可控硅串聯逆變中頻熔煉設備

  可控硅中頻電源裝置是感應加熱用一種電源裝置，是冶金鑄造業、熱加工業、金屬熱處理行業的關鍵生產設備?？煽毓柚蓄l電源裝置有并聯電路型和串聯電路型。

  一、串聯電路可控硅中頻電源裝置的原理概述：

  串聯電路可控硅中頻電源裝置的原理是從電網輸入三相工頻交流電，經可控硅三相整流橋，全波整流成為脈動的直流電，又經Ld、Cd濾波成平滑的直流電，送入由可控硅元件組成的半橋式逆變器，逆變成所需的交流電，逆變橋的輸出端接向由感應器L與補償電容器C組成的串聯振蕩電路。本裝置的輸出頻率由主控電路的調控頻率f1控制，f1與LC串聯振蕩電路的固有振蕩頻率fo有關，當f1=fo時，即能輸出所需最大功率。當負載參數變化時，主控電路自動控制f1使其gen蹤fo的變化，以保證時刻輸出最大功率。本裝置的功率調節是通過主控電路調節逆變橋的工作狀態來實現的，調整方便、靈活。

  二、整流橋的基本工作原理：

  圖1是可控硅三相橋式全控整流電路。可控硅T1和T4接A相，T3和T6接B相，T5和T2接C相。T1、T3、T5組成共陰極組，T4、T6、T2組成共陽極組。它們的觸發順序依次是T1-T2-T3-T4-T5-T6。三相可控硅整流就是將三相交流電壓uA、uB、uC經三相可控整流橋變換為直流電壓Ud。啟動時，前移可控硅的導通角α，使α=0°使直流電壓漸漸升到額定值，并保持恒定。停機或保護動作時，自動后移可控硅的導通角α，致α=150°使直流電壓拉逆變到零。

  三、對電網諧波的防治：

  中頻電源對電網產生的諧波有2種：電壓諧波和電流諧波。

  ①電壓諧波的防治。可控硅中頻電源有串聯電路型和并聯電路型。如用并聯電路型，它的調功是通過調壓來實現的，調壓時出現的電壓換向缺口，給電網注入電壓諧波，而且，會造成對電網功率因數低。這樣，就要增設功率因數校正裝置和諧波濾波裝置。增加了投資和運行費用。

  如果，選擇串聯電路可控硅中頻裝置。首先，串聯電路的調功是通過調節輸出頻率來實現的，工作全過程多相整流橋是全開放整流，不構成電壓換向缺口，也就不出現電壓諧波。而且，裝置在運行全過程中對電網的功率因數為0.97以上。這樣，就不要增設功率因數校正裝置和諧波濾波裝置了。

  ②電流諧波的防治。理論和實踐證明，不論是并聯電路或是串聯電路，采用6相12脈整流時，可消失幅值較大的5次、7次諧波電流，剩下主要的11次及以上的諧波電流的幅值大小，都在國家標準允許的范圍之內。

  建議，單機容量在500kW以上中頻電源，要采用6相12脈整流。

  四、串聯與并聯設備的比較

  4.1串聯逆變中頻感應熔煉爐特點

  圖1為串聯逆變中頻感應熔煉爐(以下簡稱串聯電路)主回路電路圖。該種供電方式是l臺電源可以同時向2臺電供電熔煉，亦可以1臺爐子熔煉，另1臺保溫。以無錫市華業電爐電器有限公司生產的一拖二串聯電路中頻感應電爐為例，由圖1可知，逆變部分是由2個半橋式逆變電路相串聯。這種串聯電路在使用過程中，整流電路一直處于全導通狀態，所以功率因數不小于0.95(整流輸出電壓Ud恒定不變)，串聯電路功率輸出是通過調節逆變導通角大小來控制的。這里所指的功率因數是：COS￠=P/S 式中：P有功功率。S視在功率.COS￠電路中電壓與電流之間相位差。

  有功功率反映了交流電在電阻性負載上做功的大小或轉變為其他形式能量(如熱能、機械能、光能)的效率，以圖1所示的一拖二串聯電路為例，逆變橋1(10 t爐子)和逆變橋2(30 t爐子)各給一個10 V的給定輸出電壓.兩個給定輸出電壓通常以一個乘法器集成塊相互控制，在工作時：

  1)當逆變橋l給定電壓1V時.逆變橋l輸出功率為額定功率的10%，此時逆變橋2給定輸出電壓能達到9 V。逆變橋2輸出功率為額定功率的90%。

  2)當逆變橋l給定輸出電壓10V時，逆變橋1輸出功率為額定功率的100%，此時逆變橋2輸出功率為額定功率0。

  3)當逆變橋l給定輸出電壓6 V時，逆變橋l輸出功率為額定功率的60%，此時逆變橋2給定輸出電壓能達到4V，逆變橋2輸出功率為額定功率的40%;以此類推，逆變橋1(10 t爐體)和逆變橋2(30t爐體)兩爐體功率任意分配。

  4)當逆變橋l給定輸出電壓3 V時，逆變橋1輸出功率為額定功率的30%，此時逆變橋2也可以停用。

  4.2并聯逆變中頻感應熔煉爐的特點

  圖2為并聯電路中頻感應電爐主回路電路圖，逆變部分為并聯電路。這種并聯電路在使用過程里。功率輸出是通過調節整流導通角大小來控制的，整流電路一直處于被調節狀態(整流輸出電壓現在不斷的變化中)。并聯電路的功率因數與整流導通角成正比例，當電爐打新爐襯烘爐或新開爐時，小功率輸出時間較長，整流導通角前移很小，功率因數嚴重不達標。影響變壓器的利用率，同時也嚴重影響生產率。當用大、小中頻電源(并聯電路)加換爐開關切換的方式時，存在換爐開關的工作電流過大、換爐開關的工作電流集膚效(工作頻率50Hz)以及切換頻繁等問題.因而難以穩定工作。通常換爐開關的工作電流=中頻電流×Q(品質因數系數為12)。

  4.3 串聯逆變中頻感應熔煉爐的特點

  1)負載串聯諧振時，變頻電源中的整流橋工作在全導通狀態，系統功率因數始終大于0.95。

  2)功率控制與多供電分配技術的有機結合。一臺變壓器對一套整流系統，在額定范圍可將電能無級分配給多臺逆變器，逆變器再根據工藝需要無級給感應電爐供電。

  3)系統自動化程度高、優化組合功能完備。

  4)節能效果明顯

  ①采用并聯逆變技術的變頻電爐平均COS￠≥0.85;采用串聯逆變技術其COS￠≥0.95，可節能10%。

  ②與其他電路相比，負載回路的電流要小10一12倍。可節約運行電耗3%。

  ③無需大容量濾波電抗器，又可節約電耗1%。

  ④每臺感應熔煉爐由一組逆變器單獨供電，無需安裝大電流換爐開關切換，可節約電耗l%。

  ⑤串聯逆變器，在運行功率特性曲線中，不存在功率凹角部分即功率損失部分，使之熔煉時間明顯縮短，既增加產量又節省電耗，可節能7%。

  ⑥上述5項共節能(電)22%。

  4.4 國際應用情況分析

  電壓反饋串聯諧振逆由于一拖二的串聯逆變中頻感應電爐具有以上特點和優勢，很適合于鑄造行業使用，屬于鑄造行業熔煉設備的發展方向。目前國際上鑄造行業并聯電路的中頻電爐產品已逐步被淘汰.國內新上項目中也很少使用。