中频炉研究

时间:2022-05-12 07:27:54

中频炉研究

摘 要:对中频炉的概念、组成、特点、原理、维修方法等进行了详细的分析阐述。

关键词:中频炉;概念;组成;特点;原理;维修方法

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)19-0367-02

1 中频炉的概念

中频炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频(300HZ以上至20K HZ)的电源装置,把三相工频交流电,整流后变成直流电,再把直流电变为可调节的中频电流,供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流,在感应圈中产生高密度的磁力线,并切割感应圈里盛放的金属材料,在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有中频电流的一些性质,即,金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。例如,把一根金属圆柱体放在有交变中频电流的感应圈里,金属圆柱体没有与感应线圈直接接触,通电线圈本身温度已很低,可是圆柱体表面被加热到发红,甚至熔化,而且这种发红和熔化的速度只要调节频率大小和电流的强弱就能实现。如果圆柱体放在线圈中心,那么圆柱体周边的温度是一样的,圆柱体加热和熔化也没有产生有害气体、强光污染环境。中频电炉广泛用于有色金属的熔炼(主要用在熔炼钢、合金钢、特种钢、铸铁等黑色金属材料以及不锈钢、锌等有色金属材料的熔炼,也可用于铜、铝等有色金属的熔炼和升温,保温,并能和高炉进行双联运行。)、锻造加热(用于棒料、圆钢,方钢,钢板的透热,补温,兰淬下料在线加热,局部加热,金属材料在线锻造(如齿轮、半轴连杆、轴承等精锻)、挤压、热轧、剪切前的加热、喷涂加热、热装配以及金属材料整体的调质、退火、回火等)。

2 中频炉的组成

(1)中频电炉炉壳、面板、磁轭(硅钢柱)、钢壳炉盖;

(2)感应圈、线圈胶泥、水冷电缆、电缆头、高压橡胶管;

(3)耐火砖(炉嘴、上、下围砖)、耐高温浇注制式块;

(4)胶木柱、云母板(管、套、垫);

(5)高分子石棉板、石棉夹砖;

(6)绝绝夹板(座、圈、套管、压脚、顶块);

(7)不锈钢罗杆(罗母、垫片、顶杆、紧箍);

(8)石棉布、石棉橡胶板、陶瓷纤维布及各种盘根。

3 中频炉系列熔炼炉特点

(1)熔化效率高节电效果好,结构紧凑、过载能力强;

(2)炉子周围温度低、烟尘少、作业环境好;

(3)操作工艺简单、熔炼运行可靠;

(4)金属成分均匀;

(5)熔化升温快、炉温容易控制、生产效率高;

(6)炉子利用率高、更换品种方便;

(7)长弧形磁轭屏蔽漏磁和减少外部磁阻、有屏蔽线圈两端的漏磁、磁轭截面是弧形的内侧于外壁无缝紧贴增加了有效的导磁率面积、使下圈获得了更好的支撑。独特的正反旋线圈极大的提高了系统的效率。

4 中频电炉的工作原理

利用中频电源建立中频磁场,使铁磁材料内部产生感应涡流并发热,达到加热材料的目的。中频炉采用200-2500Hz中频电源进行感应加热,熔炼保温,主要用于熔炼碳钢,合金钢,特种钢,也可用于铜,铝等有色金属的熔炼和提温.设备体积小,重量轻,效率高,耗电少,熔化升温快,炉温易控制,生产效率高。

5 如何对中频炉进行维修

5.1 在断电的情况下对整个系统作全面检查,它包括以下几个方面

(1)电源:用万用表测一下主电路开关(接触器)和控制保险丝后面是否有电,这将排除这些元件断路的可能性。

(2)整流器:整流器采用三相全控桥式整流电路,它包括六个快速熔断器、六个晶闸管、六个脉冲变压器和一个续流二极管。在快速熔断器上有一个红色的指示器,正常时指示器缩在外壳里边,当快熔烧断后它将弹出,有些快熔的指示器较紧,当快熔烧断后,它会卡在里面,所以为可靠起见,可以用万用表通断档测一下快熔,以判断它是否烧断。

测量晶闸管的简单方法是用万用表电阻挡(200Ω挡)测一下其阴极―阳极、门极―阴极电阻,测量时晶闸管不用取下来。正常情况下,阳极―阴极间电阻应为无穷大,门极―阴极电阻应在10-50Ω之间,过大或过小都表明这只晶闸管门极失效,它将不能被触发导通。

脉冲变压器次边接在晶闸管上,原边接在主控板上,用万用表测量原边电阻约为50Ω。续流二极管一般不容易出现故障,检查时用万用表二极管挡测其二端,正向时万用表显示结压降约有500mV,反向不通。

(3)逆变器:逆变器包括四只快速晶闸管和四只脉冲变压器,可以按上述方法检查。

(4)变压器:每个变压器的每个绕组都应该是通的,一般原边阻值约有几十欧姆,次极几欧姆。应该注意:中频电压互感器的原边与负载并联,所以其电阻值为零。

(5)电容器:与负载并联的电热电容器可能被击穿,电容器一般分组安装在电容器架上,检查时应先确定被击穿电容器所在的组。断开每组电容器的汇流母排与主汇流排之间的连接点,测量每组电容器两个汇流排间的电阻,正常时应为无穷大。确认坏的组后,再断开每台电热电容器引至汇流排的软铜皮,逐台检查即可找到击穿的电容器。每台电热电容器由四个芯子组成,外壳为一极,另一极分别通过四个绝缘子引到端盖上,一般只会有一个芯子被击穿,跳开这个绝缘子上的引线,这台电容器可以继续使用,其容量是原来的3/4。电容器的另一个故障是漏油,一般不影响使用,但要注意防火。

(6)水冷电缆:水冷电缆的作用是连接中频电源和感应线圈,它是用每根直径Φ0.6-Ф0.8紫铜线绞合而成。对于500公斤电炉,电缆截面积为480平方毫米,对于250公斤电炉,电缆截面积采用300至400平方毫米。水冷电缆外胶管采用耐压5公斤的压力橡胶管,里面通以冷却水,它是负载回路的一部分,工作时受到拉力和扭力,与炉体一起倾动而发生曲折,因此时间长后容易在柔性连接处断裂开。水冷电缆断裂过程,一般是先断掉大部分后,在大功率运行时把未断小部分很快烧断,这时中频电源就会产生很高的过电压,如果过电压保护不可靠,就会烧坏晶闸管。水冷电缆断开后,中频电源无法启动工作。如不检查出原因而反复启动,就很可能烧坏中频电压互感器。检查故障时可用示波器,把示波器探头夹在负载两端,观察按启动按钮时有无衰减波形。确定电缆断芯时先把水冷电缆与电热电容器输出铜排脱开,用万用表电阻挡(200Ω挡)测量电缆的电阻值,正常时电阻值为零,断开时为无穷大。用万用表测量时,应把炉体翻到倾倒位置,使水冷电缆掉起,这样使断处彻底脱离,才能正确判断是否断芯。

5.2 在接通控制电源后,可以作下面几个方面的检查

(1)将示波器探头接在整流晶闸管的门极和阴极上,示波器置于电源同步,按下启动按钮后即可看到触发脉冲波形,应为双脉冲,幅度应大于2V。按一下停止按钮,脉冲将立即消失。重复六次,将每个晶闸管都看一下,如果门极没有脉冲,可以将示波器的探头移到脉冲变压器的原边看一下,如果原边有脉冲而次边没有,说明脉冲变压器损坏,否则问题可能出在传输线或主控板上。

(2)将示波器探头接在逆变晶闸管的门极和阴极上,示波器置于内同步,接通控制电源后可以看到逆变触发脉冲,它是一串尖脉冲,幅度应大于2V,通过示波器的时标读出脉冲周期,算出触发脉冲频率,正常时应比电源柜的标称频率高约20%,这个频率称为启动频率。按下启动按钮后,脉冲的间距加大,频率变低,正常时应比电源柜的标称频率低约40%,按一下停止按钮,脉冲频率立即跳回启动频率。通过上列检查,基本上能排除完全不能启动的故障。

启动以后工作不正常,一般表现在下列几个方面:

(1)整流器缺相:故障表现为工作时声音不正常,最大输出电压升不到额定值,且电源柜怪叫声变大,这时可以调低输出电压在200V左右,用示波器观察整流器的输出电压波形(示波器应置于电源同步),正常时输入电压波形每周期有六个波形,缺相时会缺少二个。这一故障一般是由于整流器某只晶闸管没有触发脉冲或触发不导通引起的,这时应先用示波器看一下六个整流晶闸管的门极脉冲,如果有的话,关机后用万用表200Ω档测量一下各个门极电阻,将不通或者门极电阻特别大的那只晶闸管换掉即可。

(2)逆变器三桥臂工作:故障表现为输出电流特别大,空炉时也一样,且电源柜工作时声音很沉重,启动后把功率旋钮调到最小位置,会发现中频输出电压比正常时高。用示波器依次观察四个逆变晶闸管的阳极―阴极之间的电压波形,。如果三桥臂工作,可以看到逆变器中有相邻的二只晶闸管的波形正常,另外相邻的二只有一只没有波形,另一只为正弦波,KK2触发不通,其阳极―阴极之间的波形就是正弦波;同时KK2不导通会导致KK1无法关断,所以KK1二端就没有波形。

(3)感应线圈故障:感应线圈是中频电源的负载,它采用壁厚3至5毫米的方形紫铜管制成。它的常见故障有以下几种:首先感应线圈漏水,这可能引起线圈匝间打火,必须及时补焊才能运行。其次钢水粘在感应线圈上,钢渣发热、发红,会引起铜管烧穿,必须及时清除干净。最后感应线圈匝间短路,这类故障在小型中频感应加热炉上特别容易发生,因为炉子小,在工作时受热应力作用而变形,导致匝间短路,故障表现为电流较大,工作频率比平常时高。

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