可控硅中頻電源裝置是利用可控硅的開(kāi)關(guān)特性將50Hz工頻電流轉(zhuǎn)換成中頻電流的電源裝置，主要用于感應(yīng)熔煉、感應(yīng)加熱、感應(yīng)淬火等領(lǐng)域。主要分析了中頻電爐逆變晶閘管燒毀的故障及排除方法，可供設(shè)備維護(hù)管理人員參考。
1簡(jiǎn)介
晶閘管變頻裝置一般采用零電壓軟啟動(dòng)，成功率高，無(wú)沖擊，快速穩(wěn)定。中頻感應(yīng)爐具有熔煉效率高、操作方便、體積小、重量輕、啟動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在企業(yè)中逐漸取代工頻電爐。中頻電爐是電工電子和高壓應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)中頻電源出現(xiàn)故障時(shí)，故障具有隱蔽性，很難從電路中直觀地排除。因此，對(duì)中頻電路進(jìn)行故障排除，對(duì)維修電工的整體技能水平要求較高。
感應(yīng)爐的日常工作主要是基于變壓器互感的理論。次級(jí)繞組中感應(yīng)電勢(shì)的有效值與交變磁通量的頻率和大小有關(guān)。在這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)E2的作用下，電荷形成的閉合回路中會(huì)有渦流流動(dòng)。渦流的數(shù)值與感應(yīng)電勢(shì)E2成正比，與充電回路的阻抗成反比。當(dāng)電荷阻抗確定后，發(fā)熱與感應(yīng)電勢(shì)成正比。無(wú)芯感應(yīng)爐因?yàn)闆](méi)有磁性物體，所以磁力線必須被空氣封閉，但是空氣的磁阻很大，會(huì)降低有效磁通。為了獲得必要的感應(yīng)電勢(shì)，需要增加磁場(chǎng)線的切割速度， 這就需要增加通過(guò)感應(yīng)線圈的電流頻率來(lái)達(dá)到顯著加熱效果的目的。但實(shí)際情況中，電荷中感應(yīng)電流的流動(dòng)也會(huì)形成磁場(chǎng)，只是其方向與電感的磁場(chǎng)相反，兩個(gè)磁場(chǎng)疊加會(huì)削弱整體效果。隨著減弱的磁場(chǎng)繼續(xù)深入分布到電荷內(nèi)部，電流不斷產(chǎn)生，電流的退磁使電荷中感應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度從表面向中心急劇下降。電流頻率越高，這種現(xiàn)象越明顯，這就是所謂趨膚效應(yīng)的結(jié)果。
為了提高爐料的發(fā)熱量，如果無(wú)限提高頻率，首先是受供電裝置復(fù)雜程度的限制。更重要的是，由于上述的集膚效應(yīng)，隨著電流頻率的增加，渦流加熱只存在于爐料周?chē)谋韺?，爐料中心的熱量從表面?zhèn)鲗?dǎo)出去，所以加熱時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，電效率不再上升。電源頻率與電效率的關(guān)系可以描述為:在感應(yīng)爐爐料直徑固定、爐料物理性質(zhì)不變的情況下，電效率會(huì)隨著電流頻率的增加而顯著增加，但當(dāng)頻率繼續(xù)增加時(shí)， 隨著頻率的變化，電效率將不再接近飽和階段。因此，我們可以斷言，在爐料和感應(yīng)器材料的物理性質(zhì)相同的條件下，一定尺寸的感應(yīng)爐一定存在一個(gè)臨界頻率。正是因?yàn)橐陨显?，電爐廠家才會(huì)根據(jù)爐子的大小來(lái)選擇頻率。考慮電爐的電效率和熱效率，選擇合適的頻率。爐子容量小的時(shí)候頻率要高一些，容量大的時(shí)候要低一些，一般在200Hz - 8000Hz范圍內(nèi)。
2可控硅中頻電源的工作原理
在介紹中頻電爐逆變器晶閘管燒損的常見(jiàn)故障之前，我們先簡(jiǎn)單了解一下晶閘管中頻電源的基本工作原理:交流電流通過(guò)一個(gè)三相橋式整流電路，將50Hz工頻交流電流整流成DC，再通過(guò)濾波器(DC電抗器)濾波，DC由逆變器轉(zhuǎn)換成單相中頻交流電(200Hz~8000Hz)供給負(fù)載。所以這個(gè)中頻電源的工作原理其實(shí)就是:電網(wǎng)交流-整流DC-中頻交流。
我們以3噸中頻電爐為例來(lái)說(shuō)明中頻電源的工作原理:3噸中頻電爐的電源是公司電網(wǎng)經(jīng)過(guò)一個(gè)變壓器，570V工頻50Hz交流電輸送到電爐控制電源。570V交流電經(jīng)三相橋式整流后，整流成750V左右的直流電，經(jīng)電抗器濾波后，再通過(guò)逆變電路，由逆變晶閘管的兩個(gè)橋臂交替連接。獲得1000V中頻電源。經(jīng)補(bǔ)償電容倍壓后，向感應(yīng)線圈輸送2000V左右的中頻交流電源，利用磁軛集中和渦流原理熔化鐵水。
3中頻電爐逆變橋晶閘管燒損故障排除
逆變晶閘管燒損是中頻電爐常見(jiàn)而又棘手的故障。無(wú)論是過(guò)電壓還是過(guò)電流引起的晶閘管燒損，一般都需要用消除法來(lái)縮小故障范圍，消除故障。
另外，主要原因是電流和大電壓失控，導(dǎo)致高壓失控。中頻電爐原理當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，逆變器無(wú)法在高阻抗下運(yùn)行，元器件耐壓降低或冷卻效果不好，系統(tǒng)絕緣性能降低。中頻感應(yīng)電爐電壓升高，機(jī)器對(duì)地短路。檢查中頻電容器和熔爐。也可能造成干擾，逆變器觸發(fā)線高于主電路。另外大電流失控，中頻電壓背壓角太小，觸發(fā)電路是否接觸不良，要注意關(guān)斷時(shí)間的一致性。
下面總結(jié)一下，維修技術(shù)人員在檢修逆變晶閘管時(shí)，可以按照以下步驟，逐步排查，縮小故障范圍。
步驟:爐體
(1)感應(yīng)線圈絕緣層是否損壞。
(2)感應(yīng)線圈與磁軛之間的絕緣是否良好。
(3)水冷電纜是否鼓包，接頭是否松動(dòng)。
(4)爐體冷卻水管是否漏水或堵塞。
(5)接地保護(hù)是否完好。
注意:確認(rèn)所有檢測(cè)點(diǎn)完好后，切換爐體，送至功率測(cè)試爐。
第二步:更換爐子開(kāi)關(guān)
(1)將換爐開(kāi)關(guān)完全分開(kāi)，且無(wú)導(dǎo)體搭接。
(2)換爐開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)應(yīng)光滑并有效結(jié)合。
(3)換爐開(kāi)關(guān)的水冷管道暢通。
注意:斷電后，仔細(xì)檢查換爐機(jī)各部件。
第三步:排出銅
(1)分隔銅排的膠木是否碳化
(2)確保銅條之間沒(méi)有重疊。
(3)銅排接口處的水冷管道完好、暢通。
注意:在檢測(cè)點(diǎn)檢查所有項(xiàng)目，確保正常。
步驟4:補(bǔ)償電容器
(1)檢查補(bǔ)償電容器是否泄漏和膨脹。
(2)輕敲電容器外殼，聽(tīng)聲音，判斷電容器內(nèi)是否有空隙。
(3)電容器的水冷管是否有泄漏或堵塞。
(4)用能測(cè)量電容的萬(wàn)用表測(cè)量電容的通斷。
(5)放電電抗器接線完好
注意:按照檢查要點(diǎn)逐一檢查和修理。
第五步:濾波電抗。
(1)過(guò)濾反應(yīng)器水冷管必須完好。
(2)電抗器線圈內(nèi)的鐵芯沒(méi)有位移。
注意:按照檢查要點(diǎn)逐一檢查和修理。
第六步:翻轉(zhuǎn)橋梁。
(1)檢查晶閘管的安裝同心度和緊密度。
(2)檢查晶閘管阻容保護(hù)是否完好。
(3)檢查電壓互感器是否正常
注:可以準(zhǔn)備一套逆變橋，在地面組裝，在電源上更換。
步驟7:整流橋
(1)檢查晶閘管的安裝同心度和緊密度。
(2)檢查晶閘管阻容保護(hù)是否完好。
(3)檢查電流互感器是否正常。
注意:按照檢查要點(diǎn)逐一檢查和修理。
第八步:主板
(1)電爐完好時(shí)，給晶閘管一份主板各參數(shù)的復(fù)印件。電爐出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)參數(shù)是否一致，是否有漂移進(jìn)行調(diào)整。
(2)仔細(xì)檢查主板上的插頭是否斷開(kāi)和松動(dòng)。
注:更換主板備用。
但是現(xiàn)在制造的電子元件質(zhì)量已經(jīng)過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)，工藝好的話可靠性已經(jīng)很高了。逆變器可控硅是比較弱的部件。頻繁損壞的逆變器晶閘管也可以重點(diǎn)檢查。
逆變管阻容吸收電路重點(diǎn)檢查吸收電容是否開(kāi)路。這時(shí)要用能測(cè)電容的數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)檢測(cè)電容，只測(cè)其通斷是不夠的。如果逆變吸收電路壞了，很容易損壞逆變管。
1)檢查管道的電氣參數(shù)是否符合要求，杜絕使用不合格廠家流入的元器件。
2)逆變電路的水冷套等冷卻水通道是否堵塞的情況很少，但確實(shí)有，而且容易被忽視。
3)注意負(fù)載是否對(duì)地沖擊，會(huì)形成突如其來(lái)的高壓，導(dǎo)致逆變管擊穿。
4)工作角度過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)造成逆變管頻繁過(guò)流，從而損壞燈管，容易造成性損傷。
5)在不影響啟動(dòng)的情況下，適當(dāng)增加中頻逆變電源到爐體的中頻回路的接線電感，可以減輕逆變管di/dt過(guò)大造成的損壞。