中頻爐電氣保護(hù)報(bào)警

廠家：中頻爐電氣保護(hù)報(bào)警日期：：2020-01-27 瀏覽次數(shù)： 108

隨著晶閘管中頻電源技術(shù)的發(fā)展，中頻爐逐漸成為鑄造行業(yè)的首選設(shè)備。本文對(duì)中頻熔爐路的工作原理及常見(jiàn)的故障進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)對(duì)中頻爐的三大電氣保護(hù)系統(tǒng)：水冷卻報(bào)警系統(tǒng)、接地保護(hù)系統(tǒng)和過(guò)流過(guò)壓保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。對(duì)中頻熔煉的研發(fā)單位及使用單位都有較好的借鑒意義。

20世紀(jì)9O年代中葉，世界第一臺(tái)用于感應(yīng)熔煉的晶閘管中頻電源誕生于瑞士的BBC公司，各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼推出了系列商品，中頻熔爐迅速得到推廣與發(fā)展，很快代替了傳統(tǒng)的熔煉設(shè)備，成為鑄造行業(yè)的首選設(shè)備。典型的中頻熔爐電源一般采用AC—DC—AC變化方式。其基本工作原理就是通過(guò)整流電路先將三相工頻交流電整為直流電，濾波后由逆變電路向負(fù)載提供單項(xiàng)的中頻(50kHz10kHz)電流，該電流在熔爐的感應(yīng)線圈中產(chǎn)生中頻的交變感應(yīng)磁場(chǎng)，在金屬爐料中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)生熱量，融化金屬物料。該過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高電壓、大電流，并伴隨產(chǎn)生大量的熱量，這些都是因素，如果不能進(jìn)行有效的監(jiān)控，容易造成安全事故，所以對(duì)上述因素設(shè)置報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)尤為重要。在典型中頻熔爐設(shè)備中，報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)一般包括水冷卻報(bào)警系統(tǒng)、接地保護(hù)系統(tǒng)和過(guò)流過(guò)壓保護(hù)系統(tǒng)等，本文主要針對(duì)上述三大系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。
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中頻熔爐中的水冷卻系統(tǒng)主要是對(duì)爐體和電氣控制柜進(jìn)行冷卻，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。雖然中頻爐的爐體由電阻率較低的方銅管纏繞而成，但是因?yàn)榇箅娏骷凹w效應(yīng)影響，造成電流向坩堝一側(cè)偏移，產(chǎn)生大量的熱量。為了保證爐體的銅線圈的絕緣性和熔池的安全，需要水冷卻系統(tǒng)具有足夠的冷卻能力，還要確保坩堝內(nèi)的溫度在降到1o0℃前，水冷卻系統(tǒng)不能停止工作。電氣控制柜的水冷卻系統(tǒng)主要為了帶走晶閘管、電容、電感及銅排等元件工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，保證電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。為達(dá)到良好的冷卻效果，一般需要在室外安裝獨(dú)立的冷卻塔。典型的中頻爐水冷卻報(bào)警系統(tǒng)主要具備以下功能：(1)監(jiān)測(cè)水冷卻系統(tǒng)的進(jìn)水管道上的水溫、壓力和流量，能夠在進(jìn)水溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)自動(dòng)增加冷卻塔的冷卻功率，保證冷卻效果；當(dāng)冷卻：水的溫度高于警戒值或水流量低于警戒值是能夠自動(dòng)報(bào)警并中斷電源，保證設(shè)備及人員安全。
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為了避免中頻爐在工作過(guò)程中，高壓諧振電路因?qū)Φ亟^緣電阻低，造成高壓對(duì)地放電，造成重大安全生產(chǎn)事故，必須在中頻爐中設(shè)置接地泄露保護(hù)系統(tǒng)。一是來(lái)檢測(cè)是否因爐襯“滲鐵”或含水量過(guò)高造成的爐體線圈與金屬爐料之間有異常低電阻；二是檢測(cè)電容器、匯流母排、爐體線圈等是否存在對(duì)地低電阻路徑。該報(bào)警系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)毫安表檢測(cè)施加在諧振電路上低壓直流電源的泄露電流，如果泄露的電流異常增大，則說(shuō)明諧振電路的對(duì)地電阻異常降低。該報(bào)警系統(tǒng)一般是采取不銹鋼鋼絲從爐底引出將爐襯接地的方式，通過(guò)該方式不僅可以保證熔池的零電位，而且可以避免出渣時(shí)發(fā)生安全事故，同時(shí)可以準(zhǔn)確檢測(cè)到“滲鐵”狀況。該系統(tǒng)可通過(guò)控制接觸器人為造成對(duì)地短路檢測(cè)爐體接地泄露報(bào)警裝置是否正常。

為了避免因負(fù)載短路或逆變換流失敗形成的短路電流對(duì)整流、逆變晶閘管造成威脅。必須在中頻爐的整流電路上設(shè)置保護(hù)電路，即對(duì)過(guò)流、過(guò)壓的保護(hù)。當(dāng)中頻爐的負(fù)載有短路電流產(chǎn)生時(shí)，整流電路(圖1所示)觸發(fā)脈沖會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)(毫秒級(jí))由整流區(qū)轉(zhuǎn)化到有源逆變區(qū)(圖2所示)，電抗器Ld上的磁場(chǎng)能量經(jīng)整流電路向電網(wǎng)迅速釋放。當(dāng)短路浪涌電流超過(guò)晶閘管承受范圍或網(wǎng)側(cè)整流電路內(nèi)部短路時(shí)，由晶閘管專用快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)。其過(guò)流保護(hù)的具體工作步驟如圖2所示：在t，時(shí)刻前，中頻電源的電源U和電流I處于正常狀態(tài)。t，時(shí)刻設(shè)備發(fā)生故障，整流電路的直流側(cè)發(fā)生短路，電流迅速增大，但是因?yàn)橛捎陔娍蛊鱈d的作用，其電流不會(huì)發(fā)生瞬時(shí)突變。到了t2時(shí)刻，電流I增加到過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作設(shè)定值，觸發(fā)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。正常工況下，v6和v2應(yīng)在導(dǎo)通120~后分別切換到V和V，，但因?yàn)橛|發(fā)了電流保護(hù)動(dòng)作，整流觸發(fā)角被迅速移相至d=150。處，也就說(shuō)當(dāng)V導(dǎo)通120。后v仍未觸發(fā)，直到t時(shí)刻V觸發(fā)與V6換流，同理v，在t時(shí)刻開(kāi)始觸發(fā)與V：換流。在過(guò)電流保護(hù)過(guò)程中，由于角的增大，導(dǎo)致u線電壓u下降，到t時(shí)刻，U=0，此時(shí)I達(dá)到最高點(diǎn)。隨著時(shí)間推移，u電壓繼續(xù)下降為負(fù)值，整流電路從整流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛性茨孀儬顟B(tài)。在反向電壓的作用下，I出現(xiàn)拐點(diǎn)，開(kāi)始減小，電抗器L作為直流源將能量向電網(wǎng)釋放。隨著L中能量的減小，I逐漸降I舢●●●‘·-●-r。。'低，并在t時(shí)刻后降到安全限定電壓以下。最后到t6時(shí)刻L上的感應(yīng)電勢(shì)已不能克服電網(wǎng)電壓產(chǎn)生電流，有源逆變停止。過(guò)壓保護(hù)與過(guò)流保護(hù)的工作原理是相同的，取負(fù)載端中頻電壓信號(hào)，當(dāng)中頻電壓超過(guò)允許值時(shí)，觸發(fā)角迅速移相到150。停機(jī)。晶閘管的損壞大多是因?yàn)檫^(guò)壓擊穿導(dǎo)致，所以主要采取阻容吸收裝置(圖3)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，其原理主要是利用電容吸收尖峰電壓，電阻消耗部分過(guò)電壓的能量并抑制回路內(nèi)的諧振。

水冷卻系統(tǒng)、接地保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)及過(guò)壓過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)充分保證了中頻爐熔煉過(guò)程中爐體的安全、電氣系統(tǒng)對(duì)地的絕緣性以及避免整流電路的過(guò)載擊穿，從而保證了設(shè)備的安全、人員的安全以及生產(chǎn)過(guò)程的安全、高效，是中頻爐不可缺少的三大保護(hù)系統(tǒng)。

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