中职电力电子技术课件项目五 中频感应加热电源的原理与检修

项目五 中频感应加热电源原理与检修 【项目描述项目描述】：中频电源装置是一种利用晶闸中频电源装置是一种利用晶闸管元件把三相工频电流变换成管元件把三相工频电流变换成某一频率的中频电流的装置，某一频率的中频电流的装置，广泛应用在感应熔炼和感应加广泛应用在感应熔炼和感应加热的领域。常见的感应加热装热的领域。常见的感应加热装置如图。置如图。项目五 中频感应加热电源原理与检修【相关知识点相关知识点】：一、中频感应加热电源概述一、中频感应加热电源概述1感应加热的原理感应加热的原理（1）感应加热的基本原理）感应加热的基本原理项目五 中频感应加热电源原理与检修利用高频电源来加热通常有两种方法：利用高频电源来加热通常有两种方法：n电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热等）电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热等）n感应加热：利用高频电流（比如密封包装等感应加热：利用高频电流（比如密封包装等）n1)电介质加热（电介质加热（dielectric heating）n 电介质加热通常用来加热不导电材料。电介质加热通常用来加热不导电材料。n工作原理分析工作原理分析n当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。效果。项目五 中频感应加热电源原理与检修n2）感应加热（）感应加热（induction heating）n 感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。项目五 中频感应加热电源原理与检修（2）感应加热发展历史）感应加热发展历史n 感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象，也就是交变的电流感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象，也就是交变的电流会在导体中产生感应电流，从而导致导体发热。会在导体中产生感应电流，从而导致导体发热。n感应加热有以下优点：感应加热有以下优点：n1）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触n2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象n3）容易控制温度，提高加工精度）容易控制温度，提高加工精度n4）可实现局部加热）可实现局部加热n5）可实现自动化控制）可实现自动化控制n6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘 项目五 中频感应加热电源原理与检修n晶闸管中频电源主要的优点：晶闸管中频电源主要的优点：n1）降低电力消耗。）降低电力消耗。n2）中频电源的输出装置的输出频率是随着负载参数的变化而变化）中频电源的输出装置的输出频率是随着负载参数的变化而变化的，所以保证装置始终运行在最佳状态，不必像机组那样频繁调的，所以保证装置始终运行在最佳状态，不必像机组那样频繁调节补偿电容。节补偿电容。2中频感应加热电源的用途中频感应加热电源的用途n 感应加热的最大特点是将工件直接加热感应加热的最大特点是将工件直接加热n工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等n应用非常广泛，主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。应用非常广泛，主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。项目五 中频感应加热电源原理与检修n（1）淬火）淬火n淬火热处理工艺是将工件加热到淬火热处理工艺是将工件加热到一定温度后再快速冷却下来，以一定温度后再快速冷却下来，以此增加工件的硬度和耐磨性。中此增加工件的硬度和耐磨性。中频电源对螺丝刀口淬火如图。频电源对螺丝刀口淬火如图。项目五 中频感应加热电源原理与检修n（2）透热）透热n在加热过程中使整个工件的内在加热过程中使整个工件的内部和表面温度大致相等，叫做部和表面温度大致相等，叫做透热。透热。n 透热主要用在锻造弯管等加工透热主要用在锻造弯管等加工 前的加热等。电前的加热等。电 用于弯管的过用于弯管的过程如图所示。程如图所示。项目五 中频感应加热电源原理与检修（3）熔炼）熔炼n图为中频感应熔炼炉，线圈用铜管绕成，里面通水冷却。图为中频感应熔炼炉，线圈用铜管绕成，里面通水冷却。n线圈中通过中频交流电流就可以使炉中的炉料加热、熔化，并将线圈中通过中频交流电流就可以使炉中的炉料加热、熔化，并将液态金属再加热到所需温度。液态金属再加热到所需温度。项目五 中频感应加热电源原理与检修（4）钎焊）钎焊n 钎焊是将钎焊料加热到融化温度而使两个或几个零件连接在一起，钎焊是将钎焊料加热到融化温度而使两个或几个零件连接在一起，通常的锡焊和铜焊都是钎焊。通常的锡焊和铜焊都是钎焊。n钎焊主要应用于机械加工、采矿、钻探、木材加工等行业使用的钎焊主要应用于机械加工、采矿、钻探、木材加工等行业使用的钎焊硬质合金车刀、洗刀、刨刀、铰刀、锯片、锯齿的焊接，及钎焊硬质合金车刀、洗刀、刨刀、铰刀、锯片、锯齿的焊接，及金刚石锯片、刀具、磨具钻具、刃具的焊接。其他金属材料的复金刚石锯片、刀具、磨具钻具、刃具的焊接。其他金属材料的复合焊接，如：眼镜部件、铜部件、不锈钢锅。合焊接，如：眼镜部件、铜部件、不锈钢锅。n铜洁具钎焊如图。铜洁具钎焊如图。项目五 中频感应加热电源原理与检修 3中频感应加热电源的组成中频感应加热电源的组成n中频感应加热电源主要由中频感应加热电源主要由可控或不可控整流电路可控或不可控整流电路、滤波器滤波器、逆变逆变器器和一些控制保护电路组成。和一些控制保护电路组成。n组成框图组成框图项目五 中频感应加热电源原理与检修（1）整流电路）整流电路n中频感应加热电源装置的整流电路设计一般要满足以下要求：中频感应加热电源装置的整流电路设计一般要满足以下要求：n 1）整流电路的输出电压在一定的范围内可以连续调节。）整流电路的输出电压在一定的范围内可以连续调节。n 2）整流电路的输出电流连续，且电流脉动系数小于一定值。）整流电路的输出电流连续，且电流脉动系数小于一定值。n 3）整流电路的最大输出电压能够自动限制在给定值，而不受负）整流电路的最大输出电压能够自动限制在给定值，而不受负载阻抗的影响。载阻抗的影响。n 4）当电路出现故障时，电路能自动停止直流功率输出，整流电）当电路出现故障时，电路能自动停止直流功率输出，整流电路必须有完善的过电压、过电流保护措施。路必须有完善的过电压、过电流保护措施。n 5）当逆变器运行失败时，能把储存在滤波器的能量通过整流电）当逆变器运行失败时，能把储存在滤波器的能量通过整流电路返回工频电网，保护逆变器。路返回工频电网，保护逆变器。项目五 中频感应加热电源原理与检修（3）平波电抗器）平波电抗器n 平波电抗器在电路中起到很重要的作用平波电抗器在电路中起到很重要的作用,归纳为以下几点：归纳为以下几点：n 1）续流）续流 保证逆变器可靠工作。保证逆变器可靠工作。n 2）平波）平波 使整流电路得到的直流电流比较滑。使整流电路得到的直流电流比较滑。n 3）电气隔离）电气隔离 它连接在整流和逆变电路之间起它连接在整流和逆变电路之间起 到隔离作用。到隔离作用。n 4）限制电路电流的上升率）限制电路电流的上升率di/dt值，逆变失败值，逆变失败 时，保护晶闸管。时，保护晶闸管。项目五 中频感应加热电源原理与检修（4）控制电路）控制电路n中频感应加热装置的控制电路比较复杂，可以包括以下几种：中频感应加热装置的控制电路比较复杂，可以包括以下几种：整流触发电路整流触发电路、逆变触发电路逆变触发电路、起动停止控制电路起动停止控制电路。n1）整流触发电路）整流触发电路 n 整流触发电路主要是保证整流电路正常可靠工作，产生的触发整流触发电路主要是保证整流电路正常可靠工作，产生的触发脉冲必须达到以下要求：脉冲必须达到以下要求：n 产生相位互差产生相位互差60的脉冲，依次触发整流桥的晶闸管。的脉冲，依次触发整流桥的晶闸管。n 触发脉冲的频率必须与电源电压的频率一致。触发脉冲的频率必须与电源电压的频率一致。n 采用单脉冲时，脉冲的宽度应该大与采用单脉冲时，脉冲的宽度应该大与90，小于，小于120。采用双。采用双脉冲时，脉冲的宽度为脉冲时，脉冲的宽度为25-30，脉冲的前沿相隔，脉冲的前沿相隔60。n 输出脉冲有足够的功率，一般为可靠触发功率的输出脉冲有足够的功率，一般为可靠触发功率的35倍。倍。n 触发电路有足够的抗干扰能力。触发电路有足够的抗干扰能力。n 控制角能在控制角能在0170之间平滑移动。之间平滑移动。项目五 中频感应加热电源原理与检修n 2）逆变触发电路）逆变触发电路n 加热装置对逆变触发电路的要求如下：加热装置对逆变触发电路的要求如下：n 具有自动跟踪能力。具有自动跟踪能力。n 良好的对称性。良好的对称性。n 有足够的脉冲宽度，触发功率，脉冲的前沿有足够的脉冲宽度，触发功率，脉冲的前沿 n 有一定的陡度。有一定的陡度。n 有足够的抗干扰能力。有足够的抗干扰能力。n3）起动、停止控制电路）起动、停止控制电路n起动、停止控制电路主要控制装置的起动、运行、停止。一般由起动、停止控制电路主要控制装置的起动、运行、停止。一般由按纽、继电器、接触器等电器元件组成。按纽、继电器、接触器等电器元件组成。项目五 中频感应加热电源原理与检修（5）保护电路）保护电路n 中频装置的晶闸管的过载能力较差，系统中必须有比较完善的保中频装置的晶闸管的过载能力较差，系统中必须有比较完善的保护措施，比较常用的有阻容吸收装置和硒堆抑制电路内部过电压，护措施，比较常用的有阻容吸收装置和硒堆抑制电路内部过电压，电感线圈、快速熔断器等元件限制电流变化率和过电流保护。电感线圈、快速熔断器等元件限制电流变化率和过电流保护。n 必须根据中频装置的特点，设计安装相应的保护电路。必须根据中频装置的特点，设计安装相应的保护电路。项目五 中频感应加热电源原理与检修二、整流主电路二、整流主电路1三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路（1）三相半波不可控整流电路）三相半波不可控整流电路n三相半波不可控整流电路三相半波不可控整流电路n三相半波不可控整流电路电压三相半波不可控整流电路电压波形波形项目五 中频感应加热电源原理与检修n三相半波不可控整流电路中三个极管轮流导通，导通角均为三相半波不可控整流电路中三个极管轮流导通，导通角均为120，输出电压，输出电压ud是脉动的三相交流相电压波形的正向包络线，是脉动的三相交流相电压波形的正向包络线，负载电流波形形状与负载电流波形形状与ud相同。相同。n其输出直流电压的平均值其输出直流电压的平均值Ud为为n整流二极管承受的最大的反向电压就是三相交压的峰值，即整流二极管承受的最大的反向电压就是三相交压的峰值，即项目五 中频感应加热电源原理与检修（2）三相半波可控整流电路）三相半波可控整流电路n三相半波可控整流电路有两种接线三相半波可控整流电路有两种接线方式，分别为共阴极、共阳极接法。方式，分别为共阴极、共阳极接法。n共阴极接法的三相半波可控整流电共阴极接法的三相半波可控整流电路。路。项目五 中频感应加热电源原理与检修1）电路结构）电路结构n共阴极接法的三相半波可控共阴极接法的三相半波可控整流电路。整流电路。2)电路工作原理电路工作原理n030 项目五 中频感应加热电源原理与检修n30 150n当触发角当触发角 30时，此时的电压和电流波形断续，各个晶闸管的时，此时的电压和电流波形断续，各个晶闸管的导通角小于导通角小于120，=60的波形。的波形。项目五 中频感应加热电源原理与检修3）基本的物理量计算）基本的物理量计算整流输出电压的平均值计算：整流输出电压的平均值计算：n当当0 30时，此时电流波形连续，通过分析可得到：时，此时电流波形连续，通过分析可得到：n当当30 150时，此时电流波形