中频感应加热设备逆变控制与故障分析

闫华丽

摘 要 本文根据实践经验，主要分析了现用中频感应加热设备的逆变控制方法，及如何解决在维修中遇到的难题，提高设备维修质量。

关键词 中频电源;感应加热;维修

概述

可控硅中频电源装置是一种利用可控硅把50Hz的工频电流变换成某一种频率的中频电流的半导体变频装置。随着电力半导体技术发展，高耐压，大电流的晶闸管不断上台阶，关断恢复时间达到几微秒，而且成本逐渐降低，为中频感应加热设备的普及创造了条件。

1逆变器控制

由于中频加热或熔炼时负载的谐振参数是个时变参数，因此逆变器的控制系统必须能够反映负载频率变化，才能保证逆变成功，为此要采用自激的控制方式，触发信号来自负载端，使触发频率跟随负载频率的变化，使控制系统始终保证。为保证上面公式成立，一般有定角和定时两种方法。下面分析两种方法的实际电路图[1]。

（1）定角方法能保证恒定的功率因数，但在负载频率升高时，对逆变晶闸管的关断时间要求增高，否则因为晶闸管的关断时间不够而造成逆变失败。中频电流，中频电压合成的调频方式，是将中频电压Um，中频电流Ic，通过互感器从负载端取样，并通过电阻R，电位器W合成，当调节电位器时，合成的正旋波的相位会前后移动，从而设定引前角的位置。利用二极管D的非线性，增大启动时的电阻，保证足够的引前角。比较器V1，V2使正旋波过零时，产生互差180度的逆变脉冲。

（2）另一种定时方法，是使关断时间保持恒定，是一种充分发挥晶闸管潜力的一种方法，相对来说是一种更合理的方法，但是控制电路复杂些，而且对控制电路的稳定性、可靠性要求更高。关断时间调节器的反馈信号是通过互感器将晶闸管的工作波形取样，经过D1整流得到晶闸管的换相后到过零这段波形，在这个关断期间，T1保持导通，T3也一直导通，电容器C1经R1充电。关断时间越长，R1、R2结合处的电压越高。二极管D2在换相区起作用，C2、C3井R2和阻抗变换器充电到峰值电压，经电位器W1给到放大器V1。在关断时间末期T3封锁电压随之上升，使电流经过R3、D2流到T4、T5，C1，C4通过T4、T5放电，在这时间内T6封锁，C2保持原充电电压。关断时间由电位器W2给定。V1输出的电压通过呀控振荡器，来调节逆变器的触发频率，直到达到稳定状态。这样W2就可以确定晶闸管的关断时间，保证晶闸管的可靠运行。同样负载谐振频率发生变化时，自动跟踪W2的给定时间，使得设备触发频率自动跟踪。

2中频维修中的问题

（1）由于逆变器是负载逆变，负载匹配好坏关系到逆变器能否正常启动和满功率输出。例如在给弹簧棒料加热时，由于棒料较长，感应器分为多节串联，而且在给不同棒料加热时，又要更换不同的感应器，造成负载的谐振频率发生较大的变化，不能与电源匹配，从而影响设备的启动。为了能尽快排除负载接触造成的设备不能启动故障，可以用带功率输出的低频频率发生器，检查负载的LC谐振频率是否在中频电源的工作范围内，当指针表打到最大时，此时的频率为槽路的谐振频率。

（2）逆变器核心部分是由4只逆变晶闸管组成，逆变管价格往往很高，逆变管的损坏，直接关系到维修成本。为此当出现逆变管损坏时，应仔细检查设备。

1）为了提高逆变晶闸管电流上升率的数值，一般进行强触发，因此要检查逆变脉冲的波形，为满足强触发要求，脉冲前沿要陡，不能大于2微妙，幅值大于8V，后沿大于4V，宽度大于10微妙，触发电流大于300MA。检查逆变晶闸管的控制极电阻是否在10-30欧姆范围内。

2）阻容吸收是为减小晶闸管载流子积蓄效应造成的危害。逆变晶闸管换相时，正向电流下降到电流过零以后，由于晶闸管内部积蓄着大量载流子，在外界反电压的作用下形成反向电流，也叫恢复电流，随着反向电压的建立，恢复电流迅速衰减下来，其di/dt值可高达上千安培，会在线路上的电感上产生极高的电压，虽然过电压时间极短，但幅值却很大，极易使晶闸管反向击穿。因此应检查逆变晶闸管的阻容吸收元件是否正常。由于阻容参数理论计算复杂，而且计算的数值实用性差;我们通过计算机仿真得到，电阻用5欧姆的无感的电阻，电容一般当中频1KHz时，C取4uF、2.5%Hz时，C取3uF、8Hz时，C取1.5uF。并用示波器检查逆变晶闸管的反压的吸收效果。

3）逆变晶闸管的冷却水是否通畅。其回水温度应小于35度，當冷却水在50度时，管路就会产生软垢，当冷却水大于70度时，管路就会产生硬垢，并产生恶性循环，恶化逆变晶闸管的散热条件。应在冷却水回路多增加流量检测，并进行报警，可大幅减少次类故障。

4）当逆变颠覆时，短路峰值电流与平波电抗值、短路时刻有关，最坏情况是短路发生在α=0换相时刻。计算公式如下：

检查过流、过压保护回路否是起作用。应定期（3个月）检查。主回路是否有短路、虚接打火等现象。

5）对逆变晶闸管的质量、型号，要严格把关，对逆变晶闸管的通态平均电流选择，应注意考虑逆变晶闸管在较高频率下工作时的开关损耗，多留余量，可减少故障率。

3结束语

本文就中频感应加热设备进行了逆变控制以及故障的分析，为在中频维护方面提供了帮助。

4实验验证

通过实践并按照上述的方法进行分析，指导了维修，提高了生产效率，节省了维修工时，减少了故障率，保证生产正常进行。

参考文献

[1] 黄俊.半导体变流技术[M].北京：机械工业出版社，1990：73.