shí)用萬(wàn)用表二極管擋測(cè)其二端，正向時(shí)萬(wàn)用表顯示結(jié)壓降約有500mV，反向不通。

(3)逆變器:逆變器包括四只快速晶閘管和四只脈沖變壓器，可以按上述方法檢查。

(4)變壓器:每個(gè)變壓器的每個(gè)繞組都應(yīng)該是通的，一般原邊阻值約有幾十歐姆，次極幾歐姆。應(yīng)該注意:中頻電壓互感器的原邊與負(fù)載并聯(lián)，所以其電阻值為零。

(5)電容器:與負(fù)載并聯(lián)的電熱電容器可能被擊穿，電容器一般分組安裝在電容器架上，檢查時(shí)應(yīng)先確定被擊穿電容器所在的組。斷開(kāi)每組電容器的匯流母排與主匯流排之間的連接點(diǎn)，測(cè)量每組電容器兩個(gè)匯流排間的電阻，正常時(shí)應(yīng)為無(wú)窮大。確認(rèn)壞的組后，再斷開(kāi)每臺(tái)電熱電容器引至匯流排的軟銅皮，逐臺(tái)檢查即可找到擊穿的電容器。每臺(tái)電熱電容器由四個(gè)芯子組成，外殼為一極，另一極分別通過(guò)四個(gè)絕緣子引到端蓋上，一般只會(huì)有一個(gè)芯子被擊穿，跳開(kāi)這個(gè)絕緣子上的引線，這臺(tái)電容器可以繼續(xù)使用，其容量是原來(lái)的3/4。電容器的另一個(gè)故障是漏油，一般不影響使用，但要注意防火。

(6)水冷電纜:水冷電纜的作用是連接中頻電源和感應(yīng)線圈，它是用每根直徑Φ0.6-Ф0.8紫銅線絞合而成。對(duì)于500公斤電爐，電纜截面積為480平方毫米，對(duì)于250公斤電爐，電纜截面積采用300至400平方毫米。水冷電纜外膠管采用耐壓5公斤的壓力橡膠管，里面通以冷卻水，它是負(fù)載回路的一部分，工作時(shí)受到拉力和扭力，與爐體一起傾動(dòng)而發(fā)生曲折，因此時(shí)間長(zhǎng)后容易在柔性連接處斷裂開(kāi)。水冷電纜斷裂過(guò)程，一般是先斷掉大部分后，在大功率運(yùn)行時(shí)把未斷小部分很快燒斷，這時(shí)中頻電源就會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，如果過(guò)電壓保護(hù)不可靠，就會(huì)燒壞晶閘管。水冷電纜斷開(kāi)后，中頻電源無(wú)法啟動(dòng)工作。如不檢查出原因而反復(fù)啟動(dòng)，就很可能燒壞中頻電壓互感器。檢查故障時(shí)可用示波器，把示波器探頭夾在負(fù)載兩端，觀察按啟動(dòng)按鈕時(shí)有無(wú)衰減波形。確定電纜斷芯時(shí)先把水冷電纜與電熱電容器輸出銅排脫開(kāi)，用萬(wàn)用表電阻擋(200Ω擋)測(cè)量電纜的電阻值，正常時(shí)電阻值為零，斷開(kāi)時(shí)為無(wú)窮大。用萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)，應(yīng)把爐體翻到傾倒位置，使水冷電纜掉起，這樣使斷處徹底脫離，才能正確判斷是否斷芯。

5.2 在接通控制電源后，可以作下面幾個(gè)方面的檢查

(1)將示波器探頭接在整流晶閘管的門極和陰極上，示波器置于電源同步，按下啟動(dòng)按鈕后即可看到觸發(fā)脈沖波形，應(yīng)為雙脈沖，幅度應(yīng)大于2V。按一下停止按鈕，脈沖將立即消失。重復(fù)六次，將每個(gè)晶閘管都看一下，如果門極沒(méi)有脈沖，可以將示波器的探頭移到脈沖變壓器的原邊看一下，如果原邊有脈沖而次邊沒(méi)有，說(shuō)明脈沖變壓器損壞，否則問(wèn)題可能出在傳輸線或主控板上。

(2)將示波器探頭接在逆變晶閘管的門極和陰極上，示波器置于內(nèi)同步，接通控制電源后可以看到逆變觸發(fā)脈沖，它是一串尖脈沖，幅度應(yīng)大于2V，通過(guò)示波器的時(shí)標(biāo)讀出脈沖周期，算出觸發(fā)脈沖頻率，正常時(shí)應(yīng)比電源柜的標(biāo)稱頻率高約20%，這個(gè)頻率稱為啟動(dòng)頻率。按下啟動(dòng)按鈕后，脈沖的間距加大，頻率變低，正常時(shí)應(yīng)比電源柜的標(biāo)稱頻率低約40%，按一下停止按鈕，脈沖頻率立即跳回啟動(dòng)頻率。通過(guò)上列檢查，基本上能排除完全不能啟動(dòng)的故障。

啟動(dòng)以后工作不正常，一般表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面:

(1)整流器缺相:故障表現(xiàn)為工作時(shí)聲音不正常，最大輸出電壓升不到額定值，且電源柜怪叫聲變大，這時(shí)可以調(diào)低輸出電壓在200V左右，用示波器觀察整流器的輸出電壓波形(示波器應(yīng)置于電源同步)，正常時(shí)輸入電壓波形每周期有六個(gè)波形，缺相時(shí)會(huì)缺少二個(gè)。這一故障一般是由于整流器某只晶閘管沒(méi)有觸發(fā)脈沖或觸發(fā)不導(dǎo)通引起的，這時(shí)應(yīng)先用示波器看一下六個(gè)整流晶閘管的門極脈沖，如果有的話，關(guān)機(jī)后用萬(wàn)用表200Ω檔測(cè)量一下各個(gè)門極電阻，將不通或者門極電阻特別大的那只晶閘管換掉即可。

(2)逆變器三橋臂工作:故障表現(xiàn)為輸出電流特別大，空爐時(shí)也一樣，且電源柜工作時(shí)聲音很沉重，啟動(dòng)后把功率旋鈕調(diào)到最小位置，會(huì)發(fā)現(xiàn)中頻輸出電壓比正常時(shí)高。用示波器依次觀察四個(gè)逆變晶閘管的陽(yáng)極—陰極之間的電壓波形，。如果三橋臂工作，可以看到逆變器中有相鄰的二只晶閘管的波形正常，另外相鄰的二只有一只沒(méi)有波形，另一只為正弦波，KK2觸發(fā)不通，其陽(yáng)極—陰極之間的波形就是正弦波;同時(shí)KK2不導(dǎo)通會(huì)導(dǎo)致KK1無(wú)法關(guān)斷，所以KK1二端就沒(méi)有波形。

(3)感應(yīng)線圈故障:感應(yīng)線圈是中頻電源的負(fù)載，它采用壁厚3至5毫米的方形紫銅管制成。它的常見(jiàn)故障有以下幾種:首先感應(yīng)線圈漏水，這可能引起線圈匝間打火，必須及時(shí)補(bǔ)焊才能運(yùn)行。其次鋼水粘在感應(yīng)線圈上，鋼渣發(fā)熱、發(fā)紅，會(huì)引起銅管燒穿，必須及時(shí)清除干凈。最后感應(yīng)線圈匝間短路，這類故障在小型中頻感應(yīng)加熱爐上特別容易發(fā)生，因?yàn)闋t子小，在工作時(shí)受熱應(yīng)力作用而變形，導(dǎo)致匝間短路，故障表現(xiàn)為電流較大，工作頻率比平常時(shí)高。