感應加熱用戶手冊

1、目錄1、IPS系列感應加熱電源 使用說明書2第一節(jié) 概述3第二節(jié) 電源基本工作原理5第三節(jié) 安裝使用和維護122、IPS系列感應加熱電源故障檢修手冊163、IPS系列感應加熱電源電路原理圖224、IPS系列感應加熱電源售后服務辦法295、IPS系列感應加熱電源現(xiàn)場安裝反饋表30IPS系列感應加熱電源使用說明書第一節(jié) 概述一、型號含義：IPS100300/50并聯(lián)逆變型中頻、超音頻電源，其額定功率為100、160、200、250、300kW等幾個規(guī)格；其額定工作頻率為50kHz，根據(jù)實際負載配置情況，可在50kHz以下各頻率段工作。電源型號含義如下：二、安裝環(huán)境及使用條件1.本裝置應安裝于室內(nèi)，

2、并滿足以下條件：Ø 海拔不超過1000m；Ø 設(shè)備周圍環(huán)境溫度應不超過+40、不低于+2；Ø 周圍介質(zhì)濕度應不超過85%（相對于空氣溫度20±5時）；Ø 無導電及易爆炸塵埃，無腐蝕性氣體和爆炸性氣體的場合；Ø 安裝于通風良好，無劇烈震動和沖擊，垂直傾斜度不超過5°的場合；2.冷卻水要求：電源裝置、感應器、淬火變壓器、補償用電熱電容器等均采用水冷卻，所提供的冷卻水狀況的好壞直接影響設(shè)備運行的可靠性。建議對現(xiàn)有冷卻水進行分析檢測，其結(jié)果應能滿足以下條件，如有差異，則應通過有關(guān)凈化手段加以解決。Ø 機械特性：透明，不渾濁

3、，無沉淀物，總固體含量不超過250mg/L；Ø 化學特性：PH值為68，硬度不大于10度（即每升水中氧化鈣含量100mg）；Ø 電阻率：大于2.5k/cm；Ø 進水溫度：不低于5，不高于35，冷卻水的溫升不超過20；Ø 進水壓力：0.10.2MPa；Ø 進水水量：100300 l/min；3.電網(wǎng)要求：電網(wǎng)輸入為三相交流，線電壓380V，電網(wǎng)電壓應為正弦波，諧波失真不大于5，電壓持續(xù)波動范圍不超過±10，電網(wǎng)電壓的頻率變化不超過±2，三相電壓相間不平衡度應小于±5。4.其他：設(shè)備停止使用期間，應加強通風和干燥措施，

4、以免內(nèi)部受潮而造成損壞，在室內(nèi)可能結(jié)凍的情況下，應把設(shè)備內(nèi)所有的冷卻水清除干凈。三、主要技術(shù)參數(shù)：1. 額定輸入：三相四線（零線、地線截面面積只需30mm²），380V±5%，50Hz；2. 額定輸出功率：分為100、160、200、250、300kW等幾種規(guī)格；3. 輸出頻率：分為8、20、30、50kHz及寬頻850kHz；4. 工作制式：適用于間斷工作及長期工作制；5. 電源冷卻水壓力及流量：0.1Mpa，8T/h；圖1 IPS系列感應加熱電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置四、結(jié)構(gòu)布置 IPS系列IGBT中頻、超音頻感應加熱電源具有良好的可靠的裝配工藝，可以承受最惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，內(nèi)部結(jié)

5、構(gòu)布置如圖1所示，主要由以下幾部分組成：1. 三相橋式全控整流橋，用以將三相380V/50Hz工頻電源經(jīng)全橋整流變換成電壓可調(diào)節(jié)的直流電源，實現(xiàn)電源的功率調(diào)節(jié)；2. 濾波電抗器L1及續(xù)流二極管D1，使電流連續(xù)并減小直流中的脈動成分，隔離中頻負載對工頻電源的干擾。3. 單相逆變電路，用以實現(xiàn)將直流電能轉(zhuǎn)化為超音頻交流電能送入由LC組成的并聯(lián)諧振負載中。4. LC并聯(lián)負載回路，通過諧振電容與負載（淬火變壓器、感應器工件系統(tǒng)）并聯(lián)，提高負載的功率因素，保證加熱效率。5. 控制及保護電路為整流橋和逆變器提供觸發(fā)脈沖和控制邏輯，保證電源安全正常工作，是整個電源的核心。第二節(jié) 電源基本工作原理圖2為IPS

6、系列IGBT中頻、超音頻感應加熱電源系統(tǒng)框圖，其工作原理是首先通過三相全控整流橋和濾波電路將三相380V/50Hz交流電變換成電壓可調(diào)節(jié)的直流電源，再將直流電通過單相逆變電路轉(zhuǎn)換成單相交流電供給負載。 負載是指感應器工件系統(tǒng)，感應器一般是通入中頻或超音頻交流電的由空心通水冷卻銅管繞制的線圈，將工件放到感應器內(nèi)即置工件于交變磁場中，應用電磁感應原理產(chǎn)生渦流損耗而發(fā)熱，達到熔煉、透熱、淬火等加熱的要求。這種加熱方式相對于采用加熱組件對工件加熱方式而言，具有加熱速度快（渦流加熱而非傳導方式），加熱效率高（能量集中損失小），加熱區(qū)域可控（通過電流頻率、功率以及感應器形式等的調(diào)整可得到理想的加熱層深）等

7、優(yōu)點。根據(jù)用戶不同的需求，負載的形式和特點也各不相同，這里主要對電源設(shè)備工作原理作簡要說明。一、三相橋式全控整流電路工作原理如圖2中所示，三相橋式全控整流電路由六個橋臂組成，每個橋臂一支晶閘管。晶閘管分兩組，1、3、5號晶閘管的陰極連接到一起作為整流輸出的正端，2、4、6號晶閘管的陽極連接在一起作為整流輸出的負端。在任一時刻必須有兩個橋臂同時工作才能與負載構(gòu)成回路，每個橋臂導通角度為120°，導通順序如圖5所示，圖中黑色的晶閘管代表在t1t2t6t1的時間段內(nèi)的導通元件。每一段的間隔角度為60°即周期的1/6，要求觸發(fā)脈沖的間隔盡可能均勻，才能保證整流橋輸出電壓在20ms周

8、期內(nèi)的六次波動均勻及三相進線電流相等，六路整流橋觸發(fā)脈沖時序如圖3所示。圖3六路整流橋觸發(fā)脈沖時序三相全控整流橋輸出直流電壓平均值由下式?jīng)Q定： Ud=1.35Ulcos (<90°)Ud直流電壓平均值；Ul交流線電壓有效值；cos控制角所決定的余弦函數(shù)；圖5 不同控制角下的整流橋輸出電壓波形由上式可見，直流電壓Ud隨控制角而變化，見圖4。當=0°時直流輸出電壓Ud最大；由于續(xù)流二極管的作用，=120°時Ud為零。控制角小于120°時，由電網(wǎng)饋電經(jīng)全控橋整流為負載供電，稱為整流狀態(tài)。不同控制角下的整流橋輸出電壓波形如圖5所示：二、單相橋式并聯(lián)逆變電路

9、基本工作原理如圖2所示，本電源的逆變器采用并聯(lián)諧振負載結(jié)構(gòu)，圖中由IGBT14組成全橋逆變電路，A相橋臂（IGBT1、3）和B相橋臂（IGBT2、4）輪流導通，將直流電流轉(zhuǎn)換成單相交流電。由于IGBT無反向阻斷能力，所以每臂都串聯(lián)一只快恢復二極管（D69）。L、r為感應負載的等效電感和電阻，C為補償電容，由L、r、C組成一并聯(lián)諧振電路，并聯(lián)諧振電路（電源負載）的諧振頻率及諧振時的阻抗為： （1）； （2）IGBT為全控器件，可以通過門極控制關(guān)斷導通實現(xiàn)換流，驅(qū)動波形如圖6a。因此，本電源逆變器即可在容性狀態(tài)（逆變器觸發(fā)工作頻率高于固有頻率，電流波形超前于電壓波形）下工作，又可在諧振感性負載（逆

10、變器觸發(fā)工作頻率低于固有頻率，電壓波形超前于電流波形）下工作，逆變器在不同工作狀態(tài)下的有關(guān)波形如圖6所示。逆變器工作在準諧振狀態(tài)（如圖6f），IGBT可實現(xiàn)零電流關(guān)斷（ZCS）和最低電壓下開通；若逆變器工作在感性狀態(tài)（如圖6g），即IGBT換流完成點落后于實際電壓過零點，流出相IGBT是硬關(guān)斷的，且由于回路存在引線電感，使IGBT關(guān)斷時產(chǎn)生一個尖峰電壓，在大功率設(shè)備中，工作電流較大，此尖峰電壓很大將使得保護電路動作，設(shè)備不能正常工作；若逆變器工作在容性狀態(tài)（如圖6e），流入相IGBT導通時電壓較高，有導通沖擊電流，同時與流出相IGBT串聯(lián)的二極管換流后會承受一反壓，反壓越大，反向恢復電流越大，

11、二極管功耗也越大，對于反壓較高頻率較高的情況下容易造成二極管損壞。由上述分析可以看到，為了防止超音頻感應加熱電源負載工作在感性狀態(tài)，一般情況下，使典型工況下逆變器工作在弱容性，此時不僅功率器件具有較好的工作狀態(tài)，同時負載也具有最佳的功率因素。由于感應加熱電源的負載參數(shù)（L、r）隨工件的大小、工件與感應器之間的間隙、工件的溫度變化而變化，因此電源負載的諧振頻率及阻抗也是隨之變化的。為了使逆變器始終保持在最佳工作狀態(tài)，逆變器的觸發(fā)方式必須實現(xiàn)逆變器工作頻率跟隨到負載頻率，本設(shè)備采用精確相位控制方式實現(xiàn)了頻率的自動跟蹤。 三、控制及保護電路工作原理1功率調(diào)節(jié)工作原理電源的功率即逆變器的輸出功率，可用

12、下式表示： 負載電壓；并聯(lián)諧振負載回路的交流等效阻抗 （3）而對并聯(lián)負載逆變器，其輸出電壓為： 全控橋輸出直流電壓平均值；并聯(lián)諧振負載功率因數(shù) （4）因此，通過調(diào)節(jié)整流橋輸出電壓的大小，即可調(diào)節(jié)超音頻電源的輸出功率，而整流橋輸出電壓是通過控制整流觸發(fā)移相角來調(diào)節(jié)的，也就是說電源的輸出功率調(diào)節(jié)可通過改變整流觸發(fā)移相角來實現(xiàn)。圖7 功率調(diào)節(jié)控制框圖功率調(diào)節(jié)控制框圖如圖7所示，由電壓、電流兩個控制閉環(huán)組成，在啟動和運行的整個階段電流閉環(huán)始終參與工作，其給定值由控制面板上的啟動電流電位器設(shè)置；電壓閉環(huán)僅工作于運行階段，其給定值由控制面板上的電壓定值電位器設(shè)置。此外，調(diào)試時通常將“止、升”開關(guān)位于止位時，此時也僅有電流閉環(huán)參與工作，便于電源設(shè)備在較低功率位置進行設(shè)備調(diào)試或維修觀察。 圖中LH板為電流采樣板，其采樣信號反饋一路給IU板實現(xiàn)電流閉環(huán)，一路給K3板作為過流保護采樣；YH變壓器為交流電壓采樣變壓器，其采樣信號一路反饋給IU板實現(xiàn)電壓閉環(huán)控制，一路給K3板作為過壓保護采樣?？傊β收{(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)通過檢測、比較和執(zhí)