熔炼感应炉构造原理

熔炼炉原理与维修熔炼炉概况及感应加热整流逆变1应达感应炉特点部件构造2DISA浇注炉特点构架部件32FF熔炼炉概述本文讲述8吨INDUCTOTHERM生产的6000kw感应熔化炉，及1台10吨DISA+GF+生产的，320kw保温气压浇注炉，组成的熔炼浇注体系，描述熔化炉浇注炉电磁感应：因磁通量变化产生感应电动势的现象，叫电磁感应，涡流：闭合电路的一部份导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流；这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流(涡流)感应加热：交流电流流向被卷曲成环状的导体（通常为铜管），由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流（旋转电流），于是感应电流在涡电流的影响下产生发热，这就是感应炉加热的原理感应加热原理4感应加热原理—三种效应集肤效应：当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布式部均匀的，最大电流密度出现在导体的表面层，这种电流集聚的现象称为集肤效应。近邻效应：当两根通有交流电的导体靠得很近时，在互相影响下，两导体中的电流要重新分布。当两根导体流的电流是反方向时，最大电流密度出现在导体内侧；当两根导体流的电流是同方向时，最大电流密度出现在导体外侧，这种现象称为近邻效应。圆环效应：若将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧，这种现象称为圆环效应。5每一个料块表面产生感应电流二次回路的感应电流每一个接触点都具有高的电阻值炉料感应熔化-感应电流6整流部分交流电经过整流变成直流电，直流能量被储存逆变部分直流电经过逆变器变成所要求频率的交流电炉体部分交流电供给炉体部分感应熔化电气系统的基本结构7++++41231u2u220V+-RLouV21VV3V4+–单相桥式整流基本电路

由一个变压器，四只二极管，一个负载组成，其中四只二极管组成电桥电路。8单相桥式整流电路+-u2正半周时电流通路TRLuou1D4D2D1D3u2AB+-单相桥式整流基本电路正半周9-+u0u1TRLu2负半周时电流通路TRLu1D4D2D1D3u2AB-++_单相桥式整流基本电路负半周10uo´´u2iO´uO´iO´´、uOiO整个周期输出波形11通过斩波控制直流电压WAVECHOPPINGTOCONTROLDCVOLTAGE0平均直流电压及波纹全导通时的最大电压通过斩波降低电压功率因数0.95功率因数0.4三相整流输出波形12L2L1L30234561879101112全波整流L5L4L6电压反馈线路的功率因数理论上可达到0.98平均直流电压及波纹感应炉整流输出特点波形-6相供电线路13感应加热原理---逆变逆变电路是与整流电路相对应，把直流电变成交流电称为逆变以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。14逆变电路的基本工作原理S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。直流电交流电15逆变电路的基本工作原理逆变电路最基本的工作原理

——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。a)b)tuoiot1t2电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。16单相电流型逆变电路1)电路原理由四个桥臂构成，每个桥臂由IGBT组成。工作方式为负载换相。电容C和L、R构成并联谐振电路。输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。负载电压波形基本上是正弦波。17单相电压型逆变电路1）单相半桥逆变电路u单相半桥电压型逆变电路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。18恒定的直流电压供给逆变器交流电经过整流变成直流电，直流能量储存在电容器中炉体线圈和电容器串联连接熔化炉逆变电路原理19能量储存电流反馈逆变器整流部分直流电抗器短接回路逆变器电容器炉体线圈启动回路直流能量储存在电抗器中，是一种动能这种能量形式类似于飞轮停止的飞轮是没有动能的，除非消耗能量让它转动要想让它停下来也必须消耗能量$$$20能量储存电压反馈逆变器整流部分滤波电容器逆变器炉体线圈直流能量储存在电容器中，是一种势能，当电源合闸时电容器立即被充电电容器21

并联连接线路串联连接线路22CONTROLLABILITY电流反馈并联逆变器

70--80%

的线圈电流在感应线圈和电容器之间流动，这部分线圈电流是不可控的

只有20--30%

的线圈电流流过可控硅

逆变器只能控制20—30%的线圈电流70–80%20–30%23CONTROLLABILITY电流反馈并联逆变器V1V1V1并联线路中，感应线圈、电容器、逆变器上的电压是相同的为了调节0---70~80%的功率，必须通过改变直流电压来改变功率V2V2V2DCV1DCV224可控制性电压反馈串联逆变器在串联线路中100%的线圈电流流过逆变器，逆变器可完全控制电流的变化

100%25可控制性电压反馈串联逆变器串联线路中感应线圈和电容器串联连结起到分压作用逆变器上的压降V2只占感应线圈电压V1的20%--30%V1V226可控制性电压反馈串联逆变器1逆变器控制简单、可靠、反应速度快电压反馈串联逆变器只有一个控制点27可控硅是一种电流控制器件由于过电压而损坏可控硅的几率远远大于由于过电流损坏可控硅的几率28INVERTERTECHNOLOGY29整流变压器的KVA串联线路和并联线路的比较100功率大小102030405060708090100806040200变压器的KVA12030串联逆变线路中谐波电流的含量谐波次数5th7th11th13th17th19th

谐波含量串联逆变线路中变压器的KVA值最小，因此谐波含量最小17.51104.50301.501.253相6脉冲0201.504.50300.2200.156相12脉冲0201.50100.7500.2200.1512相24脉冲31通过斩波来控制直流电压功率因数和可控硅移相角的关系306090120150相控角PowerFactor180串联线路不控制整流，始终在最高电压并联线路可控整流降低直流电压时的功率因数线功率因数自动减小最大的线功率因数00.20.40.60.8132并联逆变器和串联逆变器的性能比较电流反馈电压反馈功率因数随着功率下降而降低恒定大于0.95电流畸变较低

0.95

较高

q

线电压毛刺较高较低33DUAL-TRAK炉体1炉体20100%kW0100%kW功率能够在额定功率范围内以任意比例分配34DUAL-TRAK双供电电源3,6或12相交流电整流桥滤波电容逆变器炉体线圈炉体电容器FURNACECOIL炉体电容器逆变器0-100%功率0--100%功率功率分配控制

这一点的能量恒定保持在100%35DUAL-TRAK双供电电源3,6或12相交流电整流桥滤波电容逆变器炉体线圈炉体电容器FURNACECOIL炉体电容器逆变器0-100%功率0--100%功率功率分配控制

这一点的能量恒定保持在100%36双供电电源37中频炉系统电力系统变压站整流系统逆变系统炉体系统冷却系统冷却水控制系统冷却水循环系统液压系统液压控制系统液压循环系统中频感应加热炉系统：电力系统：核心系统，熔化功能的实现者；冷却系统：安全系统，安全生产的保护者；液压系统：操作系统，生产功能的操作者。感应加热炉的系统结构38熔化炉电气结构布局39电力控制柜变压器整流柜VIP控制柜线圈水电缆冷却塔冷却水泵液压站液压缸液压泵PLC控制柜操作台逆变柜线圈水电缆PLC控制柜电力控制柜MM200主控柜10KV电网变压器参数：容量：3300KVA电压比：10KV/0.575KV相数：3相输入、6相输出。6相电压间相角为30°，减少因叠加造成的电能损失，提高电能的利用率冷却方式：ONAN冷却介质：25#变压器油整流柜：主断路器：575V，4000A熔断器：1500A可控硅SCR可控硅触发模块电抗器：限制突变电流逆变柜：解耦二极管：正负电压隔离，释放电压时完全放电。可控硅SCR可控硅触发模块震荡电容器滤波电容器VIP控制柜：控制电源：110V/24VZ板：所有信号的监控及逆变信号的输出，各电压的限制等IDAI板：进线电流限制、实现双供电、输出显示信号操作面板1、线圈：法拉第环：束磁短路环：束磁、冷却水冷环：冷却导电环：导电，冷却2、磁轭：导磁、束磁3、水电缆：通电、冷却4、钢壳5、炉衬层、浆料层：保护线圈、绝缘、保温等应达感应加热炉的硬件系统40感应加热炉的安全泄漏探测系统炉体接地泄电探测OPTO模块DC+60VGLDmA显示电抗器线圈主要组成：探头：由6根不锈钢丝穿过炉衬扇形分布，与熔料接通；OPTO：提供DC+60V，每20s切换一次极性。GLD：mA电流表，显示漏电值，一般要求≤60mA，若超过则必须检查漏电原因；介绍：探测线圈、电容器、接线及系统电气接地之间异常低阻路径、短路等状态；探测线圈与炉料之间的异常低阻路径及“泄电”；影响漏电值的主要因素：线圈状态：“钻铁”、线圈匝间打火，均会引起漏电值升高，甚至突变；冷却水的导电率升高，导电值在100µs/cm后必须更换；打炉衬时，探头处理不好，造成线圈漏电探测失效；炉衬湿度高，线圈漏电值增大；电气元件老化或积灰严重，造成漏电等41炉体结构42外壳结构43线圈感应电流产生做功主要部件44磁轭磁轭电学作用是引导磁场45磁轭的作用46水冷电缆应达公司的水冷电缆，在大电流状态下的工作寿命最长，功率损耗低Inductotherm水冷软导线可应用于需要装载频率为60赫到10,000频的大电流水冷电缆，其工作寿命最长，功率损失低，及维护费用低。这些由封闭在高质橡胶软管中的软铜电缆，及配装有便于进行水及电气连接的喇叭口锥端接件组成。电缆用专用工具挤压到端接件中，这就免除了如常规导线那样需要钎焊。因此，就消除了铜氧化的危险及由于这种氧化而导致过早破坏的可能性。47炉体冷却塔48熔化炉电控柜水冷整流柜逆变柜1逆变柜2温度开关冷却塔2冷却塔1水泵1水泵2熔化炉炉体水冷水泵2水泵1冷却塔1冷却塔2温度开关熔化炉电气1主电源开关部分主电源开关触头磨损.电磁脱扣器及贮能机构（1）将高压柜电源断开，图2（2）拆卸主开关外围铁板4个螺丝，卸掉铁板。（3）拆卸主开关外壳。图1c（4）主开关电磁脱扣机构是否灵敏。图1a（5）将主开关贮能机构合闸.图1b51电气2整流部分（1）可控硅安装松紧度标准：可控硅安装松紧度要求：调整可控硅上端两侧螺帽，必须达到上端垫片可轻松转动为好。图3a和图3b（2）可控硅触发模块及触发放大模块清理。①

拆卸SCR触发模块。图3f②

拔掉SCR触发模块外部插头。图3C③

松开触发模块顶部螺丝。图3d④

拆卸触发模块两端盖板。图3e⑤

拆卸线路板。⑥

用毛刷清理线路板灰尘，若线路板板面发黑，建议更换。反顺序安装触发模块。（3）铜排紧固螺栓有无松动。图4（4）CT互感器反馈信号接线有无松动，线路有无破损。该信号接线必定要紧固。52电气逆变部分与整流电源部分检查相同，重点指出逆变柜CT互感器接线不允许松动。图553电气4电容部分（1）检查电容瓷帽有无破损。（2）检查电容与铜排连接有无松动，是否变色，打火。（3）检查电容有无漏液或鼓胀现象。

54电气半功率调整直接调整，测量零线（绿色）与Z板上TP8，测量电压，通过

调整RP5电压应为满功率时一半即可。对应VIP柜查看调整拨码开关表与Z板拨码调整触发同步

图7a①

拔掉2个整流柜缺相检测模块插头。②

打开逆变起振按钮。③

功率转盘转到零位。④

测量Z板TP21与调整RP15至合适。调整频率极限

图7b①

拔掉2个整流柜缺相检测模块插头。②

功率转盘转到满功率。③

测量Z板TP22调整至合适检查逆变可控硅触发是否正常

图7c。55熔化炉部件56熔化炉部件57浇注炉构造58铁芯UIPQ~~熔沟感应器线圈浇注炉熔炼原理●分为上下二部分的水冷感应器壳体.上部分壳体焊有一个法兰,能与浇注炉底部相配合.●水套●水冷线圈●叠层铁心●下部壳体接地连接器感应器感应器主要由以下部分组成:59熔沟实物耐火层线圈熔沟炉腔60浇注炉构造部件—水电缆温控感应器线圈(水电缆接入)水套炉底感应器壳体上部感应器壳体下部61浇注炉构造---倾斜架底座液压定位倾斜架：倾斜架支撑着炉体.它同两个轴承和两个液压缸相连,从而可使炉子完全倒空或更换感应器.工作平台固定在倾斜架上,维修时可很方便地接近必要零件