中频炉使用说明书通用样本.doc

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GWJ系列中频感应熔化炉

通
用
使
用
说
明
书

成都亚峰炉业有限责任公司

目录
第一部分: 中频感应熔化炉技术说明------------------------- 3
第二部分: 中频感应炉炉体使用说明------------------------- 4
第三部分: KGPS中频电源使用说明书----------------------13
第四部分: 操作说明及维护手册------------------------------ 24
第五部分: 产品执行标准及运行条件--------------------- ---28
第六部分: 中频炉系统安装说明------------------------------ 29
第七部分: 附图
1、 电气原理图 2、 主控板原理图

六脉波中心智能控制板

十二脉波中心智能控制板
第一部分 中频感应熔化炉技术说明-
一、 技术参数
1、 中频熔化炉主要技术参数:
型 号 规 格
额定容量
( t)
额定功率
( kW)
额定频率
( kHz)
额定电压
( V)
工作温度
( ℃)
熔化率
( t/h)
倾动方式
`GWJ-0.1-100/1( 铝壳)
0.1
160
1
750
1600
0.14
电动
GWJ-0.15-160/1( 铝壳)
0.15
160
1
750
1600
0.21
电动
GWJ-0.25-250/1( 铝壳)
0.25
250
1
1500
1600
0.35
电动
GWJ-0.35-250/1( 铝壳)
0.5
250
1
1500
1600
0.37
电动
GWJ-0.5-350/1( 铝壳)
0.5
300
1
1500
1600
0.48
电动
GWJ-0.5-500/1( 铝壳)
0.5
500
1
1500
1600
0.72
电动
GWJ-0.75-500/1( 铝壳)
0.5
500
1
1500
1600
0.72
电动
GWJ-1-500/1( 铝壳/钢壳)
1
750
1
1500
1600
0.72
电动/液压
GWJ-1-650/1( 铝壳/钢壳)
1
750
1
1500
1600
1.07
电动/液压
GWJ-1-1000/1( 铝壳/钢壳)
1
750
1
2400
1600
1.56
电动/液压
GWJ-1.5-800/0.5( 铝壳/钢壳)
1.5
800
0.5/1
2400
1600
1.28
电动/液压
GWJ-1.5-1000/0.5( 铝壳/钢壳)
1.5
1000
0.5
2400
1600
1.56
电动/液压
GWJ-1.5-1500/0.5( 铝壳/钢壳)
1.5
1500
0.5
2400
1600
2.35
电动/液压
GWJ-2-1000/0.5( 铝壳/钢壳)
2
1000
0.5
2400
1600
1.56
电动/液压
GWJ-2-1500/0.5( 铝壳/钢壳)
2
1500
0.5
2400
1600
2.35
电动/液压
GWJ-3-1500/0.5( 铝壳/钢壳)
3
1500
0.5
2400
1600
2.35
电动/液压
GWJ-3- /0.3/0.5( 铝壳/钢壳)
3

0.3/0.5
3000
1600
3.18
电动/液压
GWJ-5-2500/0.3/0.5( 钢壳)
5
2500
0.3/0.5
3000
1600
4.03
液压
GWJ-7-3000/0.3/0.5( 钢壳)
7
3000
0.3/0.5
4000
1600
4.84
液压
GWJ-10-5000/0.3/0.5( 钢壳)
10
5000
0.3/0.5
4000
1600
7.45
液压
2、 设备运行要求:
海拔高度: ＜3000m
环境温度: 5-42℃
相对温度: ＜90%( 平均温度不低于20℃)
环境要求: 周围无导电尘埃, 爆炸性气体及严重破坏金属和绝缘的腐蚀性气体无明显的震动和颠簸
安装方式: 户内
二、 控制技术特点简介
1. 为并联逆变器研制开发的第五代智能控制器, 已广泛应用于各种金属的熔炼、 保温及感应加热设备的电源控制。
2. 控制器为单板全集成控制板, 采用数字触发, 具有可靠性高、 精确性高及调试容易, 继电元件少。
3. 先进的扫频式类它激、 零电压启动技术, 启动成功率达100%。
4. 逆变控制参考美国( ABB、 pillar、 Ajax) 公司、 日本富士电机等国外先进控制技术。自行开发的逆变控制技术, 具有极强的抗干扰能力。
5. 自动跟随负载变化, 运行时具有非故障性的自动再启动功能以及功率自动调节功能。
6. 具有理想的限流、 限压, 特有的关断时间或逆变角控制, 保证设备可靠运行。
7. 具有完善的多级保护系统( 水压、 缺相、 欠压、 过流、 过压、 关断时间、 直通、 操作联锁等) 。
8. 具有较高的变频效率1000 Hz及以下大于96%。
第二部分 中频感应炉炉体使用说明
一、 结构简介
1. 炉体部分
中频炉机械部分由炉体、 水电引入系统、 倾炉装置等组成。
1.1炉体
炉体包括炉壳、 感应器等。
1.1.1 炉壳
由两半铸铝炉壳型连接而成, 具有刚性好, 结构紧凑, 维修方便等优点, 其回转轴承孔一次加工而成, 确保了同心度, 使炉壳及回转轴在倾炉过程中不会因不同心而变形。
1.1.2 感应器
感应器是炉体的心脏, 它不但直接影响到炉体功率的吸收, 其设计的合理性及制造质量直接影响到炉衬使用寿命。由我们生产的感应器具有以下特点:
a) 感应器参数由计算机进行优化设计, 得到一组最满意的技术参数, 供设计人员进行结构设计。
b) 感应器均采用厚壁优质T2紫铜管, 在专用绕制设备上绕制成型, 在工艺及设备上保证了制造质量及线圈内壁的平整性, 进一步提高了炉体的使用寿命。
c) 感应器匝间距经过足够数量的环氧立柱加以固定, 使感应线圈成为一体, 从而减少工作时的震动和噪音。
1.2水电引入系统:
炉体水路互相并联, 一般采用开启式软化水冷却。( 见水系统原理图)
1.2.1 水电引入均采用后出线形式, 减少了线路损耗, 提高了水冷电缆的使用寿命。
1.2.2水系统内在总进水管上应装有压力传感器, 以便调整各冷却支路的水流量, 保证设备的正常运行。
1.2.3水冷电缆采用冷压成型工艺与铜绞线压接。这种方式连接坚固, 接触电阻小, 不损伤铜绞线并可快速更换, 能承受0.5Mpa的水压而不泄漏或破裂。
1.3倾炉系统
倾炉机构采用蜗轮蜗杆减速机( 电动、 手动) 。
2. 中频电源简介:
2.1中频电源电柜: 采用上进下出线。柜内布置简洁合理, 主电路与控制电路隔离, 易损件更换方便, 有必要的安全保护措施。
2.1.1主电路: 本电源采用可控硅并联谐振电路, 它具有可靠性高, 保护容易, 且逆变桥对触发脉冲有一定的容错能力, 较之串联谐振电路和IGBT电源易于实现短路保护, 是国外大公司首选的电源结构。
逆变可控硅选用国产品牌, 电流电压的储备数≥2.5倍, 整流元件选用国产品牌, 所有可控硅都是经过严峻的72小时连续高温阻断和全动态测试, 使装机元件具有极高的可靠性; 对元件的外部吸收参数进行瞬间动态优化筛选, 从而使换相尖峰电压对元件造成的不可逆劣化减少到最小, 从根本上提高了设备的使用寿命。
2.1.2补偿电容器: 选用国产品牌产品——新安江电力电容器厂生产的专用大容量电热电容器, 使成套设备占地面积尽量缩小。
2.1.3控制回路:
( 1) 采用全数字超大规模集成电路、 单板结构, 所有器件都经过高温老化筛选。控制电路采用数字控制, 抗干扰能力强, 除完成常规的整流、 逆变、 过压、 短路、 限流、 限压的控制功能外, 还带有故障自诊断功能和故障延时功能。
( 2) 采用零电压智能扫描启动电路, 确保带坩锅模启动和满炉、 冻炉启动的可靠性; 同时具备常规的自动重复启动功能。
( 3) 输出功率连续可调, 以满足烘炉、 熔化、 升温、 保温的需求。
( 4) 专门设计的逆变角控制环路, 可根据负载工况, 经过控制逆变角实时调整等效负载阻抗, 使电源和负载处于最佳匹配, 使电源一直处于可能的最大出力状态, 功率因数可达0.95以上, 最大限度地发挥了设备的出力。这样在整个工艺允许的工况范围内, 设备可达到恒功率输出, 加快了熔化速度; 达到额定温度后, 可实现自动保温, 节约了电能。
( 5) 输出功率的调节只需一只电位器, 实现了”傻瓜”操作, 避免了由于误操作损坏设备。在生产过程中也无需对电源状态进行专人值守和除功率给定以外的其它操作。
( 6) 电压、 电流采用双闭环无差控制, 不但可克服电网波动和负载变化的扰动, 而且在限压限流工况时为无差调节, 没有传统截压、 截流工况所造成的设备出力损失。
二、 使用说明书
1、 用途:
本产品用于熔炼及保温各类铸铁、 铸钢, 本说明书适用于0.15～5tGWJ系列( 铝壳炉体) 中频无芯感应熔炼炉和GWJB系列中频无芯感应保温炉。
2、 产品技术参数: 见相应规格的电炉总图”主要技术参数”表。
3、 技术要求:
3.1 产品应符合GB100673,JB4280标准中的有关规定及本企业标准要求。
3.2 产品在下列条件正常工作;
3.2.1 海拔不超过3000米;
3.2.2环境温度在+5～40℃
3.2.3相对湿度90%;
3.2.4工作场所没有导电性尘埃和对金属绝缘材料破坏作用的腐蚀性气体;
3.2.5冷却水质及要求:
ａ、 PH值在6～9范围;
ｂ、 硬度不大于10°G( 1°G等于1公斤水中含有10mgCaO当量) ;
ｃ、 总固体含量≤250mg/l;
ｄ、 电阻率要适当的高, 不同工作电压下的值为:
工作电压 V
水的电阻率Ω－cm≥
～1000

＞1000～
6000
＞ ～3000
14000
ａ、 对于中频电源的二次冷却水必须进行过滤, 消除水质中的各类杂质, 以免堵塞冷却管道引起事故。
ｂ、 进水温度+5～35℃; 出水温度不超过55℃; 进水压力0.2～0.４Mpa。
4、 工作原理:
本产品的工作原理就是电磁感应定律的实际应用之一。我们将感应器作为一次线圈, 坩埚中的金属作为二次线圈。当给感应线圈通上交流电时就产生交变磁通, 此磁通的大部分交链着坩埚中的金属炉料, 于是在炉料中产生感应电势, 又由于炉料是导体且呈闭合回路, 在该感应电势的作用下产生强大的感应电流I, 又由于电流的趋表效应和炉料有电阻R, 因此产生大量焦耳热, 从而使炉料加热以至熔化。用电热转换公式表示如下:
热能公式: W=I2Rt (焦耳)
热能公式: Q=0.239I2Rt (卡)
式中: I为炉料中的电流A; R为炉料电阻Ω; t为通电时间sec。
5、 炉衬材料、 筑炉和烧结:
　　5.1 本系统安装尽管不是很复杂, 但要求很高。这是因为工作场合特殊的缘故——强大的电能、 水流、 高温熔化金属及油压系统等皆工作在一个十分紧凑的矛盾环境中, 特别是炉衬制造质量、 维护水平及操作人员的责任心都会影响炉衬寿命, 甚至于发生漏炉, 加之操作不当, 严重的话, 还会引起金属喷溅和爆炸事故。因此, 必须引起高度重视、 这里仅就容易发生毛病的炉衬问题加以说明。炉衬必须能耐高温, 有很高的高温机械强度、 良好的热化学稳定性和电气绝缘性能。另外, 还必须有较小的热膨胀系数, 耐剧冷剧热性能好。( 线圈耐火胶泥必须充分干燥)
　5.2 铸铁熔化常见石英砂做炉衬, 按一定粒度配比, 加入适量硼酸做粘结剂, 然后搅拌均匀即可用。对石英砂要求碱性杂质少, 金属氧化物少, 石英含量要高, 其成分如下:
SiO2 98.7～99.3%
Al2 O3 0.3～0.5%
Fe2 O3 0.01～0.3%
TiO2 0.05～0.15%
石英砂中应无夹杂物,并经手拣和磁选,过筛后在120℃左右烘干5～6h,除去水分( 一般含量0.5%左右) 。
石英砂粒度配比: 粗颗粒在炉衬中起骨架作用, 增加炉衬强度; 细颗粒起填充和粘结作用。为了获得更高致密性的炉衬, 根据生产实践, 推荐采用以下配方, 供参考:
6 —8目: 30%; 10—20目: 20%; 40—70目: 15%; 70—140目: 15%; 200—270目: 20%
外加工业硼酸1.2～1.8%, 工作温度越高硼酸量越小, 一般的配比: 炉底0.5～1.0%; 炉壁1.5～1.8%; 炉口1.8～2.0% 。
5.3 炉衬结构一般如下图所示, 铺设顺序由外向里逐次进行( 具体见提供的”炉体”图纸) 。
每层接缝处搭接宽度30～40mm, 应铺得紧贴外层, 然后轮番用”涨圈”固定, 不使下滑脱落。
5.4 打结料必须搅拌均匀, 防止杂质混入和二次吸潮。近年来国内已能提供专用各种石英砂混合料, 为密封袋包装, 能够较长期保存, 用户可直接用此炉料, 不必再行搅拌, 且料中含有硼酸, 烘炉时间缩短。
5.5 筑炉工具:
筑炉工具有手工和电动两种。
前者需自制, 常见手工筑炉工具有钢叉、 平锤等。:
”手工—电动”筑炉机, 用的钢叉与平锤比上图大些, 将电振机头与钢管连接, 1-2人操作, 比手工效率高一倍以上。
还有部分机械化大型筑炉机”电动、 气动”, 效率更高, 只要准备工作充分, 全部筑炉时间在0.5～1.5小时内全部完成, 且质地均匀。
5.6 手动筑炉:
5.6.1 炉底: 先将”第一电极”束好, 留出足够长度后, 其余部分穿入炉底孔中并用石棉绳塞紧, 用砂浆充填封口。炉底分层, 填沙捣打, 第一层铺100mm厚, 以后每层铺60～80mm, 用钢叉捣打, 由4～5人同时进行。由于各人捣打有差异, 故要求一边捣打, 一边绕炉口移动, 连续捣5～6遍再用平锤捣实, 然后扒松表层, 续填下一层沙, 这样做不易分层。
5.6.2 炉壁: 炉底打到比预定厚度高出20～30mm时, 将多余部分铲掉刮平, 用水平仪校正炉底水平, 检查至炉顶尺寸, 再用平锤捣一遍, 将第一电极外露50mm剪断, 放入坩埚钢模。找正中心, 并用木楔将其固定( 对于7～10吨以上坩埚模可分成两段, 便于手工打结) , 开始打结炉壁。因为炉壁比炉底薄得多, 经受温差变化大, 铁水冲刷剧烈, 因此要特别致密地捣打。炉口部位300mm以上另加上水玻璃溶液( 1: 1) 5～6%。每层打结方法同上。
5.7 烘炉与烧结:
烘炉与烧结炉衬是获得优良高温强度的一个重要环节。烧结工艺是根据是石英砂的多晶转化特性和炉子的容量决定的。
5.7.1 为了供用户制定炉衬烘炉烧结工艺规程, 这里给出”石英砂—硼酸”系炉衬烘炉过程中的转化和升温速度原则, 供参考:
温度℃
炉衬的内部变化
升温速度原则
＜500
主要是排除水分, 包括硼酸变为硼酐放出的结晶水
炉衬松散状, 水蒸汽易透出, 但炉衬四周妨碍蒸汽外逸, 前期速度可快点, 在400℃左右保温排气1h
500～650
硼酸开始变化, 低温石英开始转变, 周界出现液相
防止硼酸蒸发转移, 应加快升温速度
650～850
无石英转变
考虑炉衬均温, 继续快速升温
850～1250
石英开始向鳞石英转变但不激烈, 进入初步烧结
减慢升温速度
＞1250
石英激烈转变为鳞石英, 在1470℃又向方石英转变
膨胀开裂倾向很大, 应慢速升温, 在1500℃～1550℃保温2～3h
必须指出: SiO2多晶转变是十分缓慢的, 即使烘炉烧结完成, 那也是表层很薄一层, 经过加厚至10～30mm, 这与炉温有关。靠近感应器为松散层, 靠铁水为烧结层, 中间为过渡层。这一结构特性能防止透烧开裂, 能保持炉衬整体性和可靠性, 对不断促使炉衬致密化是十分有益的, 这是其它一般耐火材料所不具备的优点。
烘炉烧结的要领是: 低温缓慢升温, 高温满炉烧结, 炉料要求低碳少锈。整个过程分三个阶段进行。
5.7.2 烘炉阶段: 坩埚模到达1100℃以前, 必须缓慢加热, 以便硼酸中的结晶水( 约占重量43%) 和炉衬材料中的水分慢慢排出炉外。另外, 还因为石英在573℃、 867℃和1025℃时有多晶转变, 引起体积膨胀, 在此区间缓慢加热能够使局部膨胀应力分散开, 裂纹少, 故升温速度以100～140℃/h为宜, 需9～12h。
5.7.3 熔化阶段: 当坩埚模的温度达1100～1200℃时陆续加入小块料, 为减小炉温波动过大, 每次投料不宜过多, 以200～400kg左右为宜, 当全部熔化使铁水面上升至炉口250mm左右为止。此阶段前期( 未熔化) 功率较高, 约为60%额定功率, 可使炉料迅速升温, 降低炉衬温差。待全部熔化前, 应立即降低功率减少冲刷力继续升温, 需时约5h以上。
5.7.4 烧结阶段: 继续升温至1550℃左右后保温2～3h, 以使炉衬在高温成具有足够强度的硬壳, 然后倾出全部铁水, 检查炉衬表面烧结状况, 在返回1/2炉铁水, 加料连续熔化至少2～3炉方可停炉。在此阶段中, 由于炉衬中仍含有水汽, 防止对感应圈绝缘的影响, 炉衬强度较差, 减少金属液搅拌冲刷的危害, 因此送电功率不超过75～80%额定功率, 谨记。
5.7.5 保温、 冷却: 炉子保温或空炉冷却时, 应盖好炉盖, 周围封严, 减少供水量, 以便炉衬缓慢冷却达到均匀收缩, 减少裂缝。
5.7.6 利用其它炉子的低温铁水烧结炉衬: 在有条件的工厂, 为了减少重复加料温降, 能够采用坩埚钢模未熔化前注满铁水( 其它炉子的铁水) , 用低功率升温, 其它同前。
注意: 炉温＜500℃时热偶要贴靠坩埚模, 之后再移至炉膛中心。还有, 烘炉曲线是经过调节功率和断续送电二者配合来达到的。
5.7.7 烘炉烧结参考曲线: 根据以上原则和实践, 制定如下烘炉曲线, 供参考。

说明: 曲线A适于1.5～3t炉; 曲线B适于5～10t炉, 其它炉型可参考此原则制定。这里影响时间长短的因素主要取决于排除炉衬水分量和陆续加料容量大小。例如, 20吨炉总时间在60h以上。
曲线上 0—a为升温段;
曲线上 a—b为重复加料段;
曲线上 b—c为加热熔化段;
曲线上 c—d为过热段;
曲线上 d—e为保温初步烧结段。
5.7.8坩埚模的推荐尺寸(参考):
炉体吨位(吨)
0.1
0.15
0.25
0.35
0.5
0.75
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
5.0
感应器内径mm
360
380
420
480
580
620
720
760
820
860
920
1140
坩埚平均直径mm
220
240
280
330
420
460
540
550
580
620
650
860
6.养护运行及维护保养注意事项:
炉子烧结完成后, 即可投入正常运行。炉子运行中最易出问题的多在炉衬寿命方面, 要求操作人员责任心强, 作风严细, 时刻注意检查炉衬工矿, 保持整个系统处于良好状态。
7.1倾炉系统要定期注入润滑油。
7.2冷却水温升状况, 当用自来水时应定期检查线圈、 电缆内部结垢情况, 当结垢0.5mm以上时应用5%的HCl循环清洗。
7.3定期检查炉体接地是否正常＜4Ω。
7.4经常检查炉衬侵蚀程度, 做到及时修补, 才能延长炉衬寿命, 达到经济运行。
7.5当拆除炉衬时, 为了保护线圈绝缘, 钢钎不可垂直打衬, 最好在炉口左( 或右) 方300mm处自上而下拆穿, 然后向外扩展。不少单位由于拆衬方式不正确, 造成线圈损伤以至变形报废。
7.6在运行过程中或空炉时, 坩埚温度仍很高, 应减少炉盖的开启次数和时间, 以减少热损失和炉衬急冷裂纹。
7.7设备转动部位应定期加足润滑油。
7.8经常检查感应器、 电缆、 汇流铜排及电气室母线等各接头处螺栓是否松动, 保证导电部位接触良好, 并定期除尘, 保持清洁。
7.9经常检查感应线圈紧固情况, 防止松动。
7.10若炉子较长时间内停止使用, 应吹出内存冷却水, 防止感应线圈和管道生锈( 在寒冷季节还防止冻裂线圈和管路) 。
8.安全注意事项:
中频感应熔铁炉是高温用电设备, 安全至关重要, 应制定严格操作规程和交接班记录, 采用必要的安全措施。
8.1铁水不可过温, 否则, 炉衬寿命会急剧下降。
8.2为了防止炉衬机械损伤, 空炉加料时应先加纤细小料, 然后大料。加大料时, 必须轻轻加入, 不得扔、 丢, 以免损坏炉衬, 引起漏炉, 发生事故; 同时尽量避免热态空炉情况下装满冷料, 造成炉衬裂缝。
8.3剩余铁水熔炼, 不但效率高, 炉衬寿命也高。
8.4为了防止铁水飞溅, 不可加入潮湿和封闭空腔炉料。
8.5防止铁水面”结壳”。造成原因是加料前铁水温度太低或加料过多, 料表面过大( 纤细、 屑料等) 。一旦发现”结壳”, 应立即将炉体倾起20°左右, 继续送电, 化开”结壳”前沿。
8.6”冻炉”, 由于某种原因( 结壳不化、 突然停电) 发生整炉铁水凝固, 需拆炉衬。如炉底少量凝固, 视情况可不拆炉衬, 来电后化开, 但对炉衬不利。
8.7应急措施: 应急水源或应急电源( 动力、 照明) 或应急液压泵, 用户根据生产规模和供电质量予以考虑。
8.8炉子正下方向设有炉前事故坑, 砌耐火砖, 一旦发生漏炉, 铁水会迅速流向炉前坑。同时, 炉子后侧油管应加以遮蔽保护。
8.9定期检查各冷却管道连接处有无渗漏及流通不畅, 特别是中频电源冷却部分, 以免造成可控硅晶闸管损坏。
8.10在需要切断整个电源的时候, 必须先切断中频柜, 然后再切断低压柜电源。
8.11安全设施: 炉子地下室及电气室根据带电、 大量油液存在的工况, 应分别选用不同消防器具。炉前工、 电气操作工必须学会使用以上工器具, 以保及时迅速的消除事故, 工人应有防护用品; 电气室的操作部位地上铺绝缘橡胶板, 易触电部位设防护罩等。
第三部分、 KGPS-1000/0.5S中频电源使用说明书
一、 用途:
晶闸管变频装置, 是将三相工频交流电能转化为单相中频电能的静止变频装置。本装置采用并联逆变电路, 因此负载适应能力较强, 能够作为感应透热、 熔炼、 淬火及其它感应加热设备的供电电源。
二、 型号和含义
晶闸管变频装置系列, 根据不同的用途, 以不同的代号表示。
KGPS的含义是可控硅变频水冷装置, 型号含义如下图:
KGPS

频率( kHz)
功率( kW)
可控硅变频水冷装置
三、 常见KGPS系列变频装置参考数据
型号

参数
KGPS系列中频电源
100
160
250
350
500
800
1000
1500

3000
5000
额定功( KW)
100
160
250
350
500
750
1000
1500

3000
5000
频率( KHz)
1-8
1-8
1-8
1-8
0.5-4
0.5-1
0.5-1
0.5-1
0.2-0.5
0.2-0.5
0.2-0.5
输入电压( V)
三相380V 50Hz
三相660V 50Hz
三相1000V 50Hz
输入电流( A)
180
280
450
630
900
800
990
1500
2400

3300
直流电压( V)
500
890
1350
直流电流( A)
220
320
500
700
1000
900
1100
1680
2700
2200
3700
输出电压( V)
750
1250

四 、 常见KGPS系列变频装置结构与安装简介
1、 结构简介
1.1 该装置系柜式结构, 功率在250KW以下装置的外形尺寸为1800×1200×800( mm) ; 350-750KW的装置尺寸为1800×1200×900( mm) ; 1000KW以上, 根据使用条件及功率等级要求另行设计。
1.2 该装置正面仪表门上一般有直流电压表、 直流电流表、 中频电压表、 进线电压表等。门上有控制电源指示、 中频运行指示、 故障指示; 有交流合闸、 交流分闸、 中频启动、 中频停止按钮; 有控制电源开关和功率调节旋钮。( 1吨以上的熔化炉电源上还装有漏炉报警装置) 。
1.3 柜内正面左侧从上至下为整流桥和逆变桥; 右侧从上至下分别为低压断路器、 电流互感器、 进线电感、 水压继电器等。背面左侧为平波电抗器、 中间为进水积水器, 右侧从上至下为换流电感、 进水积水器。
1.4 逆变晶闸管的触发脉冲变压器, 都靠近元件安装, 并有发光管作为脉冲指示, 控制电路采用我单位研制的中频电源中央控制器。
1.5 中频电容器的安装, 分柜式和架式两种, 按负载大小及装置容量不同而定。
2、 简介
2.1 本装置对安装基础无特殊要求, 但安装环境应参照本装置使用条件选择。为便于检修, 柜体与周围墙壁应保持1m以上距离, 以保证柜门能方便开启。
2.2 本装置的三相电源进线和中频输出线, 均从柜底电缆地沟出入。导线截面根据容量参照本装置的技术数据选择, 所有导线的连接处, 应保持良好的接触。
2.3 本装置柜内底座有接地螺栓, 安装时必须注意良好的接地。
2.4 KGPS变频装置的水冷系统上水管直径一般为1.5～2寸, 开路冷却的下水管道直径应略大于上水管道直径; 闭路冷却系统上、 下水管道直径相同。上、 下水管道均从柜外地沟引入, 与分水器连接; 供水压力为≥0.2Mpa。
2.5 一般来说, 负载与变频器柜安装的距离越近越好, 不应超过15m, 以减少线路损耗, 使负载获得最大功率。
2.6 电源冷却水装置, 原则上应采用纯水装置, 没有纯水装置的, 需适当增加进水流量, 功率在800KW以上的设备, 均应配备适当容量的纯水冷却装置。
2.7 本装置三相进线铜芯电缆( 或铜排) 、 中频输出铜排单根截面积选择参考下表:
型 号
参 数
KGPS系列中频电源
100
160
250
350
500
750
1000
1500

额定功率( KW)
100
160
250
350
500
750
1000
1500

中频频率( KHz)
1～8
1～8
1～8
1～8
0.5～4
0.5～1
0.5～1
0.5～1
0.2～1
额输入电压( V)
三相380V、 50Hz
三相660V、 50Hz
进线电缆截面积( MM2)
60
( 3X30)
90
( 3X30)
180
( 4X50)
240
( 4X60)
280
( 5X60)
380
( 5X80)
300
( 5X60)
420
( 6X80)
600
( 8X80)
电源到电容器输出铜排面积( MM2)
5X40
5X50
5X60
6X60
6X80
6X100
6X60
6X80
6X100
电容器到炉体输出铜排面积( MM2)
5X100
6X120
6X100
6X80
( 2并)
6X100
( 2并)
6X150
( 2并)
6X120
( 2并)
6X180
( 2并)
6X250
( 2并)
注: 1.中频输出铜排采用两根并联时, 应按正负交叉连接。
2.变频器工作频率为大于4KHz时, 截面积按上表的1.2倍选择。
五、 变频器主电路简介
图一是变频器的主电路原理图, 主要由整流器( VT11-VT16) ,滤波器( LF) , 逆变器( VT21-VT24) ,并联负载( L、 C) 组成。整流器是将三相工频交流电转化成直流, 滤波器是为了滤除整流电流纹波, 并在整流和逆变之间隔离不同的纹波电压, 逆变器将直流再变为单相中频交流, 由线圈和补偿电容组成并联谐振负载。
零压启动是指在启动过程中, 负载电压和电流是从零开始逐渐增长的一种软启动方式, 该启动方式对电网的电流冲击几乎为零。

图一: 主电路原理图
图二是滤波电感之前的整流输出电压波形, 各种波形分别对应于相控角α为0°、 30°、 60°、 75°。

图二: 整流输出电压波形
图三是逆变器各部分的正常工作波形。图中( a) 和( b) 分别是两个对角桥臂晶闸管的门极脉冲波形; 图( c) 是逆变晶闸管电流波形, 图中r是换相角; 图( d) 是逆变输出电流波形, 图中虚线是基波正弦波; 图( e) 和图( f) 分别是两对桥臂上晶闸管阴阳极之间的电压波形, 波形中电压为零的部分是晶闸管导通区, 波形中负电压的宽度δ/ω是供晶闸管关断的恢复时间, 此时间必须大于晶闸管的关断时间, 才能保证逆变器可靠工作; 图( g) 是逆变桥直流侧的电压波形; 图( h) 是逆变输出的电压波形, 图中ø为逆变输出电流超前输出电压的相位角。

图三: 逆变桥工作波形图
六、 控制电路
触发控制电路集成在一块印刷电路板上(U)。从工作原理上分为整流触发工作原理( 包括脉冲板) 、 调节器工作原理、 逆变工作原理。
1整流触发工作原理
这部分电路包括三相同步、 数字触发、 末级驱动等电路。触发部分采用的是数字触发, 具有可靠性高、 精度高、 调试容易等特点。数字触发器的特征是用计数( 时钟脉冲) 的办法来实现移相, 该数字触发器的时钟脉冲振荡器是一种电压控制振荡器, 输出脉冲频率受α移相控制电压Vk的控制, Vk降低, 则振荡频率升高, 而计数器的计数量是固定的( 256) , 计数器脉冲频率高, 意味着计一定脉冲数所需时间短, 也即延时时间短, α角小, 反之α角大。计数器开始计数时刻同样受同步信号控制, 在某一相电压的过零点开始计数。现假设在某Vk值时, 根据压控振荡器的控制电压与频率间的关系确定输出振荡频率为25KHZ, 则在计数到256个脉冲所需的时间为( 1/25000) ×256=10.2( mS) , 相当于约180°电角度, 该触发器的计数清零脉冲在同步电压( 线电压) 的30°处, 这相当于三相全控桥式整流电路的β=30°位置, 从清零脉冲起, 延时10.2mS产生的输出触发脉冲, 也即接近于三相桥式整流电路某一相晶闸管α=150°位置, 如果需要得到准确的a=150°触发脉冲, 能够略微调节一下电位器( W4) 。显然, 有三套相同的触发电路, 而压控振荡器和VK控制电压为公用, 这样在一个周期中产生6个相位差60°的触发脉冲。
数字触发器的优点是工作稳定, 特别是用HTL或CMOS数字集成电路, 则能够有很强的抗干扰能力。
IC16A及其周围电路构成电压频率变换器VFC, 其输出信号的频率随调节器的输出电压VK而线性变化。这里微调电位器( W4) 是最低输出频率调节( 相当于模拟电路锯齿波幅值调节) 。
三相同步信号直接由晶闸管的门极引线K4、 K6、 K2从主回路的三相进线上取得, 由R23、 C1、 R63、 C40、 R102、 C63进行滤波及移相, 再经6只光电耦合器进行电位隔离, 获得6个相位互差60度、 占空比略小于50%的矩形波同步信号的输出( IC2C、 IC2D、 IC7C、 IC7D、 IC11C、 IC11D) 。
计数器IC3, IC8, IC12( 4536) 构成三路数字延时器。三相同步信号对计数器进行复位后, 对电压频率变换器的输出脉冲计数, 每计256个脉冲便输出一个延时脉冲, 因计数脉冲的频率是受VK控制的, 因此, VK控制了延时触发脉冲的延时时间。
计数器输出的脉冲经隔离、 微分后, 变成窄脉冲, 送到后级的LM556, 它既有同步分频器功能, 亦有定输出脉宽的功能。输出的窄脉冲经电阻合成为双窄脉冲, 再经晶体管放大, 脉冲变压器输出, 送给整流晶闸管门极。
2调节器工作原理
调节器部分共设有四个调节器: 电压调节器、 电流调节器、 阻抗调节器、 逆变角调节器。 其中电压调节器、 电流调节器, 组成常规的电流、 电压双闭环系统, 在启动和运行的整个阶段, 电流环始终参与工作, 而电压环仅工作于运行阶段; 阻抗调节器从输入上看, 它与电流调节器LT2的输入完全是并联的关系, 区别仅在于阻抗调节器的负反馈系数较电流调节器的略大, 再者就是电流调节器的输出控制的是整流桥的输出直流电压, 而阻抗调节器的输出控制的是中频电压与直流电压的比例关系, 即逆变功率因数角。
● 电压调节器
中频电压互感器过来的中频电压信号由114和115(Uac)输入后分为两路, 一路送到逆变部分, 另一路经D7—D10整流后, 又分为三路, 一路送到电压调节器; 一路送到过电压保护; 一路用于电压闭环自动投入。电压PI调节器由IC13A组成, 其输出信号由IC13D进行钳位限幅。IC13C和IC21C组成电压闭环自动投入电路。
● 电流调节器
内环采用了电流PI调节器, 控制精度在1%以上, 由主电路交流互感器取得的信号, 从I1, I2, I3输入, 经二极管三相整流桥( D11-D16) 整流后, 再分三路, 一路作为电流保护信号, 一路作为电流调节器的反馈信号, 一路作为阻抗调节器的反馈信号。由IC17B构成电流PI调节器, 然后由IC17B隔离, 控制触发电路的电压---频率转换器。
● 阻抗调节器与逆变角调节器
阻抗调节器由IC17C构成, 它与电流调节器是并列的关系。用于控制逆变桥的引前角, 其作用可间接地达到恒功率因数, 或者提高整流桥的功率因数。IC19B构成逆变角调节器, 其输出IC19C为嵌位限幅。调节器电路的工作过程能够分为两种情况:
a)在直流电压没有达到最大值的时候, 由于阻抗调节器的反馈系数略大, 阻抗调节器的给定值小于反馈量, 调节工作器工作于限幅状态, 对应的为逆变最小θ角, 最小θ角调节有小角度电位器( W3) 调节, 调节范围为0-32度。此时可认为阻抗调节器不起作用, 系统完全是一个标准的电压, 电流双闭环系统;
b)直流电压已经达到最大值, 电流调节器开发始限幅, 不再起作用, 电压调节器的输出增加, 而反