淺談中頻感應加熱設備故障維修

[摘 要] 介紹了中頻感應加熱電源的結構和原理，以及經常遇到的一些故障原因及其排除方法。

[關 鍵 詞] 中頻感應加熱；結構；原理；故障；維修

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）15-0140-01

本次研究的中頻感應加熱電源采用的是空冷柔性感應電纜，應用范圍較廣，主要應用產品包括核電廠蒸汽發生器管板、筒體、封頭內壁堆焊預熱、維持溫度及后熱，以及其他各類產品堆焊預熱后熱等。故障率較高的主要原因是一些堆焊過程是在變位機上完成的，中頻感應加熱電源在變位機上隨工件翻轉使用，焊接后有打磨的鐵屑環境惡劣，隨著使用年限的增加，故障率逐年上升。經過幾年的維修及保養，對中頻感應加熱設備的原理及維修方法有一些自己的了解和總結。

一、結構及原理

（一）主電路

感應加熱電源主要由逆變器、變壓器、諧振電容和感應器組成。總體來說是一個交流—直流—交流的過程，如下圖。

通過整流橋將三相輸入電壓整流為直流，然后通過交流接觸器連接至逆變IGBT，通過IGBT全橋逆變為5～14KHz左右的中頻電流。中頻交流電壓輸出至變壓器，變壓器一端連接逆變器，另一端連接諧振電容和感應器。變壓器根據電流變換原理得到較大的輸出電流，增強渦流效應，諧振電容和感應器連接成LC串聯諧振回路，感應器直接用于加熱工件，同時又是諧振回路的電感，感應器的設計匹配直接影響電源的諧振頻率、加熱效率、阻抗匹配、加熱效果等。感應器采用軟電纜制作，自然冷卻，可直接纏繞于工件表面，也可通過框架、固定制作成固定形狀。

（二）控制電路

該中頻感應加熱電源采用DSP進行全數字式控制，核心控制策略為電抗分析法，在各種工況下能夠始終保證IGBT工作在ZCS開關狀態。硬件電路總體上采用了主控制板和驅動板兩種模塊。主控制板的主要功能是：

1.負責接收設定的控制指令和數據。

2.生成并向驅動板上的驅動芯片提供PWM信號。

3.接收并且處理系統的反饋信號（主要是驅動板送來的功率器件的過流信號、共振電壓欠壓信號、過熱故障信號等）。

驅動板的主要功能是：

1.收主控制板發送過來的驅動信號并將其放大處理送給逆變器的功率開關管。

2.檢測并向主控制板反饋經過預處理的故障信號。

二、常見故障分析

只有熟練掌握電路的基本工作原理和功率器件的基本特性，設備出現故障時才能準確地分析判斷故障原因進而采取有效的措施排除故障。在此列舉一些常見故障及其維修過程。

（一）故障現象：接通電源，設備不能正常啟動，接觸器不

吸合

接通電源時交流接觸器斷開，通過并聯電阻給逆變濾波電容組充電，充到一定電壓之后交流接觸器吸合。接觸器不吸合的原因有以下幾種情況：

1.一個或兩個IGBT逆變器可能短路或開路造成逆變橋三臂橋運行，導致接觸器兩端電壓不足以使接觸器吸合。解決辦法是其中一個IGBT損壞，更換壞的IGBT，可能需要同時更換IGBT驅動板。

2.濾波電容經長時間使用后故障，需更換。

3.主控制板故障。

4.整流電壓反饋回路異常，可能是整流橋損壞，也可能是輸入缺相，或者是反饋線松動。

（二）故障現象：設備能夠啟動，恒功率或恒電流模式下功率或電流達到一定程度后不能繼續上升，達不到額定值

原因及處理方法有以下幾種：

1.感應器纏繞方式不佳，如圈數太多時導致負載過大，設備會出現輸出飽和，表現為電流和功率都上不去。圈數太多會造成頻率偏小，諧振電壓升高，電壓升高到一定程度達到最大值后，設備將限制輸出電流大小，以防止過壓。但是頻率小，設備及電纜發熱減少。可以減少電纜纏繞圈數來增大頻率。功率和電流就能夠增大。

如圈數太少、頻率偏大，諧振電壓減小，電流能達到額定值，功率達不到額定值，此時設備及電纜發熱變大。可以增加圈數來減小頻率，可繞在工件上，也可空繞，但不能放置在金屬上，也不可靠近金屬。

2.主控制板故障，主控制板內部調功元件損壞，導致不能正常調節功率和電流。

3.控制面板上功率調節電位計損壞需更換。

（三）未啟動加熱即顯示輸出電流

1.當多臺中頻感應加熱電源共同加熱一個工件時，未啟動加熱就顯示輸出電流且值較大，按啟動加熱按鈕后報警“直流過壓硬件保護”，經檢查后發現感應器纏繞不合理，一根感應電纜工作時和另外一根產生感應電流，再啟動加熱時設備檢測出異常輸出即開始報警。這種情況提示我們感應器布置時，應考慮距離和纏繞方法，避免出現互相干擾的情況。

2.有時單臺使用感應加熱電源時也出現此現象，經檢查為主控制板DSP卡故障，更換后故障解除。

總之，中頻電源的故障現象是多種多樣的，這里就不一一列舉了，為了能盡快采用正確的方法排除中頻感應加熱設備的故障，就必須熟悉中頻電源常見故障的特點及原因，才能少走彎路，節省時間，保證生產的順利進行。

參考文獻：

[1]張玉英，王永宏，趙國相.中頻感應加熱裝置的結構及工作原理[J].石油礦場機械，2004，33（4）.

[2]吳彥維.基于DSP的感應加熱器中頻電流源的研究與設計[D].河北工業大學，2006.