某中频炉常见故障与分析

李毅波

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西宝鸡 722409）

1 中频炉的工作原理

图1 中频炉原理图

某中频炉的进线电压是710 V，在4.6 m长的感应器线圈中以1.0 kHz的频率将中频功率提高到了1 500 kW。如图1中频炉原理图所示，主回路包括6块晶闸管组成的3路整流部分，1台直流电抗器，8块晶闸管组成的两路逆变部分，若干台电热电容器与3组并联的感应器线圈组成为并联负载谐振电路[1]。其工作原理是，采用三相桥式全控整流，将710 V的交流电整定为直流电，经过电抗器滤波，成为一个恒定的直流电流源，再经逆变器将直流电流变成大约1.0 kHz频率的单相中频电流，逆变回路通过分流器传回的电流值，反馈到主控板上，起到自动调频的作用，通过调功旋钮改变给定的电压值，控制整流器的门极角度，从而控制整流输出电压，得到所需的中频电压值。

正常情况下，中频炉主控板对元器件是可以起到保护作用的。包括对循环水压力的监控。调试主控板要做好截流截压，才能起到过电流过电压保护。整流部分前端的快速熔断器也能起到短路保护作用。

整流部分故障，断开逆变铜排，在整流输出端串接两个200 W白炽灯泡，看灯泡的发亮情况，电压500 V灯泡特别，反之整流有问题。逆变部分故障，检查晶闸管的P-N结、门极，检查水路是否畅通，检查阻容吸收回路。

2 晶闸管、电容器、感应器引起的故障

（1）晶闸管故障

中频电源是一种水冷却设备，冷却水如同电源的血液，水量的大小、水质的软硬至关重要，如不能满足设备的要求，循环水系统中水垢会堵塞管路，晶闸管不能有效散热，温度会越来越高[2]。一般晶闸管的芯片内部P-N结能承受的最高温度是115℃，一旦超过此温度，晶闸管的承载能力和换流能力下降，主要是因为阻断电压的急剧下降，最终导致晶闸管的损坏[6]。

可控硅在反向关断时，承受反向电压的瞬时电压过高，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率，而且电路中存在电感，所以可与电容串联电阻，起到阻尼作用，防止因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管，同时避免电容通过晶闸管放电电流过大，造成过电流损坏晶闸管[3]。

（2）电容器故障

与负载并联的电热电容器可能被击穿[4]。一般的电容只是被击穿一个芯子，跳开这个绝缘子的引线，这台电容可继续使用，只是容量减少了。可使用万用表电容档对电容值进行测量。可使用绝缘表对电容两极加电压，模拟电容的充电过程，如果能加上电压，可表明电容器内部没有短路。中频炉中当外界电压超过其额定电压，电容被击穿造成内部短路，引起的故障现象是中频无法启动。加250 V电压并不能确定电容器没有问题。可使用绝缘表1 000 V档位，检测电容器的耐压值，如耐压值低，会造成中频炉加电压到某一值时跳闸[5]。测量前和测量后，一定要将电容做放电处理。循环水管路不通畅，电容器不能有效散热，超过一定的临界温度会导致绝缘发热损坏，应及时疏通水路或者更换电容器。

（3）感应器故障

对于新做的感应器线圈,生产厂家会按照烘炉工艺进行初步烘炉，一般是使用电阻丝进行加热，加热到一定的温度保持一段时间，但是还没有达到完全烘干的程度。此时仍然有大量的水分聚集在感应器线圈匝间，会造成感应器线圈绝缘值降低。这属于刚生产时的烘炉阶段，所以中频电压不能加很高，仍然需要保持一段时间再提高电压。有的感应器线圈在使用一段时间后,炉膛会出现微小的缝隙,会有少量的氧化皮进入感应圈线圈的匝间,造成匝间短路,易产生过流现象。通常在炉口板处易出现打火现象造成过流，此类现象容易观察处理。在日常的使用中，要注意定期清扫炉膛内的氧化皮，定期检查盖板内的接头有无漏水现象，定期检查导轨的磨损情况，及时发现问题及时更换处理。

水冷导轨是感应器线圈的重要组成部分，导轨的外径、长度、壁厚，都会影响设备的正常使用。外径越大通水量越大，但是可能影响坯料与导轨接触面的温度。也影响线圈的通用性，可能有些稍大的坯料无法通过线圈，或蹭到炉膛打结料。导轨越长出料端的水温越高，对水压要求也越高。壁厚影响导轨的使用寿命。一般导轨的磨损主要在进料端1m左右，此段坯料温度低硬度高，如果是剪床剪出的坯料，毛刺比较大，加之设备节拍快，对导轨的磨损非常厉害。喷涂耐磨层的导轨使用寿命比较短，只有做堆焊处理的导轨能满足使用条件。磨损的导轨，后期用不锈钢焊条堆焊耐磨层，可延长使用寿命。

3 故障实例分析

（1）故障现象一：主回路合闸瞬间放炮，顶闸到上级电站。故障分析处理：检查打火烧黑的地方，检查整流部分晶闸管夹具的绝缘胶木板，如图2所示，是否有碳化的痕迹。更换碳化的绝缘胶木板，其他烧黑地方处理干净，便于下次出现此类故障时判断位置。

图2 晶闸管夹具

（2）故障现象二：主回路合闸正常，中频启动瞬间放炮，检查发现两路熔断器及对应的晶闸管烧毁，主控板烧毁。故障分析处理：检查这两路晶闸管安装位置和门极接线是否对应。一定要注意晶闸管的安装位置。

（3）故障现象三：设备能运行启动，但是在某一段调节功率上升和下降时，设备有异响和颤动，电流表电压表不停摆动。故障分析处理：此类故障通常发生在电位器上，这是由于功率给定的电位器某段电阻电阻变化不平滑，会造成中频炉工作不稳定，严重时甚至烧毁晶闸管。只要更换电位器即可。

（4）故障现象四：中频重载可正常启动，逆变电压可加到300 V，持续30 s即跳闸，又自动重启。故障分析处理：检查发现中频电压与直流电压的比值为1.2，可稍微往大调节，发现无法调大。更换主控板，重新调试后即可正常生产。

（5）故障现象五：中频炉启动时直流电流大，直流电压低，中频电压升不起来。故障分析处理：检查补偿电容器是否短路。将电容一相一相甩开后重新启动，立刻判断短路电容。

（6）故障现象六：中频启动后，调功电位器旋钮已旋到尽头，但是电流表电压表的指示值仍很小，出料温度达不到工艺要求。故障分析处理：检查整流部分晶闸管，没有发现异常，用新的晶闸管逐一替代原晶闸管，发现故障元件为一整流晶闸管。

4 小结

造成设备故障的原因很简单，逐一排查起来不容易。不同的故障原因也会造成相似的故障现象。如果不能深入了解中频电源的基本原理，就不能透过现象看到产生故障的本质原因。只有不断探索和学习理论知识，不断分析总结故障现象及故障特点，才能通过理论指导实践，积累经验，提高维修速度和质量。