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引言

　　控制系統的穩定，對于中頻感應加熱裝置的穩定運行十分重要。現場技術人員平時要積極收集設備原始設計數據或交工驗收技術數據，并對系統進行技術消化與必要的測試，積累經驗數據，對故障的診斷與處理有很大的指導意義。

1 簡介

　　某鋼管廠管加工前區芯棒淬火中頻感應加熱裝置是80年代末期從德國bbc公司引進的，芯棒原設計直徑：d=φ65～φ150mm，爐膛溫度：750℃～1300℃。由于生產需要軋制x70、x80管線鋼，芯棒的直徑有時需要提高到172mm，必然提高了中頻裝置的負荷。該控制系統采用模擬控制，控制器件為分立元件，設備已運行二十年，控制參數劣化嚴重。在加熱φ160mm的芯棒時，出現功率上不去，系統過電流跳電，屢次燒逆變側晶閘管，嚴重影響生產的正常運行。

2 系統介紹

　　主回路包括整流變壓器、整流器、直流電抗器、逆變器、電容器與感應加熱線圈組成的并聯負載諧振回路，見圖1。整流變壓器750kva，10kv/550v;采用晶閘管三相全控整流;電抗器具有平滑作用，濾去高次諧波;逆變器由單相全控橋組成，輸出功率600kw，輸出電壓800v，電流880a，最大頻率2000hz。

　　圖1 主回路電路圖

　　控制系統采用電壓、電流雙閉環控制，控制框圖如圖2所示。通過對中頻電壓的檢測，來控制中頻輸出電壓的大小，電壓調節器的輸出作為電流給定。通過檢測三相交流進線電流來作為電流反饋，電流調節器的輸出控制整流器的脈沖移相。控制系統檢測中頻電壓、電容器支路電流，通過計算與比較，來控制逆變晶閘管的觸發，保證反壓時間tβ大于晶閘管關斷時間tq。

　　圖2 中頻控制系統簡圖

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3 故障處理

　　通過對系統進行調查，可知在加熱φ160芯棒時，中頻電壓開始大約為250v時，輸入電流沖擊大，隨著加熱的進行，輸入電流基本徘徊在600a左右。隨著給定功率的增加（即給定電壓的增加），輸入電流增大，但輸入電流不會隨著加熱的進行而逐步減少，芯棒加熱緩慢。為什么在加熱初期電流沖擊大？為什么隨著加熱裝置的運行，輸入電流沒有逐步減少？為什么隨著給定功率的增加，加熱效果不明顯，而系統頻繁報警過電流？

　　（1）針對逆變回路頻繁燒晶閘管，初步懷疑主回路晶閘管不良或主回路存在接地或短路現象，導致交流輸入電流大，輸出功率上不去。通過對中頻主回路以及線圈的絕緣進行檢查，沒有發現異常;對晶閘管進行檢查，發現晶閘管的參數有劣化趨勢。我們對逆變側晶閘管全部進行了更換，以徹底排除主回路的異常;但再次運行中頻時，現象依舊。

　　（2）對負載進行檢查，在中頻感應加熱裝置中，如果負載不匹配，如電容與感應線圈不匹配，也會出現輸入電流大，輸出功率小的現象。我們對感應線圈的感抗進行測試，沒有發現異常，對并聯電容進行簡單檢查，也沒有發現異常;然后逐步切電容或投電容，啟動中頻裝置，即進行負載阻抗的匹配試驗，故障現象依舊，說明負載阻抗匹配不存在問題。

　　（3）在排除主回路異常后，我們對控制系統進行檢查與測試。發現中頻裝置工作時，當中頻電壓開始大約為250v時，輸入電流沖擊大，隨后穩定在600a左右，反饋電壓為。系統標準設置為1000a/10v，我們調節電流反饋系數，使輸入電流為600a時，電流反饋為6v。再次運行中頻時，沖擊電流明顯下降，但功率依然上不去，加熱效果差。

　　（4）測試中頻電壓與電流波形如圖3所示，中頻頻率大約，周期t為589μs，電流超前電壓達70μs，即功率因數角大約為：70/589×360=43°。本中頻裝置用晶閘管的恢復時間大約在20μs，為了保證晶閘管的可靠關斷，系統設置的電流超前電壓大約在40μs左右。

　　圖3 處理前中頻電壓、電流波形

　　為此，我們調整了超前角的大小，減小超前時間到40μs，如圖4所示。再次啟動系統時，中頻電壓開始大約為250v時，輸入電流開始為600a左右，隨著加熱的進行，輸入電流逐步減小到350a左右。當給定功率的增加時（即給定電壓的增加），中頻輸出功率成比例上升;輸入電流開始也增加，但隨著加熱的進行逐步減少;芯棒加熱效果好，系統恢復正常工作。

　　圖4 處理后的中頻電壓、電流波形

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4 故障分析

　　當中頻裝置啟動時，突加給定電壓，由于電壓反饋沒有，電壓調節器輸出迅速增加。由于控制參數漂移，使得電流反饋系數減小，同樣的中頻電流給定使中頻裝置輸出的瞬間電流比較大，產生沖擊電流，只有當電壓環超調后，輸出電流才開始減小，最終由負載決定。由于中頻裝置中存在很大的電抗，系統調節響應慢。隨著給定電壓的增加，沖擊電流更大;對晶閘管的沖擊也大，加快晶閘管的劣化，造成晶閘管疲勞擊穿。

　　隨著元器件老化，模擬控制系統參數漂移，使得逆變器控制回路中的晶閘管觸發的超前角變大（42.8°），功率因數低（），即使輸出同樣的中頻電壓與中頻電流，但中頻裝置輸出的有功功率不高，加熱效果差。正常情況下，在中頻加熱過程中，根據歐姆定律，負載參數隨溫度升高而變化，如中頻等效阻抗增大;但當溫度變化緩慢時，中頻等效阻抗變化不大。當中頻給定電壓恒定時，盡管隨著加熱裝置的運行，由于加熱效果差，中頻等效阻抗變化不大，電壓反饋提高得慢，導致中頻電流變化緩慢，即系統長時間工作在大電流狀態，也易造成晶閘管的劣化。

　　通過調節定位器，增大電流反饋系數，使電流反饋600a/6v;減小了電流沖擊。通過調節逆變回路晶閘管脈沖控制參數，使中頻電流超前中頻電壓的時間為40μs，既保證了晶閘管的可靠關斷，又減少了超前角（24.4°），提高了功率因數，為。由于中頻裝置的輸出有功功率提高，芯棒加熱功率增大。根據歐姆定律，隨著芯棒溫度的升高，芯棒電阻增大，中頻等效阻抗增加，在同樣的中頻電流下，中頻電壓反饋提高;當中頻電壓給定不變時，電壓調節器的輸出減少，使中頻輸入電流也逐步減小。隨著給定功率的提高，中頻電壓提高，中頻電流開始也提高，但隨著芯棒的加熱，中頻電流會逐步減小，減小了晶閘管的負擔。

5 結束語

　　控制系統的穩定，對于中頻感應加熱裝置的穩定運行十分重要。現場技術人員平時要積極收集設備原始設計數據或交工驗收技術數據，并對系統進行技術消化與必要的測試，積累經驗數據，對故障的診斷與處理有很大的指導意義。