某中頻爐常見故障與分析

李毅波

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西寶雞 722409）

1 中頻爐的工作原理

圖1 中頻爐原理圖

某中頻爐的進線電壓是710 V，在4.6 m長的感應器線圈中以1.0 kHz的頻率將中頻功率提高到了1 500 kW。如圖1中頻爐原理圖所示，主回路包括6塊晶閘管組成的3路整流部分，1臺直流電抗器，8塊晶閘管組成的兩路逆變部分，若干臺電熱電容器與3組并聯(lián)的感應器線圈組成為并聯(lián)負載諧振電路[1]。其工作原理是，采用三相橋式全控整流，將710 V的交流電整定為直流電，經(jīng)過電抗器濾波，成為一個恒定的直流電流源，再經(jīng)逆變器將直流電流變成大約1.0 kHz頻率的單相中頻電流，逆變回路通過分流器傳回的電流值，反饋到主控板上，起到自動調(diào)頻的作用，通過調(diào)功旋鈕改變給定的電壓值，控制整流器的門極角度，從而控制整流輸出電壓，得到所需的中頻電壓值。

正常情況下，中頻爐主控板對元器件是可以起到保護作用的。包括對循環(huán)水壓力的監(jiān)控。調(diào)試主控板要做好截流截壓，才能起到過電流過電壓保護。整流部分前端的快速熔斷器也能起到短路保護作用。

整流部分故障，斷開逆變銅排，在整流輸出端串接兩個200 W白熾燈泡，看燈泡的發(fā)亮情況，電壓500 V燈泡特別，反之整流有問題。逆變部分故障，檢查晶閘管的P-N結(jié)、門極，檢查水路是否暢通，檢查阻容吸收回路。

2 晶閘管、電容器、感應器引起的故障

（1）晶閘管故障

中頻電源是一種水冷卻設備，冷卻水如同電源的血液，水量的大小、水質(zhì)的軟硬至關(guān)重要，如不能滿足設備的要求，循環(huán)水系統(tǒng)中水垢會堵塞管路，晶閘管不能有效散熱，溫度會越來越高[2]。一般晶閘管的芯片內(nèi)部P-N結(jié)能承受的最高溫度是115℃，一旦超過此溫度，晶閘管的承載能力和換流能力下降，主要是因為阻斷電壓的急劇下降，最終導致晶閘管的損壞[6]。

可控硅在反向關(guān)斷時，承受反向電壓的瞬時電壓過高，利用電容兩端電壓不能突變的特性來限制電壓上升率，而且電路中存在電感，所以可與電容串聯(lián)電阻，起到阻尼作用，防止因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過電壓損壞晶閘管，同時避免電容通過晶閘管放電電流過大，造成過電流損壞晶閘管[3]。

（2）電容器故障

與負載并聯(lián)的電熱電容器可能被擊穿[4]。一般的電容只是被擊穿一個芯子，跳開這個絕緣子的引線，這臺電容可繼續(xù)使用，只是容量減少了?？墒褂萌f用表電容檔對電容值進行測量。可使用絕緣表對電容兩極加電壓，模擬電容的充電過程，如果能加上電壓，可表明電容器內(nèi)部沒有短路。中頻爐中當外界電壓超過其額定電壓，電容被擊穿造成內(nèi)部短路，引起的故障現(xiàn)象是中頻無法啟動。加250 V電壓并不能確定電容器沒有問題?？墒褂媒^緣表1 000 V檔位，檢測電容器的耐壓值，如耐壓值低，會造成中頻爐加電壓到某一值時跳閘[5]。測量前和測量后，一定要將電容做放電處理。循環(huán)水管路不通暢，電容器不能有效散熱，超過一定的臨界溫度會導致絕緣發(fā)熱損壞，應及時疏通水路或者更換電容器。

（3）感應器故障

對于新做的感應器線圈,生產(chǎn)廠家會按照烘爐工藝進行初步烘爐，一般是使用電阻絲進行加熱，加熱到一定的溫度保持一段時間，但是還沒有達到完全烘干的程度。此時仍然有大量的水分聚集在感應器線圈匝間，會造成感應器線圈絕緣值降低。這屬于剛生產(chǎn)時的烘爐階段，所以中頻電壓不能加很高，仍然需要保持一段時間再提高電壓。有的感應器線圈在使用一段時間后,爐膛會出現(xiàn)微小的縫隙,會有少量的氧化皮進入感應圈線圈的匝間,造成匝間短路,易產(chǎn)生過流現(xiàn)象。通常在爐口板處易出現(xiàn)打火現(xiàn)象造成過流，此類現(xiàn)象容易觀察處理。在日常的使用中，要注意定期清掃爐膛內(nèi)的氧化皮，定期檢查蓋板內(nèi)的接頭有無漏水現(xiàn)象，定期檢查導軌的磨損情況，及時發(fā)現(xiàn)問題及時更換處理。

水冷導軌是感應器線圈的重要組成部分，導軌的外徑、長度、壁厚，都會影響設備的正常使用。外徑越大通水量越大，但是可能影響坯料與導軌接觸面的溫度。也影響線圈的通用性，可能有些稍大的坯料無法通過線圈，或蹭到爐膛打結(jié)料。導軌越長出料端的水溫越高，對水壓要求也越高。壁厚影響導軌的使用壽命。一般導軌的磨損主要在進料端1m左右，此段坯料溫度低硬度高，如果是剪床剪出的坯料，毛刺比較大，加之設備節(jié)拍快，對導軌的磨損非常厲害。噴涂耐磨層的導軌使用壽命比較短，只有做堆焊處理的導軌能滿足使用條件。磨損的導軌，后期用不銹鋼焊條堆焊耐磨層，可延長使用壽命。

3 故障實例分析

（1）故障現(xiàn)象一：主回路合閘瞬間放炮，頂閘到上級電站。故障分析處理：檢查打火燒黑的地方，檢查整流部分晶閘管夾具的絕緣膠木板，如圖2所示，是否有碳化的痕跡。更換碳化的絕緣膠木板，其他燒黑地方處理干凈，便于下次出現(xiàn)此類故障時判斷位置。

圖2 晶閘管夾具

（2）故障現(xiàn)象二：主回路合閘正常，中頻啟動瞬間放炮，檢查發(fā)現(xiàn)兩路熔斷器及對應的晶閘管燒毀，主控板燒毀。故障分析處理：檢查這兩路晶閘管安裝位置和門極接線是否對應。一定要注意晶閘管的安裝位置。

（3）故障現(xiàn)象三：設備能運行啟動，但是在某一段調(diào)節(jié)功率上升和下降時，設備有異響和顫動，電流表電壓表不停擺動。故障分析處理：此類故障通常發(fā)生在電位器上，這是由于功率給定的電位器某段電阻電阻變化不平滑，會造成中頻爐工作不穩(wěn)定，嚴重時甚至燒毀晶閘管。只要更換電位器即可。

（4）故障現(xiàn)象四：中頻重載可正常啟動，逆變電壓可加到300 V，持續(xù)30 s即跳閘，又自動重啟。故障分析處理：檢查發(fā)現(xiàn)中頻電壓與直流電壓的比值為1.2，可稍微往大調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)無法調(diào)大。更換主控板，重新調(diào)試后即可正常生產(chǎn)。

（5）故障現(xiàn)象五：中頻爐啟動時直流電流大，直流電壓低，中頻電壓升不起來。故障分析處理：檢查補償電容器是否短路。將電容一相一相甩開后重新啟動，立刻判斷短路電容。

（6）故障現(xiàn)象六：中頻啟動后，調(diào)功電位器旋鈕已旋到盡頭，但是電流表電壓表的指示值仍很小，出料溫度達不到工藝要求。故障分析處理：檢查整流部分晶閘管，沒有發(fā)現(xiàn)異常，用新的晶閘管逐一替代原晶閘管，發(fā)現(xiàn)故障元件為一整流晶閘管。

4 小結(jié)

造成設備故障的原因很簡單，逐一排查起來不容易。不同的故障原因也會造成相似的故障現(xiàn)象。如果不能深入了解中頻電源的基本原理，就不能透過現(xiàn)象看到產(chǎn)生故障的本質(zhì)原因。只有不斷探索和學習理論知識，不斷分析總結(jié)故障現(xiàn)象及故障特點，才能通過理論指導實踐，積累經(jīng)驗，提高維修速度和質(zhì)量。