中頻感應(yīng)加熱設(shè)備逆變控制與故障分析

閆華麗

摘 要 本文根據(jù)實踐經(jīng)驗，主要分析了現(xiàn)用中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的逆變控制方法，及如何解決在維修中遇到的難題，提高設(shè)備維修質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 中頻電源;感應(yīng)加熱;維修

概述

可控硅中頻電源裝置是一種利用可控硅把50Hz的工頻電流變換成某一種頻率的中頻電流的半導(dǎo)體變頻裝置。隨著電力半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，高耐壓，大電流的晶閘管不斷上臺階，關(guān)斷恢復(fù)時間達(dá)到幾微秒，而且成本逐漸降低，為中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的普及創(chuàng)造了條件。

1逆變器控制

由于中頻加熱或熔煉時負(fù)載的諧振參數(shù)是個時變參數(shù)，因此逆變器的控制系統(tǒng)必須能夠反映負(fù)載頻率變化，才能保證逆變成功，為此要采用自激的控制方式，觸發(fā)信號來自負(fù)載端，使觸發(fā)頻率跟隨負(fù)載頻率的變化，使控制系統(tǒng)始終保證。為保證上面公式成立，一般有定角和定時兩種方法。下面分析兩種方法的實際電路圖[1]。

（1）定角方法能保證恒定的功率因數(shù)，但在負(fù)載頻率升高時，對逆變晶閘管的關(guān)斷時間要求增高，否則因為晶閘管的關(guān)斷時間不夠而造成逆變失敗。中頻電流，中頻電壓合成的調(diào)頻方式，是將中頻電壓Um，中頻電流Ic，通過互感器從負(fù)載端取樣，并通過電阻R，電位器W合成，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器時，合成的正旋波的相位會前后移動，從而設(shè)定引前角的位置。利用二極管D的非線性，增大啟動時的電阻，保證足夠的引前角。比較器V1，V2使正旋波過零時，產(chǎn)生互差180度的逆變脈沖。

（2）另一種定時方法，是使關(guān)斷時間保持恒定，是一種充分發(fā)揮晶閘管潛力的一種方法，相對來說是一種更合理的方法，但是控制電路復(fù)雜些，而且對控制電路的穩(wěn)定性、可靠性要求更高。關(guān)斷時間調(diào)節(jié)器的反饋信號是通過互感器將晶閘管的工作波形取樣，經(jīng)過D1整流得到晶閘管的換相后到過零這段波形，在這個關(guān)斷期間，T1保持導(dǎo)通，T3也一直導(dǎo)通，電容器C1經(jīng)R1充電。關(guān)斷時間越長，R1、R2結(jié)合處的電壓越高。二極管D2在換相區(qū)起作用，C2、C3井R2和阻抗變換器充電到峰值電壓，經(jīng)電位器W1給到放大器V1。在關(guān)斷時間末期T3封鎖電壓隨之上升，使電流經(jīng)過R3、D2流到T4、T5，C1，C4通過T4、T5放電，在這時間內(nèi)T6封鎖，C2保持原充電電壓。關(guān)斷時間由電位器W2給定。V1輸出的電壓通過呀控振蕩器，來調(diào)節(jié)逆變器的觸發(fā)頻率，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這樣W2就可以確定晶閘管的關(guān)斷時間，保證晶閘管的可靠運行。同樣負(fù)載諧振頻率發(fā)生變化時，自動跟蹤W2的給定時間，使得設(shè)備觸發(fā)頻率自動跟蹤。

2中頻維修中的問題

（1）由于逆變器是負(fù)載逆變，負(fù)載匹配好壞關(guān)系到逆變器能否正常啟動和滿功率輸出。例如在給彈簧棒料加熱時，由于棒料較長，感應(yīng)器分為多節(jié)串聯(lián)，而且在給不同棒料加熱時，又要更換不同的感應(yīng)器，造成負(fù)載的諧振頻率發(fā)生較大的變化，不能與電源匹配，從而影響設(shè)備的啟動。為了能盡快排除負(fù)載接觸造成的設(shè)備不能啟動故障，可以用帶功率輸出的低頻頻率發(fā)生器，檢查負(fù)載的LC諧振頻率是否在中頻電源的工作范圍內(nèi)，當(dāng)指針表打到最大時，此時的頻率為槽路的諧振頻率。

（2）逆變器核心部分是由4只逆變晶閘管組成，逆變管價格往往很高，逆變管的損壞，直接關(guān)系到維修成本。為此當(dāng)出現(xiàn)逆變管損壞時，應(yīng)仔細(xì)檢查設(shè)備。

1）為了提高逆變晶閘管電流上升率的數(shù)值，一般進行強觸發(fā)，因此要檢查逆變脈沖的波形，為滿足強觸發(fā)要求，脈沖前沿要陡，不能大于2微妙，幅值大于8V，后沿大于4V，寬度大于10微妙，觸發(fā)電流大于300MA。檢查逆變晶閘管的控制極電阻是否在10-30歐姆范圍內(nèi)。

2）阻容吸收是為減小晶閘管載流子積蓄效應(yīng)造成的危害。逆變晶閘管換相時，正向電流下降到電流過零以后，由于晶閘管內(nèi)部積蓄著大量載流子，在外界反電壓的作用下形成反向電流，也叫恢復(fù)電流，隨著反向電壓的建立，恢復(fù)電流迅速衰減下來，其di/dt值可高達(dá)上千安培，會在線路上的電感上產(chǎn)生極高的電壓，雖然過電壓時間極短，但幅值卻很大，極易使晶閘管反向擊穿。因此應(yīng)檢查逆變晶閘管的阻容吸收元件是否正常。由于阻容參數(shù)理論計算復(fù)雜，而且計算的數(shù)值實用性差;我們通過計算機仿真得到，電阻用5歐姆的無感的電阻，電容一般當(dāng)中頻1KHz時，C取4uF、2.5%Hz時，C取3uF、8Hz時，C取1.5uF。并用示波器檢查逆變晶閘管的反壓的吸收效果。

3）逆變晶閘管的冷卻水是否通暢。其回水溫度應(yīng)小于35度，當(dāng)冷卻水在50度時，管路就會產(chǎn)生軟垢，當(dāng)冷卻水大于70度時，管路就會產(chǎn)生硬垢，并產(chǎn)生惡性循環(huán)，惡化逆變晶閘管的散熱條件。應(yīng)在冷卻水回路多增加流量檢測，并進行報警，可大幅減少次類故障。

4）當(dāng)逆變顛覆時，短路峰值電流與平波電抗值、短路時刻有關(guān)，最壞情況是短路發(fā)生在α=0換相時刻。計算公式如下：

檢查過流、過壓保護回路否是起作用。應(yīng)定期（3個月）檢查。主回路是否有短路、虛接打火等現(xiàn)象。

5）對逆變晶閘管的質(zhì)量、型號，要嚴(yán)格把關(guān)，對逆變晶閘管的通態(tài)平均電流選擇，應(yīng)注意考慮逆變晶閘管在較高頻率下工作時的開關(guān)損耗，多留余量，可減少故障率。

3結(jié)束語

本文就中頻感應(yīng)加熱設(shè)備進行了逆變控制以及故障的分析，為在中頻維護方面提供了幫助。

4實驗驗證

通過實踐并按照上述的方法進行分析，指導(dǎo)了維修，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了維修工時，減少了故障率，保證生產(chǎn)正常進行。

參考文獻

[1] 黃俊.半導(dǎo)體變流技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990：73.