中頻爐研究

摘 要:對中頻爐的概念、組成、特點、原理、維修方法等進行了詳細的分析闡述。

關鍵詞:中頻爐;概念;組成;特點;原理;維修方法

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)19-0367-02

1 中頻爐的概念

中頻爐是一種將工頻50HZ交流電轉變為中頻(300HZ以上至20K HZ)的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。這種渦流同樣具有中頻電流的一些性質，即，金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動要產生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放在有交變中頻電流的感應圈里，金屬圓柱體沒有與感應線圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是圓柱體表面被加熱到發紅，甚至熔化，而且這種發紅和熔化的速度只要調節頻率大小和電流的強弱就能實現。如果圓柱體放在線圈中心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱和熔化也沒有產生有害氣體、強光污染環境。中頻電爐廣泛用于有色金屬的熔煉(主要用在熔煉鋼、合金鋼、特種鋼、鑄鐵等黑色金屬材料以及不銹鋼、鋅等有色金屬材料的熔煉，也可用于銅、鋁等有色金屬的熔煉和升溫，保溫，并能和高爐進行雙聯運行。)、鍛造加熱(用于棒料、圓鋼，方鋼，鋼板的透熱，補溫，蘭淬下料在線加熱，局部加熱，金屬材料在線鍛造(如齒輪、半軸連桿、軸承等精鍛)、擠壓、熱軋、剪切前的加熱、噴涂加熱、熱裝配以及金屬材料整體的調質、退火、回火等)。

2 中頻爐的組成

(1)中頻電爐爐殼、面板、磁軛(硅鋼柱)、鋼殼爐蓋;

(2)感應圈、線圈膠泥、水冷電纜、電纜頭、高壓橡膠管;

(3)耐火磚(爐嘴、上、下圍磚)、耐高溫澆注制式塊;

(4)膠木柱、云母板(管、套、墊);

(5)高分子石棉板、石棉夾磚;

(6)絕絕夾板(座、圈、套管、壓腳、頂塊);

(7)不銹鋼羅桿(羅母、墊片、頂桿、緊箍);

(8)石棉布、石棉橡膠板、陶瓷纖維布及各種盤根。

3 中頻爐系列熔煉爐特點

(1)熔化效率高節電效果好，結構緊湊、過載能力強;

(2)爐子周圍溫度低、煙塵少、作業環境好;

(3)操作工藝簡單、熔煉運行可靠;

(4)金屬成分均勻;

(5)熔化升溫快、爐溫容易控制、生產效率高;

(6)爐子利用率高、更換品種方便;

(7)長弧形磁軛屏蔽漏磁和減少外部磁阻、有屏蔽線圈兩端的漏磁、磁軛截面是弧形的內側于外壁無縫緊貼增加了有效的導磁率面積、使下圈獲得了更好的支撐。獨特的正反旋線圈極大的提高了系統的效率。

4 中頻電爐的工作原理

利用中頻電源建立中頻磁場，使鐵磁材料內部產生感應渦流并發熱，達到加熱材料的目的。中頻爐采用200-2500Hz中頻電源進行感應加熱，熔煉保溫，主要用于熔煉碳鋼，合金鋼，特種鋼，也可用于銅，鋁等有色金屬的熔煉和提溫.設備體積小，重量輕，效率高，耗電少，熔化升溫快，爐溫易控制，生產效率高。

5 如何對中頻爐進行維修

5.1 在斷電的情況下對整個系統作全面檢查，它包括以下幾個方面

(1)電源:用萬用表測一下主電路開關(接觸器)和控制保險絲后面是否有電，這將排除這些元件斷路的可能性。

(2)整流器:整流器采用三相全控橋式整流電路，它包括六個快速熔斷器、六個晶閘管、六個脈沖變壓器和一個續流二極管。在快速熔斷器上有一個紅色的指示器，正常時指示器縮在外殼里邊，當快熔燒斷后它將彈出，有些快熔的指示器較緊，當快熔燒斷后，它會卡在里面，所以為可靠起見，可以用萬用表通斷檔測一下快熔，以判斷它是否燒斷。

測量晶閘管的簡單方法是用萬用表電阻擋(200Ω擋)測一下其陰極—陽極、門極—陰極電阻，測量時晶閘管不用取下來。正常情況下，陽極—陰極間電阻應為無窮大，門極—陰極電阻應在10-50Ω之間，過大或過小都表明這只晶閘管門極失效，它將不能被觸發導通。

脈沖變壓器次邊接在晶閘管上，原邊接在主控板上，用萬用表測量原邊電阻約為50Ω。續流二極管一般不容易出現故障，檢查時用萬用表二極管擋測其二端，正向時萬用表顯示結壓降約有500mV，反向不通。

(3)逆變器:逆變器包括四只快速晶閘管和四只脈沖變壓器，可以按上述方法檢查。

(4)變壓器:每個變壓器的每個繞組都應該是通的，一般原邊阻值約有幾十歐姆，次極幾歐姆。應該注意:中頻電壓互感器的原邊與負載并聯，所以其電阻值為零。

(5)電容器:與負載并聯的電熱電容器可能被擊穿，電容器一般分組安裝在電容器架上，檢查時應先確定被擊穿電容器所在的組。斷開每組電容器的匯流母排與主匯流排之間的連接點，測量每組電容器兩個匯流排間的電阻，正常時應為無窮大。確認壞的組后，再斷開每臺電熱電容器引至匯流排的軟銅皮，逐臺檢查即可找到擊穿的電容器。每臺電熱電容器由四個芯子組成，外殼為一極，另一極分別通過四個絕緣子引到端蓋上，一般只會有一個芯子被擊穿，跳開這個絕緣子上的引線，這臺電容器可以繼續使用，其容量是原來的3/4。電容器的另一個故障是漏油，一般不影響使用，但要注意防火。

(6)水冷電纜:水冷電纜的作用是連接中頻電源和感應線圈，它是用每根直徑Φ0.6-Ф0.8紫銅線絞合而成。對于500公斤電爐，電纜截面積為480平方毫米，對于250公斤電爐，電纜截面積采用300至400平方毫米。水冷電纜外膠管采用耐壓5公斤的壓力橡膠管，里面通以冷卻水，它是負載回路的一部分，工作時受到拉力和扭力，與爐體一起傾動而發生曲折，因此時間長后容易在柔性連接處斷裂開。水冷電纜斷裂過程，一般是先斷掉大部分后，在大功率運行時把未斷小部分很快燒斷，這時中頻電源就會產生很高的過電壓，如果過電壓保護不可靠，就會燒壞晶閘管。水冷電纜斷開后，中頻電源無法啟動工作。如不檢查出原因而反復啟動，就很可能燒壞中頻電壓互感器。檢查故障時可用示波器，把示波器探頭夾在負載兩端，觀察按啟動按鈕時有無衰減波形。確定電纜斷芯時先把水冷電纜與電熱電容器輸出銅排脫開，用萬用表電阻擋(200Ω擋)測量電纜的電阻值，正常時電阻值為零，斷開時為無窮大。用萬用表測量時，應把爐體翻到傾倒位置，使水冷電纜掉起，這樣使斷處徹底脫離，才能正確判斷是否斷芯。

5.2 在接通控制電源后，可以作下面幾個方面的檢查

(1)將示波器探頭接在整流晶閘管的門極和陰極上，示波器置于電源同步，按下啟動按鈕后即可看到觸發脈沖波形，應為雙脈沖，幅度應大于2V。按一下停止按鈕，脈沖將立即消失。重復六次，將每個晶閘管都看一下，如果門極沒有脈沖，可以將示波器的探頭移到脈沖變壓器的原邊看一下，如果原邊有脈沖而次邊沒有，說明脈沖變壓器損壞，否則問題可能出在傳輸線或主控板上。

(2)將示波器探頭接在逆變晶閘管的門極和陰極上，示波器置于內同步，接通控制電源后可以看到逆變觸發脈沖，它是一串尖脈沖，幅度應大于2V，通過示波器的時標讀出脈沖周期，算出觸發脈沖頻率，正常時應比電源柜的標稱頻率高約20%，這個頻率稱為啟動頻率。按下啟動按鈕后，脈沖的間距加大，頻率變低，正常時應比電源柜的標稱頻率低約40%，按一下停止按鈕，脈沖頻率立即跳回啟動頻率。通過上列檢查，基本上能排除完全不能啟動的故障。

啟動以后工作不正常，一般表現在下列幾個方面:

(1)整流器缺相:故障表現為工作時聲音不正常，最大輸出電壓升不到額定值，且電源柜怪叫聲變大，這時可以調低輸出電壓在200V左右，用示波器觀察整流器的輸出電壓波形(示波器應置于電源同步)，正常時輸入電壓波形每周期有六個波形，缺相時會缺少二個。這一故障一般是由于整流器某只晶閘管沒有觸發脈沖或觸發不導通引起的，這時應先用示波器看一下六個整流晶閘管的門極脈沖，如果有的話，關機后用萬用表200Ω檔測量一下各個門極電阻，將不通或者門極電阻特別大的那只晶閘管換掉即可。

(2)逆變器三橋臂工作:故障表現為輸出電流特別大，空爐時也一樣，且電源柜工作時聲音很沉重，啟動后把功率旋鈕調到最小位置，會發現中頻輸出電壓比正常時高。用示波器依次觀察四個逆變晶閘管的陽極—陰極之間的電壓波形，。如果三橋臂工作，可以看到逆變器中有相鄰的二只晶閘管的波形正常，另外相鄰的二只有一只沒有波形，另一只為正弦波，KK2觸發不通，其陽極—陰極之間的波形就是正弦波;同時KK2不導通會導致KK1無法關斷，所以KK1二端就沒有波形。

(3)感應線圈故障:感應線圈是中頻電源的負載，它采用壁厚3至5毫米的方形紫銅管制成。它的常見故障有以下幾種:首先感應線圈漏水，這可能引起線圈匝間打火，必須及時補焊才能運行。其次鋼水粘在感應線圈上，鋼渣發熱、發紅，會引起銅管燒穿，必須及時清除干凈。最后感應線圈匝間短路，這類故障在小型中頻感應加熱爐上特別容易發生，因為爐子小，在工作時受熱應力作用而變形，導致匝間短路，故障表現為電流較大，工作頻率比平常時高。