中频感应加热电源常见故障与维修浅谈

1、中频感应加热电源常见故障与维修浅谈 -刘峰 荀海东 刘志兴 吴树榜摘要：本文从我公司GW2T-100-500H2型2T中频熔炼炉KGPS数字化中频电源使用中感应电源常见故障入手，通过一些具体的生产实践，在加快维修时间和提高维修质量上，深挖潜力，不断学习创新，自我总结，发挥技能，做到快速处理故障，以保证生产正常进行。关键词：中频电源 故障现象 实例分析 诊断技巧 处理方法 The intermediate frequency induction heating power source commonbreakdown with services discussed shallowlyLiu Fe

2、ng Xun Haidong Liu Zhixing Wu Shubang（Qinghai Qiaotou aluminum electricity Limited company,Qinghai Datong,810100）Abstract: This article digitization intermediate frequency power source use induces the power source common breakdown from Our company GW2T-100-500H2 2T in the intermediate frequency smel

3、ting furnace KGPS to obtain, through some concrete production practice, in speeds up the maintenance time and in the enhancement service quality, deep cuts the potential, studies the innovation unceasingly, the self-summary, the display skill, achieves the fast processing damage, guaranteed that the

4、 production carries on normally.Key word: Intermediate frequency power source, Breakdown phenomenon，Example analysis，Diagnosis skill，Processing method1 前言中频电源广泛应用于熔炼、透热、淬火、焊接等领域，不同的应用领域对中频电源有着不同的要求，因此，中频电源的控制电路和主电路就有不同的结构形式。熟练掌握这些电路的基本工作原理和功率器件的基本特性是开展好工作的必备前提，只有在此基础上，才能准确迅速地分析判断故障原因，并采取有效的措施排除故障。在这

5、里仅对典型电路和常见故障进行一下探讨。2 典型电路和常见故障2.1 故障现象一及处理方法：设备无法启动，启动时只有直流电流表有指示，直流电压、中频电压表均无指示，2.1.1逆变触发脉冲现象，用示波器检查逆变脉冲（在可控硅AK上检查），如有缺脉冲现象，检查连线是否接触不好或开路，前级是否有脉冲输出。2.1.2逆变可控硅击穿，更换可控硅。2.1.3电容器击穿，拆除损坏的电容器极柱。2.1.4负载有短路，接地现象，排除短路点和接地点。2.1.5中频信号取样回路有开路或短路现象，用示波器观察各信号取样点的波形，查找开路点或短路点。2.2.故障现象二及处理方法：重载冷炉起动时各电参数和声音都正常但功率升

6、不上去过流保护。分析处理： 2.2.1 逆变换流角太小用示波器观看逆变晶闸管的换流角，把换流角调到合适值； 2.2.2 炉体绝缘阻值低或短路，用兆欧表检测炉体阻值排除炉体的短路点； 2.2.3 炉料钢铁相对感应线圈阻值低，用兆欧表检测炉料相对感应圈的阻值；若阻值低重新筑炉。2.2.4换炉开关有接地现象或开关触头有接触不良现象，更换换炉开关或触头。2.3故障现象三及处理方法：启动困难，启动后直流电压最高只能升到1400v，且电抗器震动大，声音沉闷。2.3.1整流可控硅开路、击穿、软击穿或电参数性能下降，用示波器观察各整流可控硅的管压降波形，查找损坏的可控硅后更换。2.3.2缺少一组整流触发脉冲，

7、用示波器分别检查各路触发脉冲，检查出没有脉冲的回路时，用倒推法确定故障位置，更换其损坏器件。2.4故障现象四及处理方法：频繁烧坏可控硅元件，更换新可控硅后，又被烧坏。故障分析及处理：这是一种在维修工作中比较困难的故障现象。如果操作不当，可控硅容易被烧坏，可控硅的价格比较昂贵，所以在维修这类故障时要格外小心谨慎。有以下原因：2.4.1可控硅在反相关断时，承受反相电压的瞬时毛刺电压过高在中频电源的主电路中，瞬时反相毛刺电压是靠阻容吸收电路来吸收的。如果吸收电路中电阻、电容开路均会使瞬时反相毛刺电压过高烧坏可控硅。在断电的情况下用万用表测量吸收电阻阻值、吸收电容容量，判断是否阻容吸收回路出现故障。如

8、图1所示。图1 逆变可控硅两端电压波形图2.4.2负载对地绝缘降低负载回路的绝缘降低，引起负载对地间打火，干扰了脉冲的触发时间或在可控硅两端形成高压，烧坏可控硅元件。2.4.3脉冲触发回路故障在设备运行时如果突然丢失触发脉冲，将造成逆变开路，中频电源输出端产生高压，烧坏可控硅元件。这种故障一般是逆变脉冲形成、输出电路故障，可用示波器进行检查，也可能是逆变脉冲引线接触不良，可用手摇晃导线接头，找出故障位置。2.4.4设备在运行时负载开路当设备在大功率运行时，如果突然负载处于开路状态，将在输出端形成高压烧坏可控硅。2.4.5设备在运行时负载短路当设备在大功率运行时，如果负载突然处于短路状态，将对可

9、控硅有一个很大的短路电流冲击，若过电流保护来不及保护，将烧坏可控硅元件。2.4.6保护系统故障（保护失灵）可控硅能否安全，主要是靠保护系统来保证的，如果保护系统出现故障，设备如果稍微有一点工作不正常，将危及到可控硅安全。所以，当可控硅烧坏时对保护系统的检查时必不可少的。2.4.7可控硅冷却系统故障可控硅在工作时发热量较大，需要对其冷却才能保证正常工作，一般可控硅的冷却有两种方式：一种是水冷，另一种是风冷。水冷的应用较为广泛，风冷一般只用于100KW以下的电源设备。通常采用水冷方式的中拼设备均有水压保护电路，但基本都是总进水的保护，若某一路出现水堵是无法保护的，这就要求中频炉使用人员在使用时经常

10、巡视各用电设备的温度情况。2.4.8电抗器故障电抗器内部打火会造成逆变侧的电源断续，也会在逆变输入侧产生高压烧坏可控硅。另外，如果在维修中更换了电抗器，而电抗器的电感量、铁心面积小于要求值，会使电抗器在大电流工作时，因磁饱和失去限流作用烧坏可控硅。2.5 故障现象五及处理方法：设备启动时无任何反应，经观察，控制线路板上的缺相指示灯亮。故障分析及处理：这种故障现象较为明显，是由以下原因引起的：2.5.1快速熔断器烧断一般快速熔断器都有熔断指示，可通过观察其指示来判断熔断器是否烧断，但有时因快速熔断器使用时间过旧或质量原因，不指示或指示不明确，须断电后用万用表测量。处理方法是：更换快速熔断器，分析

11、烧断原因。一般快速熔断器烧断原因有两种：一是设备在长时间大功率、大电流的条件下运行造成快速熔断器发热，使熔芯熔断。二是整流控制故障造成瞬时大电流冲击。应对整流电路进行检查。三是整流负载或中频负载短路，造成瞬时大电流冲击，烧坏快速熔断器，检查其负载回路。2.5.2主令开关的触头烧坏或前级供电系统有缺相故障用万用表的交流档来测量每一级的线电压，来判断故障位置。2.6、故障现象六及处理方法：设备运行正常，但停机后启动无任何反应，也无任何保护指示。故障分析及处理：这类故障有两种可能：2.6.1中频启动开关烧坏 中频启动开关在中频停止位置时处于接地状态（接在开关的闭点），如果开关损坏，则无法打开接地状态

12、，设备出于保护状态，故启动无反应。处理方法 ：更换中频启动开关。 2.6.2保护电路故障保护电路控制板在运行过程中发热就会导致这一故障。处理方法：给保护电路控制板散热或加散热器。2.6.3给定电路中，给定电路信号中断在给定电路中，信号给定过程中某处开路，致使对整流脉冲进行移相，也会造成此故障现象。处理方法：采用倒推法对给定电路进行检查。3 实例分析3.1 故障现象 我公司中频感应加热装置是2005年西安海得信电气有限公司引进的，在设备投用2年后出现在加热熔化磷铁时，出现功率不能提升到设定值附近现象，系统过电流跳闸，屡次烧逆变侧晶闸管，严重影响生产的正常运行。3.2系统介绍 主回路包括整流变压器

13、、整流器、直流电抗器、逆变器、电容器与感应加热线圈组成的并联负载谐振回路，见图2。整流变压器750kVA，10kV/575V;采用晶闸管三相全控整流;电抗器具有平滑作用，滤去高次谐波;逆变器由单相全控桥组成，输出功率1000kW，输出电压780V，电流1200A最大频率 1000Hz。图2 主回路电路图控制系统除逆变末级触发电路板以外，其余均做成一块印刷电路板结构，从功能上分为整流触发部分，调节器部分，逆变部分，启动验算部分。控制系统检测中频电压、电容器支路电流，通过启动验算部分计算与比较，来控制逆变晶闸管的触发，保证反压时间t大于晶闸管关断时间tq。电压给定电压反馈电压给定电压反馈中频电压反

14、馈交流进线电流反馈VCCCI/O中频电压反馈电容电流反馈中频电压与电容电流通过换区进行叠加控制逆变超前角I/OI/O未命名11.GIF (15.34 KB)2007-6-11 08:10 PM图3 中频控制系统简图3.3故障处理通过对系统进行调查，可知在加热磷铁时，中频电压开始大约为250V时，输入电流冲击大，随着加热的进行，输入电流基本徘徊在600A左右。随着给定功率的增加(即给定电压的增加)，输入电流增大，但输入电流不会随着加热的进行而逐步减少，磷铁加热缓慢。为什么在加热初期电流冲击大？为什么随着加热装置的运行，输入电流没有逐步减少？为什么随着给定功率的增加，加热效果不明显，而系统频繁报警

15、过电流？3.3.1 针对逆变回路频繁烧晶闸管，初步怀疑主回路晶闸管不良或主回路存在接地或短路现象，导致交流输入电流大，输出功率上不去。通过对中频主回路以及线圈的绝缘进行检查，没有发现异常;对晶闸管进行检查，发现晶闸管的电参数有劣化趋势。我们对逆变侧晶闸管全部进行了更换，以彻底排除主回路的异常;但再次运行中频时，现象依旧。3.3.2 对负载进行检查，在中频感应加热装置中，如果负载不匹配，如电容与感应线圈不匹配，也会出现输入电流大，输出功率小的现象。我们对感应线圈的感抗进行测试，没有发现异常，对并联电容进行简单检查，也没有发现异常;然后逐步切电容或投电容，启动中频装置，即进行负载阻抗的匹配试验，故

16、障现象依旧，说明负载阻抗匹配不存在问题。3.3.3在排除主回路异常后，我们对控制系统进行检查与测试。发现中频装置工作时，当中频电压开始大约为250V时，输入电流冲击大，随后稳定在600A左右，反馈电压为4.5V。系统标准设置为1000A/10V，我们调节电流反馈系数，使输入电流为600A时，电流反馈为6V。再次运行中频时，冲击电流明显下降，但功率依然上不去，加热效果差。3.3.4 测试中频电压与电流波形如图4所示，中频频率大约1.7kHz，周期T为589s，电流超前电压达70s，通过计算功率因数角大约为:70/589360=43。这说明超前角太大。!异常的公式结尾未命名333.GIF (9.5

17、5 KB)2007-6-11 08:10 PM图4 处理前中频电压、电流波形为此，我们调整了超前角的大小，减小超前时间到40s，如图5所示。再次启动系统时，中频电压开始大约为250V时，输入电流开始为600A左右，随着加热的进行，输入电流逐步减小到350A左右。当给定功率的增加时(即给定电压的增加)，中频输出功率成比例上升;输入电流开始也增加，但随着加热的进行逐步减少;熔化效果良好，系统恢复正常工作。 未命名4444.GIF (10.35 KB)2007-6-11 08:10 PM图5 处理后的中频电压、电流波形4 诊断巧技 为了缩短维修时间，提高维修质量，保证正常生产，我们不仅要善于总结维修

18、经验，同时也要掌握一些维修技巧，这是维修工作中很重要的方面。以下是多年来我们维修中频炉的一点经验：正如和中医给病人看病一样，在中频电源维修时也需要望、闻、问、切，而后才能判断故障位置。望：所谓“望”就是观察设备在运行时其仪表的参数，设备内有无发热、发红、螺丝松动等外观现象。在中频炉电源运行时中频电压、直流电压、直流电流三个仪表之间有着密切的联系，通过观察这三个仪表参数即可判断中频电源是否运行正常。我们知道，直流电压和直流电流乘积为直流功率，直流电压和直流电流比值可以反映出负载的阻抗匹配状态。直流电压和中频电压比例可反映出逆变器的工作状态。如：直流电压为510V，中频电压为700V，逆变引前角为

19、36，我们用700V510V1.37。一般，中频电压和直流电流比例在1.21.5之间，我们认为逆变器工作正常。如比例小于1.2，则引前角太小逆变器很难换相。如大于1.5倍，则引前角太大，有可能设备有故障，如果大于2倍，则设备有故障。闻：所谓“闻”是指设备在运行时听其声。（一）听中频啸叫声中有无杂音，声音是否连续，有无沉闷的电抗器振动声，（二）听有无打火声音等与平时声音不同之处。问：所谓“问”是指了解设备在出现故障时的状况，了解时要尽量详细，同时也要了解设备出故障前的运行状况。切：所谓“切”是指示波器，万用表等测试仪器测量各点的波形、电压、时间、角度、电阻等参数，判断故障原因。最后我们一定要切记

20、在更换晶闸管后一定要仔细检测设备，即使在故障排除后也要对设备进行系统检查!5 结束语 中频电源的故障现象是多种多样、千奇百怪的，对具体故障要做具体分析。随着中频电源技术的发展和功率的增大，中频电源维修人员除了要具备电路理论基础知识，还要善于总结工作经验，把两者有机地结合起来，不断丰富工作实践。浅析中频电炉概念及常见故障的检查方法与步骤：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

21、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。国内领先的生产基地生产的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，

22、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。调质热处理主要供轴类（直轴、变径轴，凸轮轴、曲轴、齿轮轴等）；齿轮类；套、圈、盘类；机床丝杠；导轨；平面；球头；五金工具等多种机械（汽车、摩托车）零件的表面热处理及金属材料整体的调质、退火、回火等。中频炉按照功能又被分为：中频加热炉和中频透热炉两大类：的特点：（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

23、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。特点：加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料与锻模成本由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，普通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作。不必担心由于停电或设备故障引起的煤炉已加热坯料的浪费现象。由于该加热方式升温速

24、度快，所以氧化极少，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材料20-50千克，其材料利用率可达95。由于该加热方式加热均匀，芯表温差极小，所以在锻造方面还大大的增加了锻模的寿命，锻件表面的粗糙度也小于50um。工作环境优越、提高工人劳动环境和公司形象、无污染、低耗能感应加热炉与煤炉相比，工人不会再受炎炎烈日下煤炉的烘烤与烟熏，更可达到环保部门的各项指标要求，同时树立公司外在形象与锻造业未来的发展趋势。感应加热是电加热炉中最节能的加热方式由室温加热到1100的吨锻件耗电量小于360度。加热均匀，芯表温差极小，温控精度高感应加热其热量在工件内自身产生所以加热均匀，芯表温差极小。应用温控系统可实现对温度

25、的精确控制提高产品质量和合格率。加热装置具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等优点正迅速淘汰燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉，是新一代的金属加热设备。中频炉是铸造锻造及热处理车间的主要设备， 其工作的稳定性、可靠性及安全性是流水作业的铸造锻造及热处理生产线正常稳定工作的保证。中频炉的生产线类设备的机械传输装置采用单工位方式，中频淬火和中频回火、退火按工序分时进行。感应器的置换采用整体吊装、快速定位、水电快速联接方式（可在短时间完成一套感应器的更换）。并可方便的进行感应器轴线位置的调节以适应多种坯料规格加热的要求。生产的本套设备根据每种产品的需要，由进出料储料支架、进出料输送装置、工件自旋式辊道传输装置、中频淬火升温模块、中频淬火保温模块、中频回火模块、中频退火模块、淬火喷雾装置、液压站、中心控制台及自动控制系统等十一部分组成。中频电炉故障的检查方法与步骤：(1) 首先观察中频柜内的四块小表的指示值是否正常。其中整流控制电压表30V , 整流脉冲电流表130 150mA , 逆变控制电压表1