淺談中頻感應(yīng)加熱設(shè)備故障維修

[摘 要] 介紹了中頻感應(yīng)加熱電源的結(jié)構(gòu)和原理，以及經(jīng)常遇到的一些故障原因及其排除方法。

[關(guān) 鍵 詞] 中頻感應(yīng)加熱；結(jié)構(gòu)；原理；故障；維修

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）15-0140-01

本次研究的中頻感應(yīng)加熱電源采用的是空冷柔性感應(yīng)電纜，應(yīng)用范圍較廣，主要應(yīng)用產(chǎn)品包括核電廠蒸汽發(fā)生器管板、筒體、封頭內(nèi)壁堆焊預(yù)熱、維持溫度及后熱，以及其他各類產(chǎn)品堆焊預(yù)熱后熱等。故障率較高的主要原因是一些堆焊過程是在變位機(jī)上完成的，中頻感應(yīng)加熱電源在變位機(jī)上隨工件翻轉(zhuǎn)使用，焊接后有打磨的鐵屑環(huán)境惡劣，隨著使用年限的增加，故障率逐年上升。經(jīng)過幾年的維修及保養(yǎng)，對(duì)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的原理及維修方法有一些自己的了解和總結(jié)。

一、結(jié)構(gòu)及原理

（一）主電路

感應(yīng)加熱電源主要由逆變器、變壓器、諧振電容和感應(yīng)器組成?？傮w來說是一個(gè)交流—直流—交流的過程，如下圖。

通過整流橋?qū)⑷噍斎腚妷赫鳛橹绷?，然后通過交流接觸器連接至逆變IGBT，通過IGBT全橋逆變?yōu)?～14KHz左右的中頻電流。中頻交流電壓輸出至變壓器，變壓器一端連接逆變器，另一端連接諧振電容和感應(yīng)器。變壓器根據(jù)電流變換原理得到較大的輸出電流，增強(qiáng)渦流效應(yīng)，諧振電容和感應(yīng)器連接成LC串聯(lián)諧振回路，感應(yīng)器直接用于加熱工件，同時(shí)又是諧振回路的電感，感應(yīng)器的設(shè)計(jì)匹配直接影響電源的諧振頻率、加熱效率、阻抗匹配、加熱效果等。感應(yīng)器采用軟電纜制作，自然冷卻，可直接纏繞于工件表面，也可通過框架、固定制作成固定形狀。

（二）控制電路

該中頻感應(yīng)加熱電源采用DSP進(jìn)行全數(shù)字式控制，核心控制策略為電抗分析法，在各種工況下能夠始終保證IGBT工作在ZCS開關(guān)狀態(tài)。硬件電路總體上采用了主控制板和驅(qū)動(dòng)板兩種模塊。主控制板的主要功能是：

1.負(fù)責(zé)接收設(shè)定的控制指令和數(shù)據(jù)。

2.生成并向驅(qū)動(dòng)板上的驅(qū)動(dòng)芯片提供PWM信號(hào)。

3.接收并且處理系統(tǒng)的反饋信號(hào)（主要是驅(qū)動(dòng)板送來的功率器件的過流信號(hào)、共振電壓欠壓信號(hào)、過熱故障信號(hào)等）。

驅(qū)動(dòng)板的主要功能是：

1.收主控制板發(fā)送過來的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將其放大處理送給逆變器的功率開關(guān)管。

2.檢測(cè)并向主控制板反饋經(jīng)過預(yù)處理的故障信號(hào)。

二、常見故障分析

只有熟練掌握電路的基本工作原理和功率器件的基本特性，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)才能準(zhǔn)確地分析判斷故障原因進(jìn)而采取有效的措施排除故障。在此列舉一些常見故障及其維修過程。

（一）故障現(xiàn)象：接通電源，設(shè)備不能正常啟動(dòng)，接觸器不

吸合

接通電源時(shí)交流接觸器斷開，通過并聯(lián)電阻給逆變?yōu)V波電容組充電，充到一定電壓之后交流接觸器吸合。接觸器不吸合的原因有以下幾種情況：

1.一個(gè)或兩個(gè)IGBT逆變器可能短路或開路造成逆變橋三臂橋運(yùn)行，導(dǎo)致接觸器兩端電壓不足以使接觸器吸合。解決辦法是其中一個(gè)IGBT損壞，更換壞的IGBT，可能需要同時(shí)更換IGBT驅(qū)動(dòng)板。

2.濾波電容經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后故障，需更換。

3.主控制板故障。

4.整流電壓反饋回路異常，可能是整流橋損壞，也可能是輸入缺相，或者是反饋線松動(dòng)。

（二）故障現(xiàn)象：設(shè)備能夠啟動(dòng)，恒功率或恒電流模式下功率或電流達(dá)到一定程度后不能繼續(xù)上升，達(dá)不到額定值

原因及處理方法有以下幾種：

1.感應(yīng)器纏繞方式不佳，如圈數(shù)太多時(shí)導(dǎo)致負(fù)載過大，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)輸出飽和，表現(xiàn)為電流和功率都上不去。圈數(shù)太多會(huì)造成頻率偏小，諧振電壓升高，電壓升高到一定程度達(dá)到最大值后，設(shè)備將限制輸出電流大小，以防止過壓。但是頻率小，設(shè)備及電纜發(fā)熱減少?？梢詼p少電纜纏繞圈數(shù)來增大頻率。功率和電流就能夠增大。

如圈數(shù)太少、頻率偏大，諧振電壓減小，電流能達(dá)到額定值，功率達(dá)不到額定值，此時(shí)設(shè)備及電纜發(fā)熱變大?？梢栽黾尤?shù)來減小頻率，可繞在工件上，也可空繞，但不能放置在金屬上，也不可靠近金屬。

2.主控制板故障，主控制板內(nèi)部調(diào)功元件損壞，導(dǎo)致不能正常調(diào)節(jié)功率和電流。

3.控制面板上功率調(diào)節(jié)電位計(jì)損壞需更換。

（三）未啟動(dòng)加熱即顯示輸出電流

1.當(dāng)多臺(tái)中頻感應(yīng)加熱電源共同加熱一個(gè)工件時(shí)，未啟動(dòng)加熱就顯示輸出電流且值較大，按啟動(dòng)加熱按鈕后報(bào)警“直流過壓硬件保護(hù)”，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)感應(yīng)器纏繞不合理，一根感應(yīng)電纜工作時(shí)和另外一根產(chǎn)生感應(yīng)電流，再啟動(dòng)加熱時(shí)設(shè)備檢測(cè)出異常輸出即開始報(bào)警。這種情況提示我們感應(yīng)器布置時(shí)，應(yīng)考慮距離和纏繞方法，避免出現(xiàn)互相干擾的情況。

2.有時(shí)單臺(tái)使用感應(yīng)加熱電源時(shí)也出現(xiàn)此現(xiàn)象，經(jīng)檢查為主控制板DSP卡故障，更換后故障解除。

總之，中頻電源的故障現(xiàn)象是多種多樣的，這里就不一一列舉了，為了能盡快采用正確的方法排除中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的故障，就必須熟悉中頻電源常見故障的特點(diǎn)及原因，才能少走彎路，節(jié)省時(shí)間，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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