供應(yīng)串聯(lián)電路中頻電源柜

節(jié)電大功率可控硅串聯(lián)逆變中頻電爐 引言    90年代我國工業(yè)飛速發(fā)展，大容量、高功率，低能耗的中頻電爐越來越被人們所關(guān)注，尤其在鑄造領(lǐng)域中，中頻電爐能提供高質(zhì)量的鐵水和鋼水，便于在熔化過程中控制溫度和化學(xué)成份，因此近年大量引進(jìn)國外制造的大容量可控硅中頻電爐，已達(dá)數(shù)百臺之多，幾乎國內(nèi)上規(guī)模的機(jī)械制造廠、機(jī)床廠、汽車制造廠的高端技術(shù)市場都被國外廠商占有，，目前國內(nèi)產(chǎn)品比較國外，在控制技術(shù)上，按裝工藝上仍有相當(dāng)差距。   鑄造廠的傳統(tǒng)熔化設(shè)備沖天爐，出鐵溫度低，鐵水在爐中增碳較多，不易生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄鐵件，且沖天爐嚴(yán)重污染環(huán)境，在城市區(qū)域內(nèi)不容許存在，目前國內(nèi)鑄造用焦價(jià)格猛漲，與中頻電爐熔化成本相當(dāng)。因此大容量中頻電爐是鑄造廠節(jié)能、、清潔環(huán)保型熔化設(shè)備，所以我們研制，開發(fā)大熔量高功率的中頻電爐起點(diǎn)高，技術(shù)指標(biāo)以國外進(jìn)的電爐為目標(biāo)。 一、元器件的選擇 目前已經(jīng)研制成功的具有一拖二功能的可控硅中頻熔化爐，是節(jié)電的熔化設(shè)備。   我國電器工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前按裝大容量中頻電爐元器件己具備相當(dāng)條件，大電流耐高壓可控硅，高壓電熱電容己能生產(chǎn)，滿足需求。   中頻逆變電源的開關(guān)元件，目前有二種，可控硅SCR和絕緣柵雙極型場效應(yīng)晶體管IGBT，根據(jù)國外文獻(xiàn)所載，大功率，較低頻率(<1 000Hz)的逆變電源，選用可控硅的關(guān)閉時(shí)間要求較低，TOT可以在5 0～60微秒級，這樣硅片的厚度可以厚些，可控硅的耐壓便可以提高，且可控硅的價(jià)格比IGBT低得多，．而且工作穩(wěn)定性和可靠性比IGBT高，我們設(shè)計(jì)的逆變器選用 KK2500A／2 5 00V可控硅。目前上技術(shù)進(jìn)、規(guī)模的美國應(yīng)達(dá)電爐公司仍采用大功率可控硅組裝。   圖1依據(jù)功率和頻率選擇逆變開關(guān)元件    IGBT特別適用于頻率高，功率較小的變頻加熱設(shè)備，如小容量中頻真空熔煉爐，工件表面淬火和小件透熱等。目前國內(nèi)200A以上的IGBT都需依賴進(jìn)口，還受到出口國的限制，容量為800A／1 5 0 0V。組裝大功率電源時(shí)，不得不把I GBT串聯(lián)后再多組并聯(lián)，對用戶來說，元件損壞時(shí)就得長期依賴于設(shè)備制造廠商供應(yīng)備件，根據(jù)圖1我們選用國產(chǎn)大功率可控硅是合理的。  二、串并電路的比較 國內(nèi)外中頻感應(yīng)電爐主要有二種類型，并聯(lián)逆變和串聯(lián)逆變二類，過去由于我國不能生產(chǎn)高壓諧振電熱電容和大功率高壓可控硅，所以普遍生產(chǎn)并聯(lián)諧振型中頻爐，現(xiàn)在由于近二年元器件在技術(shù)上已有所突破，所以一些電爐制廠商都競相爭雄開發(fā)串聯(lián)型中頻電爐。   并聯(lián)逆變是電流型諧振(a)振蕩回路中的電流I是電源供給電流i的Q倍Q為回路品質(zhì)因素，通?？蛇_(dá)6以上，因此電流I在諧振回路內(nèi)很大，負(fù)載線圈L，電容C，以及銅排內(nèi)發(fā)熱損耗很大。   串聯(lián)逆變是電壓型諧振(b)，回路中的電流與電源供給的電流相等，而在電容C和負(fù)載線圈上的振蕩電壓為電源電壓的Q倍，可高達(dá)2 5 00VAC以上。由于諧振回路電流I等于通過可控硅的電源電流i。所以串聯(lián)逆變較并聯(lián)逆變回路中的電能損耗要小得多，因此串聯(lián)逆變電爐電效率大大高于并聯(lián)逆變電路。圖2 串并聯(lián)諧振電路     三，一拖二工作原理   運(yùn)行方式采用一拖二，一拖二即一套整流電源帶動二套逆變裝置運(yùn)行，也可以任何一套逆變裝置單獨(dú)運(yùn)行，供電給A爐或B爐，雙供電一拖二功能，特別適用于中小鑄件大批量連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行，任意一臺電爐高功率熔化作業(yè)，另一臺爐體可保溫或?qū)⒗淞项A(yù)熱，功率按需任意分配，二臺電爐的使用功率總和恒定不變，即                        總功率P總=PA+PB     兩臺電爐連續(xù)交替熔化和保溫澆鑄，同時(shí)運(yùn)行，可使電源始終在滿功率下運(yùn)行，以此提高電爐的熔化生產(chǎn)率，圖3為一拖二方塊圖。        圖3   一拖二電路方塊示意圖 串聯(lián)逆變電源工作時(shí)，整流始終在全導(dǎo)通情況下工作，改變逆變回路輸出功率是靠控制逆變觸發(fā)脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)。且負(fù)載電流為正弦波，所以串聯(lián)逆變電源不會有高次諧波嚴(yán)重污染電網(wǎng)，且功率因數(shù)高?？梢员ＷC設(shè)備在保溫、烘爐等任何工況下的功率因素大于是0。98。而并聯(lián)逆變不可能實(shí)現(xiàn)一拖二自動調(diào)功運(yùn)行，因?yàn)椴⒙?lián)逆變電源調(diào)功只能靠調(diào)節(jié)整流橋輸出電壓來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)并聯(lián)逆變整流橋工作在低電壓，整流導(dǎo)通角很小狀態(tài)下，設(shè)備的功率因數(shù)將會很低，且并聯(lián)逆變負(fù)載電流為方波，將會嚴(yán)重污染電網(wǎng)。如果靠調(diào)節(jié)逆變反壓角來調(diào)功，調(diào)功范圍是很窄的，因此并聯(lián)逆變電源是無法實(shí)現(xiàn)一拖二運(yùn)行的。并聯(lián)與串聯(lián)諧振逆變比較 項(xiàng)   目   并聯(lián)諧振                            串聯(lián)諧振回路組成圖2(a)圖2(b)輸出功率控制方法整流可控硅觸發(fā)脈沖相位調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)逆變觸發(fā)脈沖頻率輸入端功率因數(shù)不大于0．850．98以上輸出電流電流大電流小對電網(wǎng)諧波干擾諧波干擾大幾乎無諧波干擾一拖二運(yùn)行不可可效率銅排及功率元器件熱損耗大銅排及功率元器件熱損耗小  四、串聯(lián)逆變電源工作原理 串聯(lián)逆變電源為電壓源供電，串聯(lián)逆變電源主回路原理圖如圖4所示。圖4串聯(lián)逆變電源原理圖    電源由三相橋式整流橋和可控硅半橋逆變電路組成，運(yùn)行時(shí)整流橋可控硅全導(dǎo)通，滿電壓工作。逆變器主電路由二組可控硅橋臂和二組諧振電容器及電爐線圈組成，半橋逆變電路適用于大功率低頻率恒壓源逆變器。   逆變橋臂上兩個(gè)SCR交替導(dǎo)通，任何一只SCR導(dǎo)通一定要在串聯(lián)負(fù)載電流過零之后，即大于SCR關(guān)閉時(shí)間TOT之后，觸發(fā)導(dǎo)通，如圖5，6所示逆變器負(fù)載波形圖，當(dāng)SCR電流過零后，與其并聯(lián)的反向二極管導(dǎo)通，其反向壓降把SCR關(guān)閉，之后另一臂SCR才能觸發(fā)導(dǎo)通，逆變器的輸出工作頻率為300—400Hz，工作頻率越高，輸出功率越大。   圖5為逆變器觸發(fā)脈沖和負(fù)載波形圖，把可控硅視為理想開關(guān)，瞬時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，電感L和電阻R串聯(lián)，等效于爐體的負(fù)載，觸發(fā)脈沖頻率略低于負(fù)載諧振頻率f。  圖5 逆變波形  半橋逆變器工作電流流動路經(jīng)的描述   圖6為簡化的逆變器電路圖，逆變運(yùn)行時(shí)，電流通過逆變器和爐體線圈L的路徑，逆變器的工作波形如圖7所示，逆變工作前恒定直流電壓Ud為電容C1、C2均分，各充電至1／2Ud，均為上正下負(fù)電壓，當(dāng)t=to時(shí)SCRl被觸發(fā)導(dǎo)通，電容C1電荷通過SCRl-Lf-Rf -C1下端放電，另一路是使C2充電，+Ud由CF上端-SCRl-Lf-Rf-C2-CF下端，這二路都是同一諧振電路的一部份，由于C1=C2，因而兩路的工作頻率相同，等于C=C1+C2，Lf-Rf組成的諧振頻率。當(dāng)t=t1時(shí)C1放電結(jié)束，C1電壓為零，C2上電壓必定充電到Ud，因?yàn)镃F兩端電壓恒定，其值等于C1和C2電壓之和，此時(shí)流過負(fù)載線圈的電流為，I=I1+I2，由于在爐體線圈中儲蓄的磁場能量作用下，繼續(xù)維持上述兩路電流流動，使電容C1反向充電，下正上負(fù)，而C2則從Ud值繼續(xù)升高，直到t=t2時(shí)，磁場能量降至零，線圈Lf電流I=0，這時(shí)C1上反壓和C2上正向電壓都達(dá)到值，到此流過爐體線圈的電流為半個(gè)正弦波周期。  圖6 逆變器電流流向圖 圖7 半橋逆變器工作波形     接著住C1，C2電容電壓的作用下，形成兩路和前述兩路路徑基本相同，只 是DI代替SCRl通過電流，而電流方向與前完全相反，此電流仍按正弦波規(guī)律 變化，直到t=t4時(shí)，C1正向充電到1／2Ud，C2電壓也恢復(fù)到1／2Ud，爐體線圈電流又降至零，至此通過爐體負(fù)載的電流完成一個(gè)正弦波周期，當(dāng)放電電流通過二極管D1時(shí)，其反向壓降使SCRl關(guān)斷，如果在大于可控硅SCRl TOT關(guān)斷時(shí)間，及時(shí)將SCR2觸發(fā)導(dǎo)通，電流14通過C1-Rf-Lf-SCR2-CF下端，對C1充電，爐體線圈從電源吸取的電能，其電流與放電電流方向一致，觸發(fā)SCRl的時(shí)間越接近  TOT，爐體線圈輸出的功率就越大，如果SCR2一直不能通，上述放電電流將形 成爐體感應(yīng)器電流的負(fù)半周，當(dāng)電流到達(dá)零時(shí)，C1和C2上的電壓將相等，等于  1／2Ud。       負(fù)載在SCRl或SCR2導(dǎo)通期間，從電源獲取電能，在D1，D2導(dǎo)通期間， 電容中的電能又反饋到電源，顯然D1是在SCRl電流過零到SCR2導(dǎo)通期間導(dǎo)通。D1導(dǎo)通時(shí)間一定要大于SCRl的關(guān)斷時(shí)間TOT，SCR2導(dǎo)通后，SCR2便接 過D1中的電流，使D1自行關(guān)斷，D2的工作過程與D1相同，只不過用來使SCR2 關(guān)斷。圖8為逆變運(yùn)行時(shí)，示波實(shí)器測波形                          (a)負(fù)載電壓波形                 (b)諧振電容波形             (c)逆變橋SCR電壓波形 圖8 示波器測試的實(shí)際波形 諧振回路的自然諧振頻率f0在運(yùn)行中不是固定不變的，電感L和等效電阻R隨著溫度和爐料的多少而不斷變化，對一定容量的爐體是在一定范圍內(nèi)變化。F0=2 Lf爐體電感Rf爐料等效電阻C諧振電容C1+C2    電壓源串聯(lián)逆變器的觸發(fā)脈沖頻率始終低于負(fù)載諧振頻率，當(dāng)觸發(fā)脈沖頻率接近諧振頻率時(shí)，負(fù)載阻抗降低，輸出功率增加。當(dāng)觸發(fā)脈沖頻率越低于負(fù)載諧振頻率時(shí)，負(fù)載阻抗增大，輸出功率便減小。如圖9所描繪的頻率對功率的變化曲線，因此電爐始終在低于諧振頻率下工作。圖9頻率與輸出功率的關(guān)系   五、電子控制系統(tǒng)原理 電爐開始運(yùn)行時(shí)，功率電位器設(shè)在零點(diǎn)，按下啟動按鈕，啟動脈沖振蕩器開始振蕩，振蕩頻率根據(jù)爐子諧振頻率設(shè)定，現(xiàn)在啟動頻率設(shè)定為125Hz，由此產(chǎn)生鋸齒波和方波，方波后沿形成寬度約6us的脈沖，且與二分頻后的方波同時(shí)輸入脈沖邏輯控制單元A與B兩路，使邏輯單元A與B輸出脈沖形成相位相差180度的可控硅觸發(fā)脈沖，并分別經(jīng)過脈沖功放、驅(qū)動觸發(fā)電路A與B，分別觸發(fā)二個(gè)橋臂上的可控硅SCRl與SCR2，起動時(shí)方波寬度最寬，隨后操作功率調(diào)節(jié)電位器，逐漸提高控制電壓，使S總線負(fù)值電壓值逐漸增加，鋸齒波斜率增加，寬度減小，此時(shí)方波寬度變窄，逆變觸發(fā)脈沖向電流過零點(diǎn)靠近，輸出功率便逐步增加。當(dāng)反饋實(shí)時(shí)功率，大于調(diào)節(jié)電位器給定值時(shí)，通過積分調(diào)節(jié)，使S總線電壓負(fù)值電壓值降低，觸發(fā)脈沖又后移，如此反復(fù)在給定電壓值上穩(wěn)定調(diào)節(jié)，輸出所要求的功率。   實(shí)時(shí)功率信號是通過乘法器532，將SCR逆變電壓與逆變電流信號相乘而得。   所有輸入信號，逆變電流，實(shí)時(shí)功率，爐體線圈電壓，電容電壓及頻率，都通過傳感器和電子電路將輸入信號和各設(shè)定極限值比較，當(dāng)比較器輸出極性相反的電壓時(shí)，通過積分調(diào)節(jié)器，改變S控制總線電壓，使方波變寬，觸發(fā)脈沖后移、功率減小，各反饋信號也相應(yīng)減小，如此反復(fù)穩(wěn)定在設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)各參數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，在顯示屏上有相應(yīng)的極限指示燈顯示。   在控制系統(tǒng)中具有特殊設(shè)計(jì)的控制電路，保證起動時(shí)逆變器可控硅在滿功率下觸通，不會有過流沖擊現(xiàn)象。它具有緩沖電流上升的作用，逆變觸發(fā)脈沖緩慢從后向電流過零點(diǎn)移動，因此不致電路產(chǎn)生過電壓，同樣逆變器也可以在滿功率下停止工作。  六、完善的保護(hù)系統(tǒng)    1。逆變可控硅過壓保護(hù)，當(dāng)電路有外來干擾或系統(tǒng)故障，使逆變SCR兩端承受的電壓超過設(shè)定安全電壓時(shí)，的傳感器便會產(chǎn)生光電信號，其發(fā)送器通過光纖輸入到控制板，使逆變可控硅SRC 1、SRC2都導(dǎo)通，立即使可控硅失壓。并封閉整流橋SCRl—6觸發(fā)脈沖，停止直流電源供給逆變橋，此時(shí)在電抗器上產(chǎn)生的反壓將通過二極管D3和SCRl—2放電，使用光纖傳輸技術(shù)，可以避免傳輸信號在高電壓大電流的強(qiáng)電磁場中的干擾。    2．逆變可控硅SCRl-2在運(yùn)行中，由于電路故障停止換流時(shí)，直流電源將直接通過SCRl-2產(chǎn)生浪涌短路電流，此時(shí)在電抗器上將檢測到反向感應(yīng)電壓，并在直流母排上的電壓也將快速降低，此時(shí)，分別通過電抗器CLR反壓傳感器和直流母排DCBUS電壓傳感器的電壓信號輸入整流電子電路控制板ACI，使整流觸發(fā)脈沖及時(shí)封鎖，保護(hù)逆變器可控硅不致過流燒損，電爐立即停止運(yùn)行，此時(shí)事故顯示屏上將有顯示。    3．電爐具有可靠的調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)電爐的輸出功率，電流、電容電壓，爐體線圈電壓，對設(shè)定值隨時(shí)進(jìn)行積分調(diào)節(jié)，工作平穩(wěn)，保證了電爐的安全運(yùn)行。   故障保護(hù)系統(tǒng)可靠，對爐體和電源柜內(nèi)的水壓、水溫，電容容器內(nèi)壓力，選爐開關(guān)位置，及可控硅過壓進(jìn)行保護(hù)，即使電源輸出銅排瞬時(shí)短路，反應(yīng)靈敏、快捷，能及時(shí)停機(jī)，保證不損壞電氣元件。 結(jié)語     1。采用串聯(lián)諧振電路，爐子的電效率大大高于并聯(lián)逆變電爐，具有一拖二功能，一臺電源可同時(shí)向兩臺電爐供電，功率按需任意分配，，快速，節(jié)電。    2?？刂葡到y(tǒng)電路板及各種傳感器均按裝在室內(nèi)，與高壓大電流銅排和功率器件隔離，避免強(qiáng)電磁場干擾，電路板工作在封閉清潔環(huán)境中，提高了電路板的使用壽命，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，爐前工操作簡便，，在任何負(fù)載情況下，包括滿爐料，凍爐起動成功率均為100％。    3。整流橋采用可控硅，是為了實(shí)現(xiàn)軟起動和逆變故障時(shí)作為電子開關(guān)，快速切斷直流供電，電爐運(yùn)行時(shí)，不用它調(diào)壓，而在全開通狀態(tài)下工作，因而有高的供電功率因數(shù)，從而減小供電容量，全丌通狀態(tài)工作對供電網(wǎng)的干擾減到最小限度4。控制電路具有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)和故障診斷顯示一拖二運(yùn)行采用一體化結(jié)構(gòu)，占地少，可以減少高壓變壓器容量一半，大大減少變電室投資。所有電器部件和匹配電容都裝在機(jī)柜內(nèi)，形成一體化電源，便于按裝。       >> 一種新型串聯(lián)逆變、模塊化感應(yīng)電源技術(shù).    了解更多請質(zhì)詢藍(lán)輝技術(shù)部 公司名稱:西安藍(lán)輝機(jī)電設(shè)備有限公司
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