圖解中頻爐工作原理

-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1圖解中頻爐工作原理PAGE圖解中頻爐工作原理中頻爐采用中頻電源進(jìn)行感應(yīng)加熱，熔煉保溫，中頻電爐主要用于熔煉碳鋼，合金鋼，種鋼，也可用于銅，鋁等有色金屬的熔煉和提溫。設(shè)備體積小，重量輕，率高，耗電少，熔化升溫快，爐溫易控制，生產(chǎn)率高。

中頻爐般是在工廠鑄造及熱處理中使用，中頻爐現(xiàn)在已經(jīng)逐步替代了燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，成為了工廠鑄造及熱處理的新寵。一、中頻爐工作原理中頻爐通過可控硅的整流逆變產(chǎn)生中頻電源，送到爐體線圈上，爐體（線圈）中間產(chǎn)生中頻電磁場(chǎng)，從而使?fàn)t體內(nèi)的金屬產(chǎn)生渦流，渦流再使金屬產(chǎn)生大量的熱能使得金屬熔化。

中頻爐主要由電源、感應(yīng)圈及感應(yīng)圈內(nèi)用耐火材料筑成的坩堝組成。坩堝內(nèi)盛有金屬爐料，相當(dāng)于變壓器的副繞組，當(dāng)感應(yīng)圈接通交流電源時(shí)，在感應(yīng)圈內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，其磁力線切割坩堝中的金屬爐料，在爐料中就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于爐料本身形成閉合回路，此副繞組的點(diǎn)是僅有匝而且是閉合的。所以在爐料中同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過爐料時(shí)，對(duì)爐料進(jìn)行加熱促使其熔化。

中頻爐也是種電磁爐，工作過程如下：先是通過個(gè)逆變電源，把三相交流電整流（用晶閘管）變成單相直流電，然后由逆變橋逆變成種500-1000Hz的中頻脈沖交流電，再通過爐膽內(nèi)的銅圈形成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)使圈內(nèi)的鋼材產(chǎn)生渦流，渦流流過被加熱的鋼材，產(chǎn)生熱量，從而達(dá)到熔煉鋼材的目的。中頻電爐般頻率為800-20000Hz。二、中頻爐工作原理圖解本機(jī)的主電路框圖如圖所示。整流器采用三相橋式控整流電路，逆變器采用單相橋式逆變電路，負(fù)載為并聯(lián)諧振形式，直流濾波環(huán)節(jié)為大電感濾波，以滿足并聯(lián)逆變器的輸入要求。交——直——交變換器1、三相橋式控整流電路三相橋式控整流電路的輸出電壓為：

Ud=2.34U2cosa……（1）

其中，Ud——輸出直流電壓平均值

U2———電網(wǎng)相電壓

a——觸發(fā)移相角

在不同a角下的輸出電壓的波形（在感性負(fù)載和電流非斷續(xù)狀態(tài)下）。其中a>90°的狀態(tài)稱為整流的逆變工作狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。整流觸發(fā)電路采用數(shù)字集成電路構(gòu)成，所采用芯片的型號(hào)、功能及有關(guān)說明如表所示。編號(hào)名稱型號(hào)

用途U101四運(yùn)放LM324限幅放大U102、U103四異或門CD4070過零檢測(cè)及整形U104~U1062輸入或非門CD4001或非邏輯U107~U10914二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器CD4020分頻U110~U112雙時(shí)基電路556脈沖整形調(diào)制U113單時(shí)基電路555產(chǎn)生調(diào)制脈沖本裝置的整流觸發(fā)同步信號(hào)由同步變壓器提供，經(jīng)RC濾波及比較放大，找出觸發(fā)同步信號(hào)的過零點(diǎn)，再由數(shù)字計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)延時(shí)。觸發(fā)脈寬由555構(gòu)成的單穩(wěn)確定，并由555進(jìn)行高頻調(diào)制，以減小觸發(fā)脈沖變壓器的體積。本觸發(fā)電路具有抗干擾能力強(qiáng)、延時(shí)準(zhǔn)確、調(diào)試方便、觸發(fā)可靠、功耗低及體積小的優(yōu)點(diǎn)。

2、單相橋式并聯(lián)逆變電路

并聯(lián)逆變器的基本線路如圖所示。圖中V7—V10組成了個(gè)橋式逆變電路，Ld為直流濾波電感，Lr為感應(yīng)爐等電路，C為補(bǔ)償電容，由L、r、C組成個(gè)并聯(lián)諧振電路。Ld使整流橋輸出的直流電流連續(xù)，電流紋波減小，這樣可近似地把整流橋輸出電流看成平直電流。Ld的另個(gè)作用是限制中頻電流進(jìn)入工頻電網(wǎng)，起隔離作用；當(dāng)逆變失敗時(shí)，它也起限制浪涌電流的作用。逆變橋由四只橋臂構(gòu)成，每臂為只晶閘管和個(gè)限流電抗器串聯(lián)組成。限流的作用是限制逆變晶閘管導(dǎo)通時(shí)的電流上升率(di/dt),使它不超過允許的數(shù)值。如果橋臂中V7、V10和V8、V9輪流導(dǎo)通，便將直流Id逆變?yōu)樵谪?fù)載中流動(dòng)的電頻電流。

為使逆變器正常工作，其工作頻率應(yīng)高于負(fù)載諧振頻率。此時(shí)負(fù)載回路對(duì)輸入的中頻梯形電流中的高次諧波電流呈現(xiàn)低阻抗，對(duì)中頻梯形波電流中的基波電流呈現(xiàn)高阻抗，因而使輸出電壓接近正弦波。由于逆變工作頻率略高于負(fù)載諧振頻率，使晶閘管獲得定的換相關(guān)斷時(shí)間tj,從[圖5]可以看出，j也是負(fù)載功率因數(shù)角。從數(shù)學(xué)分析可知，中頻負(fù)載電壓對(duì)輸主直流電壓有如下關(guān)系：

UL=1.11Ud/cosj……（2）

為了提高輸出額定功率因數(shù)角，應(yīng)盡量減小tj,但tj的減小就意味著逆變晶閘管道關(guān)斷時(shí)間的減小，這不利于逆變器的可靠工作，加外通常加大換相關(guān)斷時(shí)間tf會(huì)增加晶閘管的電壓定額。因此需兩者兼顧，通常取j=30°左右。由于中頻電源負(fù)載參數(shù)(L、r)隨著工件的多少和工件溫度的變化而變化，因此負(fù)載頻率也是隨時(shí)間變化的。為了獲得恒定的引前時(shí)間以保證可靠換流，逆變頻率必須隨著負(fù)載諧振頻率而變，并始終略高于負(fù)載諧振頻率，這就是說，逆變觸發(fā)電路不能采用恒定的頻率的他激方式，而必須采用自激方式，即自動(dòng)跟蹤負(fù)載頻率。

逆變觸發(fā)同步信號(hào)是由中頻輸出電壓和補(bǔ)償電容電流的取樣信號(hào)合成的，該合成信號(hào)滯后于補(bǔ)償電容電流而超前于中頻輸出電壓，其過零時(shí)刻即為逆變觸發(fā)時(shí)刻