中頻感應(yīng)電爐常見(jiàn)故障分析

1、中頻感應(yīng)電爐常見(jiàn)故障分析晶閘管變頻的中頻感應(yīng)電爐 , 目前已得到廣泛的使用 , 隨著晶閘管容量、 質(zhì) 量的不斷提高 , 中頻技術(shù)的不斷完善 , 感應(yīng)加熱及熔煉的中頻爐在使用及維修 上都已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。寧波市神光電爐有限公司 1997 年購(gòu)進(jìn)二臺(tái)浙江大 學(xué)電力電子廠生產(chǎn)的 500kg 中頻爐主要用來(lái)熔煉鑄鐵。通過(guò)幾年來(lái)的生產(chǎn)及維 修實(shí)踐 , 認(rèn)為 , 要用好修好中頻爐 , 熟悉中頻感應(yīng)電爐常見(jiàn)的電氣故障及處理 方法是很有必要的 , 總結(jié)維修過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn) , 對(duì)指導(dǎo)今后的工作很有好處。 1 中頻爐及其電源的特點(diǎn)1. 1 該廠使用的 500kg 中頻爐 , 其中頻電源裝置進(jìn)線采用 380V 三

2、相電源 , 額 定輸出功率 250kW 。 中頻電壓 750V , 中頻電流 550A 。 有相序指示電路及顯示 , 內(nèi) 有整流控制電壓表 , 整流脈沖電流表 , 逆變控制電壓表 , 逆變脈沖電流表 , 有 工作 ö檢查轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。 控制板一共四塊 , 除電源板外 , 還有一塊整流板 , 一塊逆 變板和一塊保護(hù)板。 采用自激式預(yù)磁化撞擊啟動(dòng)。 其過(guò)流保護(hù)不是采用整流拉逆 變 , 而是關(guān)橋的保護(hù)方式 , 即主電路發(fā)生過(guò)流或過(guò)壓時(shí) , 發(fā)出信號(hào)使控制電源 瞬間短路 , 封鎖整流脈沖 , 同時(shí)續(xù)流二極管使濾波電抗器中的能量通過(guò)逆變橋 構(gòu)成通路消耗掉。另外 , 各控制板采用了 Kc04、 Kc

3、41 片子及部分運(yùn)算放大器等 集成塊。1. 2 主回路線路及啟動(dòng)控制線路如圖 1、 2 所示。2 常見(jiàn)電氣故障分析中頻感應(yīng)電爐 , 就其故障發(fā)生的范圍來(lái)說(shuō) , 主要可分為二大塊 : 一是控制 部分 , 二是主電路 , 即包括補(bǔ)償電容器、 感應(yīng)器在內(nèi)的諧振回路與水冷電纜及母 排等部分。就故障的種類來(lái)說(shuō) , 主要有過(guò)電流、過(guò)電壓以及輸出中頻功率低等。 造成這些故障的原因是多種多樣的 , 下面將逐一分析。2. 1 控制電源打開(kāi)后 , 按啟動(dòng)按鈕 , 中頻電源裝置無(wú)反應(yīng)產(chǎn)生這類故障的主 要原因有 :(1 循環(huán)冷卻水未打開(kāi)或水壓不夠。這造成電接點(diǎn)水壓表內(nèi)的常開(kāi)接點(diǎn)未接通 , 中頻柜內(nèi)的整流電源板沒(méi)有電

4、, 即沒(méi)有整流電壓輸出 , 因而整流觸發(fā)板及逆變 觸發(fā)板均無(wú)觸發(fā)脈沖 , 當(dāng)然中頻電源裝置就沒(méi)有反應(yīng)。 通常此時(shí)柜內(nèi)的整流脈沖 電壓表、電流表均無(wú)顯示。(2 啟動(dòng)控制回路的時(shí)間繼電器 1KT 常開(kāi)延時(shí)閉合觸點(diǎn)損壞或啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間過(guò) 長(zhǎng)或過(guò)短。正常的延時(shí)時(shí)間為 3 5s, 如果延時(shí)時(shí)間過(guò)短 , 則主電路上的整流橋無(wú)法及時(shí)補(bǔ) 充負(fù)載回路及電抗器消耗的能量 (此補(bǔ)充能量由啟動(dòng)時(shí)撞擊產(chǎn)生 , 那么由撞擊 形成的衰減波很快趨向于零 , 于是啟動(dòng)失敗。 如果延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng) , 又會(huì)使啟動(dòng)電 阻嚴(yán)重發(fā)熱 , 而且還很可能使主電路的電流增長(zhǎng)速度太快 , 增長(zhǎng)太大 , 使換流時(shí) 間拖得過(guò)長(zhǎng) , 以至于超越了系統(tǒng)在這

5、一階段的換流能力 , 啟動(dòng)也有可能不成功。 另外 , 如時(shí)間繼電器常開(kāi)延時(shí)閉合觸點(diǎn)損壞 , 控制極無(wú)電壓 , 則啟動(dòng)晶閘管 V T 15 無(wú)法導(dǎo)通 , 因而啟動(dòng)主回路晶閘管 V T 11 因無(wú)觸發(fā)脈沖也不能導(dǎo)通 , 就不可 能有撞擊衰減波產(chǎn)生 , 也就不可能成功啟動(dòng)。(3 啟動(dòng)變壓器 T 4 燒壞 , 或 T 4 的初級(jí)線圈的熔絲燒斷 , 以及啟動(dòng)接觸器 KM 2 觸點(diǎn)未閉合或接觸不良。啟動(dòng)變壓器 T 4 設(shè)計(jì)為短時(shí)工作制 , 正常工作時(shí)間 僅為幾秒鐘。如果連續(xù)多次啟動(dòng)則線圈嚴(yán)重發(fā)熱。因此當(dāng) KM 2 的主觸頭粘住或 卡住時(shí) , T 4 的線圈很容易被燒壞。另外 , 當(dāng) T 4 初級(jí)線圈的熔絲

6、 9FU熔斷以及 KM 2 主觸點(diǎn)接觸不良時(shí) , 都可使啟動(dòng)觸發(fā)回路無(wú)電 , 因而啟動(dòng)時(shí)中頻 柜無(wú)反應(yīng)。(4 主回路預(yù)充磁電阻 R623 燒壞或阻值變大。預(yù)充磁電阻 R6 的主要作用是在 啟動(dòng)前輸送預(yù)磁化電流 I d, I dU döR6 (U d 為啟動(dòng)時(shí)控制角為 A 時(shí)整流橋 輸出的直流電壓 ; R 6 為啟動(dòng)時(shí)的預(yù)磁化電阻 。它使電抗器預(yù)磁化 , 并在磁場(chǎng) 內(nèi)儲(chǔ)藏一定的能量。逆變啟動(dòng)后 , 由于負(fù)載電路的等效電阻比 R 6 要小 , R 6 中 的電流 (即預(yù)磁化電流 便向負(fù)載轉(zhuǎn)移 , 及時(shí)向負(fù)載電路補(bǔ)給能量。如果預(yù)充磁 電阻燒壞或阻值變大 , 則向負(fù)載回路補(bǔ)充的能量消失或減少

7、 , 那么啟動(dòng)回路的 衰減波就會(huì)很快衰減掉 , 于是啟動(dòng)失敗。 R 6 由 4 根 108 200W 的繞線電阻兩串 兩并組成 , 其阻值仍為 108 , 串并的目的是為了增加瓦數(shù)。( 5 啟動(dòng)預(yù)充電電壓達(dá)不到 500V , 致使啟動(dòng)晶閘管 V T 11 無(wú)法開(kāi)通 , 因而 啟動(dòng)回路得不到能量。 通常 , 預(yù)充電電容器變質(zhì)或漏電 , 預(yù)充電回路的整流二極 管 VD10 損壞以及回路中某一點(diǎn)脫焊或虛焊都可造成這種故障。2. 2 按下啟動(dòng)按鈕后 , 聽(tīng)到中頻聲音 , 隨即逆變失敗 , 出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)壓過(guò)流 和過(guò)壓故障是中頻爐最常見(jiàn)的故障 , 其故障現(xiàn)象多種多樣 , 故障原因也各不相同 , 其中過(guò)流故

8、障又多于過(guò)壓障。產(chǎn)生過(guò)流的主要原因有 :( 1 引前角 B 調(diào)得偏小 , 使逆變晶閘管換流時(shí)間 tC 增大 , 相應(yīng)儲(chǔ)備時(shí)間 tB 減 小 , 因而逆變管換流發(fā)生困難 , 產(chǎn)生過(guò)流 , 使逆變失敗。我們知道 , tD= tC+ tB (其中 tD 為引前觸發(fā)時(shí)間 ,tC 為換流時(shí)間 , tB 為儲(chǔ)備時(shí)間 。 只有當(dāng) tB> tq ( tq 為關(guān)斷時(shí)間 時(shí) , 才能保證關(guān)斷的晶閘管恢復(fù)正向阻斷特性 , 使換流成功。當(dāng) tB 因 tC 的增長(zhǎng)而減小時(shí) , 則換流時(shí)應(yīng)關(guān)斷的晶閘管由于未能恢復(fù)正向阻斷特 性而誤導(dǎo)通 , 產(chǎn)生直通短路 , 最終導(dǎo)致逆變失敗。(2 自動(dòng)調(diào)頻回路及逆變觸發(fā)回路發(fā)生故障

9、 , 導(dǎo)致觸發(fā)脈沖發(fā)生紊亂及波形畸 變 , 逆變換流時(shí)該導(dǎo)通的管子未導(dǎo)通 , 該關(guān)斷的關(guān)不斷 , 結(jié)果形成短路 , 產(chǎn)生過(guò) 流。正常情況下 , 逆變橋?qū)蔷€的脈沖應(yīng)重迭 , 且波形應(yīng)清楚、整齊 , 幅值、 寬 度都應(yīng)符合要求。逆變橋相鄰兩組脈沖相位差應(yīng)為 180。本裝置自動(dòng)調(diào)頻回路 采用的是定時(shí)原則 , 即調(diào)頻信號(hào)取自中頻電壓、 電流信號(hào)的合成。 所得的合成信 號(hào)為為電容器電容 , iC 為電容器電流 , 送入逆變觸發(fā)電路再經(jīng)脈沖變壓器送 到逆變晶閘管。 如果電壓信號(hào)或電流信號(hào)因線路故障或受到干擾發(fā)生畸變或紊亂 , 則合成信號(hào)勢(shì)必不正常。 如果逆變觸發(fā)回路發(fā)生故障 , 同樣會(huì)使觸發(fā)脈沖不正常

10、(在相位、幅值、波形上 。因而使逆變管發(fā)生短路 , 造成過(guò)流。(3 左臂或右臂有一只逆變管特性變化 , 不該導(dǎo)通時(shí)卻發(fā)生正向轉(zhuǎn)折 , 致使逆 變回路左臂或右臂發(fā)生直通短路 , 造成過(guò)流。 這主要是指某個(gè)逆變晶閘管熱態(tài)特 性不好 , 在冷態(tài)時(shí)各特性參數(shù)均正常 , 但一旦送電 , 當(dāng)中頻電壓達(dá)到某一數(shù)值 時(shí) (300V 左右 , 即發(fā)生正向轉(zhuǎn)折 , 以致于由于直通而形成過(guò)流。(4 感應(yīng)圈發(fā)生對(duì)地短路或匝間短路。 感應(yīng)圈對(duì)地絕緣 , 在不通水的情況下 , 阻 值應(yīng)在 2M 8 以上。 如果通水 , 用萬(wàn)用表測(cè)量 , 則在 5k8 以上 (因水與地相通 , 但 有一定電阻 。感應(yīng)圈發(fā)生對(duì)地短路或匝間短

11、路 , 大多數(shù)是由于爐襯滲漏鐵液 , 鐵液冷卻后感應(yīng)圈與地連通及匝間連通 , 造成短路引起。(5 電容器發(fā)生相間短路或?qū)Φ囟搪贰Ｖ蓄l電容器為電熱電容器 , 內(nèi)通冷卻水。 當(dāng)水路有水垢或異物時(shí) , 水流量大大減少甚至斷流 , 使電容器發(fā)熱加劇而燒壞 , 造成相間短路。 如果電容器漏油嚴(yán)重 , 則電容量大為減少 , 同時(shí)也會(huì)使電容器發(fā) 熱激增 , 發(fā)生相間短路。中頻電容器外殼為一極 , 直接放在由角鋼焊接而成的支架上 , 電容器支架 用膠木座與電氣網(wǎng)路的地面隔開(kāi)。如果膠木座因潮濕、油污對(duì)地絕緣下降很多 , 則很容易發(fā)生對(duì)地?fù)舸┒搪贰Ｉ鲜龆N短路都會(huì)造成過(guò)流。(6 啟動(dòng)時(shí) , 由于整流觸發(fā)回路故障

12、 , 整流觸發(fā)脈沖不正常 , 使 A 角變大 , 則 輸出的直流電壓太低 , 啟動(dòng)時(shí)撞擊產(chǎn)生的振蕩衰減波補(bǔ)充的能量太小 , 使啟動(dòng)失 敗 , 形成過(guò)流。一般說(shuō)來(lái) , 中頻電源啟動(dòng)時(shí) , 在一定的負(fù)載下 , 直流電壓 U d 的最低值和最高值 有一定的范圍 , 即平常所說(shuō)的啟動(dòng)范圍 , 一般為 30 80V。超出這個(gè)范圍 , 不 是補(bǔ)充的能量太小 , 就是主電路電流增長(zhǎng)速度太快 , 增長(zhǎng)太大 , 引起換流困難。 ( 7 低通濾波器 (DL 回路阻抗變大 , 使逆變端晶閘管工作不對(duì)稱及載流子積 蓄效應(yīng)所積累的靜電荷未能及時(shí)放掉 , 因而開(kāi)通、 關(guān)斷特性變壞。 關(guān)斷不良導(dǎo)致 逆變失敗 , 形成過(guò)流。

13、低通濾波器類似于一個(gè)小電抗器 , 用 6mm 2 漆包線繞制 而成 , 接在負(fù)載部分 , 與倍壓電容器相并聯(lián) , 與爐子感應(yīng)圈相連通。 作為當(dāng)逆變 端工作不對(duì)稱時(shí)泄放晶閘管積累的靜電電荷的通路。它與負(fù)載回路的連接導(dǎo)線 , 其截面應(yīng)是 10mm 2 以上的銅線 , 長(zhǎng)度愈短愈好 , 以減少泄放回路的阻抗 , 保證 靜電電荷以一定的速率放掉 , 確保逆變成功。 有時(shí)靜電電荷形成的電流很大 , 會(huì) 使低通濾波器嚴(yán)重發(fā)熱以致燒壞。(8 過(guò)流保護(hù)板中起保護(hù)作用的晶閘管特性變壞時(shí) , 其靈敏度增加 , 當(dāng)啟動(dòng)電 流未達(dá)到過(guò)流整定值時(shí)便觸發(fā)導(dǎo)通 , 發(fā)出過(guò)流信號(hào)去封鎖控制電源 , 使逆變失 敗。(9 對(duì)角線

14、橋臂的逆變管有一臂因沒(méi)有觸發(fā)脈沖而不導(dǎo)通。 這樣 , 開(kāi)通的管子就 關(guān)不斷 , 此時(shí)功率因數(shù)很低 , 啟動(dòng)電流很大 , 即產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。(10 調(diào)功電位器接觸不良 , 使直流電壓忽大忽小 , 忽有忽無(wú) , 啟動(dòng)時(shí)對(duì)負(fù)載回 路的能量補(bǔ)充就很不穩(wěn)定 , 這也往往容易造成啟動(dòng)失敗而引起過(guò)流。 產(chǎn)生過(guò)壓的 主要原因有 :(1 調(diào)頻信號(hào)回路因?qū)Ь€燒斷或接頭松動(dòng)而斷開(kāi) , 使換流引前角 B+C2 變大 (其中 B 為換流時(shí) t2 到 t3 時(shí)刻的相角 ; C為換流時(shí) t1 到 t2 時(shí)刻的 相角 , 即 U 角變大 , Co sU變小 (Co sU為負(fù)載功率因數(shù) , 則輸出的中頻電壓 U a 增大 (

15、因 U a=1. 1U dCo sU , 因此很容易引起過(guò)壓。 (2 逆變橋中有一熔 絲燒毀 , 逆變端換流瞬間除了引起過(guò)流外 , 還很容易引起過(guò)壓。 (3 負(fù)載回路發(fā)生故障 , 如感應(yīng)圈和水冷電纜因爐襯滲漏鐵液或斷液而燒斷 , 則瞬間很容易產(chǎn) 生高壓。 這是由于感應(yīng)圈或水冷電纜斷開(kāi)后 , 槽路不發(fā)生振蕩 , 負(fù)載回路只剩下 電容器。電容器本身已充有一定的電壓 , 濾波電抗器中的能量再向電容器充電 , 勢(shì)必產(chǎn)生高壓 , 引起過(guò)電壓動(dòng)作。 (4 過(guò)壓保護(hù)板中起保護(hù)作用的晶閘管特性變 壞 , 靈敏度增加 , 當(dāng)電壓未達(dá)到過(guò)壓整定值時(shí)便觸發(fā)導(dǎo)通 , 產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作。 (5 中頻電源送電時(shí)加爐料 ,

16、 爐口的鐵塊或回爐料一頭與鐵液相連 , 一頭與爐 子的金屬外殼 (如平臺(tái)或爐口鐵圈 相碰而打火 , 產(chǎn)生的干擾信號(hào)影響控制電路 , 引起過(guò)電壓動(dòng)作。(6 中頻電壓互感器線圈對(duì)地絕緣下降 , 存在不完全短路 , 當(dāng)中頻電壓上升到 300V 以上時(shí) , 對(duì)地完全短路。短路時(shí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)使過(guò)壓保護(hù)板動(dòng)作。2. 3 輸出功率低 , 達(dá)不到額定值500kg 中頻爐 , 其額定輸出功率 250kW 。但是由于種種原因 , 有時(shí)輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn) 達(dá)不到額定工率 ,甚至只有 40 60kW。常見(jiàn)的原因有 :(1 整流電壓低 , 造成輸出功率低。造成整流電壓低的原因主要有 :a. 整流電路缺相。 此時(shí)用示波器觀察

17、整流主回路波形 , 可以明顯見(jiàn)到缺一波頭 , 同時(shí)主電路濾波電抗器發(fā)出沉悶的不規(guī)則的振動(dòng)聲。用萬(wàn)用表測(cè)量某相晶閘管 , 如其電阻值為無(wú)窮大則證明該晶閘管損壞后已斷路 , 或者某熔斷器燒斷。 此時(shí)若 仍在額定電流下工作 , 流過(guò)其它幾個(gè)橋臂的電流過(guò)大 , 會(huì)縮短晶閘管的壽命。 一 般缺相后 , 輸出功率只能達(dá)到 60kW 。b. 感應(yīng)圈匝間或?qū)Φ卮嬖诓煌耆搪?。隨著中頻電壓的升高、功率的增大 , 變 為完全短路 , 于是在某一中頻電壓上因短路出現(xiàn)過(guò)流 , 因而功率上不去。c. 截流截壓電路出現(xiàn)故障 , 未達(dá)到整定值便輸出 , 限制了整流電壓的升高。d. 移相脈沖觸發(fā)延遲角無(wú)法調(diào)到 A= 0。e.

18、 某一橋臂晶閘管觸發(fā)電路出現(xiàn)故障 , 或晶閘管性能變劣亦不能觸發(fā)導(dǎo)通。 (2 逆變電壓、 電流相位角 (超前相位角 過(guò)小 , 使中頻電壓 U a 低于額定值 , 嚴(yán) 重影響中頻輸出功率的提高。這一般是由于槽路上并聯(lián)的電容器損壞較多引起 , 應(yīng)使 U aöUd 1. 4 左右較為合適。(3 爐壁增厚 , 爐膛變小 , 即爐子的等效電阻 R 增大 , 使中頻功率下降。2. 4 直流電壓及中頻電壓不穩(wěn)定引發(fā)直流電壓不穩(wěn)定的原因可能是: 觸發(fā) 電路虛焊, 觸發(fā)脈沖時(shí)有時(shí)無(wú), 使晶閘管時(shí)通時(shí)不通,此時(shí)可看到整流觸發(fā)電流 表也發(fā)生擺動(dòng)。中頻干擾造成整流晶閘管誤導(dǎo)通, 因而直流電壓輸出不規(guī)則, 產(chǎn)

19、生波動(dòng)。 濾波電抗器碰線, 其電感值下降, 對(duì)中頻電源的隔離作用降低, 中頻 電壓侵入到整流電路,使整流晶閘管在中頻電壓作用下發(fā)生正向轉(zhuǎn)折, 造成負(fù)載 電壓不穩(wěn)定。 整流電壓缺相不平衡時(shí), 電抗器 L d 會(huì)發(fā)生振動(dòng)及很大雜音, 造 成直流電壓不穩(wěn)定及直流電壓表來(lái)回?cái)[動(dòng)。引發(fā)中頻電壓、電流不穩(wěn)定的原因可 能是: (1 逆變晶閘管質(zhì)量差, 熱態(tài)性能不穩(wěn)定, 如開(kāi)通時(shí)間、反向恢復(fù)時(shí)間不一致, 溫度特性不好。 (2 逆變觸發(fā)脈沖不對(duì)稱, 使管子開(kāi)通、關(guān)斷的時(shí)間有差異, 因而引起中頻電 壓、電流的波動(dòng)。 (3 整流橋直流電壓波動(dòng), 引起中頻電壓波動(dòng)。 (4 逆變板上的電位器整定值有變化及三極管等某些元

20、件不穩(wěn)定。 3 中頻爐故障的檢查方法與步驟 (1 首先觀察中頻柜內(nèi)的四塊小表的指示值是否正常。 其中整流控制電壓表 30V , 整流脈沖電流表 130 150mA , 逆變控制電壓表 12V , 逆變脈沖電流表 100 120mA。如果數(shù)值在正常范圍內(nèi), 則證明電源部分沒(méi)有問(wèn)題。 (2 用數(shù)字萬(wàn)用表 2008 檔檢查整流、逆變晶閘管陽(yáng)極、陰極電阻及控制極與陰 極電阻值(可不必從柜內(nèi)卸下來(lái)測(cè)量, 管子散熱器仍通有冷卻水。 陽(yáng)極與陰極的 正反向電阻值均為, 控制極與陰極的電阻值為 10 508。另外, 應(yīng)檢查熔斷 器是否熔斷。 (3 將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA 置于檢查檔, 用示波器檢查整流及逆變觸發(fā)脈沖的波形, 檢 查幅值及時(shí)間間隔是