中频感应加热炉原理应用与学习

A、 中频感应加热炉 的主回路的组成：

a. 三相全控桥式整流器，其作用是将工频交流变换成直流。采用三相全控桥式整流的必要性：

① 三相全控桥式整流的电压脉冲的频率较高。其中最低次谐波是六次波，易于滤波。

② 整流电压从零至气电压控制角所需移相范围比较小（对电感滤波来说为90°范围），因此有较高的控制灵敏度，有利于自动调节，也便于调节逆变器的输出功率。

③ 全控桥可以工作在逆变状态（控制角＞90°），中频装置中正是利用这一点，在逆变器恢复时，将滤波电感Ld中的磁场能量经过整流桥逆变返回电网，并使整流电压Vd迅速下降至零。从而实现过流保护。

b. 滤波电抗器，他起三个作用，一是对整流出来的直流电流进行滤波，减小电流纹波，有利用逆变器稳定工作；二是在整流桥与逆变桥之间起交流隔离作用，在正常工作时滤波电抗Ld两侧有不同的电压波形，必须要一个电抗来承担电压瞬时值的差异，而对于直流又必须能畅通，；滤波电抗恰好能起到这种作用；三是不论任何原因，在滤波电抗后面发生短路时，配合装置的过电流保护系统来限制短路电流的上升速率和峰值。

c. 逆变桥，其作用是将滤波后的直流转变成中频交流。

逆变电路采用并联式逆变电路

中频感应加热炉 并联逆变器原理图

分析上面的电路图，并联逆变器的负载是一个并联谐振回路，它的谐振频率基本上就是中频装置的工作频率，如果无触发晶1，4，这时电流由直流电源Vd的正端→晶闸管Th1→负载→晶闸管Th4→Vd负端。如图中实线箭头所示经过负载震荡的半个周期后,可再触发晶闸管2,3,将晶闸管1,4,关断,这时电流从Ud正端→晶闸管Th2→负载→晶闸管Th3→Ud负端。如图虚线箭头所示，在两个半周中，负载电流改变了方向，变成了交流，这样在正负两个半周中都可以向负载供应能量，可以补偿负载中的能量损失，使振荡持续下去。

    与 串联中频炉 相比，并联逆变器电路简单。负载适应性能强。同样也得到广泛应用，随着生产的发展，要求更高频率和更大功率的中频装置，并联逆变器在提高频率和功率中体现出它的优越性。先空载再加载。我们主要针对透热（棒料透热）。

d. 负载，主要由感应器L和中频补偿电容C组成，它工作接近谐振状态，以获得比较高的功率因数和效率。 中频感应加热炉 补偿电容的必要性

负载有功功率Pa的计算公式为：

       Pa=UdId                       (1-1-5)

上式说明负载有功功率等于直流电源供给的功率，这里没有计入Ld，晶闸管。Lk1导线及其他附属部分的有功损耗，但它说明了一个基本物理概念，即直流电源不可能提供无功功率，负载需要的无功功率只能靠补偿电容供给，没有补偿电容，逆变器就无法工作，这说明补偿电容是非常必要的。

补偿电容通常用RYST型电热电容器，它有四个主要参数：即干乏数（KVAR）Qc；电压Uc（KV）使用频率ƒ（千赫）和电容量C（μƒ）

Qc= UC2/  ωC1 = UC2ωC=2∏ƒCUC2                               （1-1-6）

其中电容的电压VC与频率ƒ按中频装置的负载电压Va与工作频率来选择,这里主要是确定QC或C即可,作负载矢量图.

                 感应器

负载矢量图

图中Ua是负载中频电压,电容电流Ic超前Ua90°,感应器电流I″L,IL与Ic的合成电流即为负载中频电流的基波分量Ia 1因为负载是电容性质,故Ia1超前于Ua超前角φ= ir +δ                   (1-1-7)

电容提供的无功功率

Qc=IcVa=I`LUa+Ia1Vasinφ                      (1-1-8)

式(1-1-8)说明,补偿电容提供的无功功率Qc包含两部分,I′LUa是感应器所需要的无功功率,IaUasinφ称为换相无功功率。（因为并联逆变器Ia1必须超前Ua，晶闸管才能换相。）

式（1-1-8）中IL′Ua又可以改写为

I`LUa=QPa=Q（Ia1Uacosφ）                       (1-1-9)

Q—感应器的品质因数

Pa—感应器有功功率（负载的总有功功率）

将式与（1-1-9）代入式（1-1-8）得

Qc=Q（Ia1Uacosφ）+Ia1Uasinφ

  = Ia1Uacosφ(Q+ cosφsinφ )

  =Pa（Q+tanφ）

根据负载矢量图及上面的简单计算都忽略了补偿电容的介质损耗，它在整个装置功率中所占比例很小，但是它毕竟是工作在中频装置，其介质损耗比工频电容大，还是会使电容发热，所以目前中频补偿电容需要水冷却来完成。

2  中频感应加热炉 控制回路的组成：

a. 整流触发系统。它用来控制整流桥的晶闸管，并可自用调节整流桥输出直流电压数值，从而改变中频输出功率。在停机或故障状态时，它又可以使整流桥转入逆变状态，把滤波电抗中储存能量反馈回电网，以避免滤波电抗Ld中产生过电压，并使中频装置停止工作。

b.逆变触发系统，用以控制逆变器正常工作

c.启动环节。

3. 中频感应加热炉 的保护回路的组成：

a.过电流保护   主要用以保护装置中所有的晶闸管，防止短路时的损坏。

b.过电压保护   主要用以保护装置中晶闸管和 补偿电容器免受过电压击穿。

c.电流截止和电压截止环节    当中频负载发生激烈变化时，用以限制负载电流和电压在允许范围之内。