中频感应电炉常见故障分析

1、中频感应电炉常见故障分析晶闸管变频的中频感应电炉 , 目前已得到广泛的使用 , 随着晶闸管容量、 质 量的不断提高 , 中频技术的不断完善 , 感应加热及熔炼的中频炉在使用及维修 上都已经取得了很大的进步。宁波市神光电炉有限公司 1997 年购进二台浙江大 学电力电子厂生产的 500kg 中频炉主要用来熔炼铸铁。通过几年来的生产及维 修实践 , 认为 , 要用好修好中频炉 , 熟悉中频感应电炉常见的电气故障及处理 方法是很有必要的 , 总结维修过程中的经验 , 对指导今后的工作很有好处。 1 中频炉及其电源的特点1. 1 该厂使用的 500kg 中频炉 , 其中频电源装置进线采用 380V 三

2、相电源 , 额 定输出功率 250kW 。 中频电压 750V , 中频电流 550A 。 有相序指示电路及显示 , 内 有整流控制电压表 , 整流脉冲电流表 , 逆变控制电压表 , 逆变脉冲电流表 , 有 工作 ö检查转换开关。 控制板一共四块 , 除电源板外 , 还有一块整流板 , 一块逆 变板和一块保护板。 采用自激式预磁化撞击启动。 其过流保护不是采用整流拉逆 变 , 而是关桥的保护方式 , 即主电路发生过流或过压时 , 发出信号使控制电源 瞬间短路 , 封锁整流脉冲 , 同时续流二极管使滤波电抗器中的能量通过逆变桥 构成通路消耗掉。另外 , 各控制板采用了 Kc04、 Kc

3、41 片子及部分运算放大器等 集成块。1. 2 主回路线路及启动控制线路如图 1、 2 所示。2 常见电气故障分析中频感应电炉 , 就其故障发生的范围来说 , 主要可分为二大块 : 一是控制 部分 , 二是主电路 , 即包括补偿电容器、 感应器在内的谐振回路与水冷电缆及母 排等部分。就故障的种类来说 , 主要有过电流、过电压以及输出中频功率低等。 造成这些故障的原因是多种多样的 , 下面将逐一分析。2. 1 控制电源打开后 , 按启动按钮 , 中频电源装置无反应产生这类故障的主 要原因有 :(1 循环冷却水未打开或水压不够。这造成电接点水压表内的常开接点未接通 , 中频柜内的整流电源板没有电

4、, 即没有整流电压输出 , 因而整流触发板及逆变 触发板均无触发脉冲 , 当然中频电源装置就没有反应。 通常此时柜内的整流脉冲 电压表、电流表均无显示。(2 启动控制回路的时间继电器 1KT 常开延时闭合触点损坏或启动延时时间过 长或过短。正常的延时时间为 3 5s, 如果延时时间过短 , 则主电路上的整流桥无法及时补 充负载回路及电抗器消耗的能量 (此补充能量由启动时撞击产生 , 那么由撞击 形成的衰减波很快趋向于零 , 于是启动失败。 如果延时时间过长 , 又会使启动电 阻严重发热 , 而且还很可能使主电路的电流增长速度太快 , 增长太大 , 使换流时 间拖得过长 , 以至于超越了系统在这

5、一阶段的换流能力 , 启动也有可能不成功。 另外 , 如时间继电器常开延时闭合触点损坏 , 控制极无电压 , 则启动晶闸管 V T 15 无法导通 , 因而启动主回路晶闸管 V T 11 因无触发脉冲也不能导通 , 就不可 能有撞击衰减波产生 , 也就不可能成功启动。(3 启动变压器 T 4 烧坏 , 或 T 4 的初级线圈的熔丝烧断 , 以及启动接触器 KM 2 触点未闭合或接触不良。启动变压器 T 4 设计为短时工作制 , 正常工作时间 仅为几秒钟。如果连续多次启动则线圈严重发热。因此当 KM 2 的主触头粘住或 卡住时 , T 4 的线圈很容易被烧坏。另外 , 当 T 4 初级线圈的熔丝

6、 9FU熔断以及 KM 2 主触点接触不良时 , 都可使启动触发回路无电 , 因而启动时中频 柜无反应。(4 主回路预充磁电阻 R623 烧坏或阻值变大。预充磁电阻 R6 的主要作用是在 启动前输送预磁化电流 I d, I dU döR6 (U d 为启动时控制角为 A 时整流桥 输出的直流电压 ; R 6 为启动时的预磁化电阻 。它使电抗器预磁化 , 并在磁场 内储藏一定的能量。逆变启动后 , 由于负载电路的等效电阻比 R 6 要小 , R 6 中 的电流 (即预磁化电流 便向负载转移 , 及时向负载电路补给能量。如果预充磁 电阻烧坏或阻值变大 , 则向负载回路补充的能量消失或减少

7、 , 那么启动回路的 衰减波就会很快衰减掉 , 于是启动失败。 R 6 由 4 根 108 200W 的绕线电阻两串 两并组成 , 其阻值仍为 108 , 串并的目的是为了增加瓦数。( 5 启动预充电电压达不到 500V , 致使启动晶闸管 V T 11 无法开通 , 因而 启动回路得不到能量。 通常 , 预充电电容器变质或漏电 , 预充电回路的整流二极 管 VD10 损坏以及回路中某一点脱焊或虚焊都可造成这种故障。2. 2 按下启动按钮后 , 听到中频声音 , 随即逆变失败 , 出现过流或过压过流 和过压故障是中频炉最常见的故障 , 其故障现象多种多样 , 故障原因也各不相同 , 其中过流故

8、障又多于过压障。产生过流的主要原因有 :( 1 引前角 B 调得偏小 , 使逆变晶闸管换流时间 tC 增大 , 相应储备时间 tB 减 小 , 因而逆变管换流发生困难 , 产生过流 , 使逆变失败。我们知道 , tD= tC+ tB (其中 tD 为引前触发时间 ,tC 为换流时间 , tB 为储备时间 。 只有当 tB> tq ( tq 为关断时间 时 , 才能保证关断的晶闸管恢复正向阻断特性 , 使换流成功。当 tB 因 tC 的增长而减小时 , 则换流时应关断的晶闸管由于未能恢复正向阻断特 性而误导通 , 产生直通短路 , 最终导致逆变失败。(2 自动调频回路及逆变触发回路发生故障

9、 , 导致触发脉冲发生紊乱及波形畸 变 , 逆变换流时该导通的管子未导通 , 该关断的关不断 , 结果形成短路 , 产生过 流。正常情况下 , 逆变桥对角线的脉冲应重迭 , 且波形应清楚、整齐 , 幅值、 宽 度都应符合要求。逆变桥相邻两组脉冲相位差应为 180。本装置自动调频回路 采用的是定时原则 , 即调频信号取自中频电压、 电流信号的合成。 所得的合成信 号为为电容器电容 , iC 为电容器电流 , 送入逆变触发电路再经脉冲变压器送 到逆变晶闸管。 如果电压信号或电流信号因线路故障或受到干扰发生畸变或紊乱 , 则合成信号势必不正常。 如果逆变触发回路发生故障 , 同样会使触发脉冲不正常

10、(在相位、幅值、波形上 。因而使逆变管发生短路 , 造成过流。(3 左臂或右臂有一只逆变管特性变化 , 不该导通时却发生正向转折 , 致使逆 变回路左臂或右臂发生直通短路 , 造成过流。 这主要是指某个逆变晶闸管热态特 性不好 , 在冷态时各特性参数均正常 , 但一旦送电 , 当中频电压达到某一数值 时 (300V 左右 , 即发生正向转折 , 以致于由于直通而形成过流。(4 感应圈发生对地短路或匝间短路。 感应圈对地绝缘 , 在不通水的情况下 , 阻 值应在 2M 8 以上。 如果通水 , 用万用表测量 , 则在 5k8 以上 (因水与地相通 , 但 有一定电阻 。感应圈发生对地短路或匝间短

11、路 , 大多数是由于炉衬渗漏铁液 , 铁液冷却后感应圈与地连通及匝间连通 , 造成短路引起。(5 电容器发生相间短路或对地短路。中频电容器为电热电容器 , 内通冷却水。 当水路有水垢或异物时 , 水流量大大减少甚至断流 , 使电容器发热加剧而烧坏 , 造成相间短路。 如果电容器漏油严重 , 则电容量大为减少 , 同时也会使电容器发 热激增 , 发生相间短路。中频电容器外壳为一极 , 直接放在由角钢焊接而成的支架上 , 电容器支架 用胶木座与电气网路的地面隔开。如果胶木座因潮湿、油污对地绝缘下降很多 , 则很容易发生对地击穿而短路。上述二种短路都会造成过流。(6 启动时 , 由于整流触发回路故障

12、 , 整流触发脉冲不正常 , 使 A 角变大 , 则 输出的直流电压太低 , 启动时撞击产生的振荡衰减波补充的能量太小 , 使启动失 败 , 形成过流。一般说来 , 中频电源启动时 , 在一定的负载下 , 直流电压 U d 的最低值和最高值 有一定的范围 , 即平常所说的启动范围 , 一般为 30 80V。超出这个范围 , 不 是补充的能量太小 , 就是主电路电流增长速度太快 , 增长太大 , 引起换流困难。 ( 7 低通滤波器 (DL 回路阻抗变大 , 使逆变端晶闸管工作不对称及载流子积 蓄效应所积累的静电荷未能及时放掉 , 因而开通、 关断特性变坏。 关断不良导致 逆变失败 , 形成过流。

13、低通滤波器类似于一个小电抗器 , 用 6mm 2 漆包线绕制 而成 , 接在负载部分 , 与倍压电容器相并联 , 与炉子感应圈相连通。 作为当逆变 端工作不对称时泄放晶闸管积累的静电电荷的通路。它与负载回路的连接导线 , 其截面应是 10mm 2 以上的铜线 , 长度愈短愈好 , 以减少泄放回路的阻抗 , 保证 静电电荷以一定的速率放掉 , 确保逆变成功。 有时静电电荷形成的电流很大 , 会 使低通滤波器严重发热以致烧坏。(8 过流保护板中起保护作用的晶闸管特性变坏时 , 其灵敏度增加 , 当启动电 流未达到过流整定值时便触发导通 , 发出过流信号去封锁控制电源 , 使逆变失 败。(9 对角线

14、桥臂的逆变管有一臂因没有触发脉冲而不导通。 这样 , 开通的管子就 关不断 , 此时功率因数很低 , 启动电流很大 , 即产生过流保护动作。(10 调功电位器接触不良 , 使直流电压忽大忽小 , 忽有忽无 , 启动时对负载回 路的能量补充就很不稳定 , 这也往往容易造成启动失败而引起过流。 产生过压的 主要原因有 :(1 调频信号回路因导线烧断或接头松动而断开 , 使换流引前角 B+C2 变大 (其中 B 为换流时 t2 到 t3 时刻的相角 ; C为换流时 t1 到 t2 时刻的 相角 , 即 U 角变大 , Co sU变小 (Co sU为负载功率因数 , 则输出的中频电压 U a 增大 (

15、因 U a=1. 1U dCo sU , 因此很容易引起过压。 (2 逆变桥中有一熔 丝烧毁 , 逆变端换流瞬间除了引起过流外 , 还很容易引起过压。 (3 负载回路发生故障 , 如感应圈和水冷电缆因炉衬渗漏铁液或断液而烧断 , 则瞬间很容易产 生高压。 这是由于感应圈或水冷电缆断开后 , 槽路不发生振荡 , 负载回路只剩下 电容器。电容器本身已充有一定的电压 , 滤波电抗器中的能量再向电容器充电 , 势必产生高压 , 引起过电压动作。 (4 过压保护板中起保护作用的晶闸管特性变 坏 , 灵敏度增加 , 当电压未达到过压整定值时便触发导通 , 产生过压保护动作。 (5 中频电源送电时加炉料 ,

16、 炉口的铁块或回炉料一头与铁液相连 , 一头与炉 子的金属外壳 (如平台或炉口铁圈 相碰而打火 , 产生的干扰信号影响控制电路 , 引起过电压动作。(6 中频电压互感器线圈对地绝缘下降 , 存在不完全短路 , 当中频电压上升到 300V 以上时 , 对地完全短路。短路时产生的电压信号使过压保护板动作。2. 3 输出功率低 , 达不到额定值500kg 中频炉 , 其额定输出功率 250kW 。但是由于种种原因 , 有时输出功率远远 达不到额定工率 ,甚至只有 40 60kW。常见的原因有 :(1 整流电压低 , 造成输出功率低。造成整流电压低的原因主要有 :a. 整流电路缺相。 此时用示波器观察

17、整流主回路波形 , 可以明显见到缺一波头 , 同时主电路滤波电抗器发出沉闷的不规则的振动声。用万用表测量某相晶闸管 , 如其电阻值为无穷大则证明该晶闸管损坏后已断路 , 或者某熔断器烧断。 此时若 仍在额定电流下工作 , 流过其它几个桥臂的电流过大 , 会缩短晶闸管的寿命。 一 般缺相后 , 输出功率只能达到 60kW 。b. 感应圈匝间或对地存在不完全短路。随着中频电压的升高、功率的增大 , 变 为完全短路 , 于是在某一中频电压上因短路出现过流 , 因而功率上不去。c. 截流截压电路出现故障 , 未达到整定值便输出 , 限制了整流电压的升高。d. 移相脉冲触发延迟角无法调到 A= 0。e.

18、 某一桥臂晶闸管触发电路出现故障 , 或晶闸管性能变劣亦不能触发导通。 (2 逆变电压、 电流相位角 (超前相位角 过小 , 使中频电压 U a 低于额定值 , 严 重影响中频输出功率的提高。这一般是由于槽路上并联的电容器损坏较多引起 , 应使 U aöUd 1. 4 左右较为合适。(3 炉壁增厚 , 炉膛变小 , 即炉子的等效电阻 R 增大 , 使中频功率下降。2. 4 直流电压及中频电压不稳定引发直流电压不稳定的原因可能是: 触发 电路虚焊, 触发脉冲时有时无, 使晶闸管时通时不通,此时可看到整流触发电流 表也发生摆动。中频干扰造成整流晶闸管误导通, 因而直流电压输出不规则, 产

19、生波动。 滤波电抗器碰线, 其电感值下降, 对中频电源的隔离作用降低, 中频 电压侵入到整流电路,使整流晶闸管在中频电压作用下发生正向转折, 造成负载 电压不稳定。 整流电压缺相不平衡时, 电抗器 L d 会发生振动及很大杂音, 造 成直流电压不稳定及直流电压表来回摆动。引发中频电压、电流不稳定的原因可 能是: (1 逆变晶闸管质量差, 热态性能不稳定, 如开通时间、反向恢复时间不一致, 温度特性不好。 (2 逆变触发脉冲不对称, 使管子开通、关断的时间有差异, 因而引起中频电 压、电流的波动。 (3 整流桥直流电压波动, 引起中频电压波动。 (4 逆变板上的电位器整定值有变化及三极管等某些元

20、件不稳定。 3 中频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 12V , 逆变脉冲电流表 100 120mA。如果数值在正常范围内, 则证明电源部分没有问题。 (2 用数字万用表 2008 档检查整流、逆变晶闸管阳极、阴极电阻及控制极与阴 极电阻值(可不必从柜内卸下来测量, 管子散热器仍通有冷却水。 阳极与阴极的 正反向电阻值均为, 控制极与阴极的电阻值为 10 508。另外, 应检查熔断 器是否熔断。 (3 将转换开关 SA 置于检查档, 用示波器检查整流及逆变触发脉冲的波形, 检 查幅值及时间间隔是