中頻電源原理及調節(jié)

1、中頻電源原理及調試步驟主電路原理本系列中頻電源裝置是采用晶閘管元件，將三相工頻交流電整流為直流，經電抗器平波后，成為一個恒定的直流電流源，再經單相逆變橋，把直流電流逆變成一定頻率的單相中頻電流。負載是由感應線圈和補償電容器組成的。聯接成并聯諧振電路。詳細原理圖見主電路圖1200KW/2.6KHz中頻電源原理圖。三相工頻交流電(550V、三相四線制)送至本裝置隔離開關的三個進線端，自動空氣開關ZK作為主回路的電源開關。電流檢測采用電流互感器，該電流信號被電流互感器及5/0.1A電流變換器二次轉換后送到控制電路板KSRL.SCH作為電流閉環(huán)信號和過電流保護信號。快速熔斷器作為控制電路失控時的短路保

2、護。為了減少開關操作過電壓及由SCR換相時產生的"毛刺"，在進線處設置了阻容濾波電路及壓敏過電壓吸收電路。本裝置采用三相橋式全控整流電路，可以獲得較為平滑的電流波形，并且通過脈沖移相，可實現拉逆變工作狀態(tài)。三相全控橋式整流電路的工作原理從略。整個控制電路除逆變末級觸發(fā)電路板外,做成一塊印刷電路板結構,從功能上分為整流觸發(fā)部分、調節(jié)器部分、逆變部分、啟動演算部分。詳細電路見KSRL.SCH控制電路原理圖。2.1 整流觸發(fā)工作原理這部分電路包括三相同步、數字觸發(fā)、末級驅動等電路。觸發(fā)部分采用的是數字觸發(fā)，具有可靠性高、精度高、調試容易等特點。數字觸發(fā)器的特征是用計(時鐘脈沖)數

3、的辦法來實現移相,該數字觸發(fā)器的時鐘脈沖振蕩器是一種電壓控制振蕩器,輸出脈沖頻率受移相控制電壓Vk的控制,Vk降低,則振蕩頻率升高,而計數器的計數量是固定的(256),計數脈沖頻率高,意味著計一定脈沖數所需時間短,也即延時時間短,角減小,反之角增大。計數器開始計數時刻同樣受同步信號控制,在=0°時開始計數?，F假設在某 Vk 值時 , 根據壓控振蕩器的控制電壓與頻率間的關系確定輸出振蕩頻率為 25KHZ , 則在計數到 256 個脈沖所需的時間為 (1/50000)×256=10.2 (mS) ,相當于約180°電角度,該觸發(fā)器的計數清零脈沖在同步電壓(線電壓)的3

4、0°處,這相當于三相全控橋式整流電路的=30°位置,從清零脈沖起,延時10.2mS產生的輸出觸發(fā)脈沖,接近于三相橋式整流電路某一相晶閘管=150°的位置。如果需要得到準確的=150°觸發(fā)脈沖,可以略微調節(jié)一下電位器來實現。顯然,有三套相同的觸發(fā)電路,而壓控振蕩器和Vk控制電壓為公用。這樣，在一個周期中產生6個相位差60°的觸發(fā)脈沖。數字觸發(fā)器的優(yōu)點是工作穩(wěn)定,特別是用HTL或CMOS數字集成電路,則可以有很強的抗干擾能力。調節(jié)器的輸出信號到電壓頻率轉換器，其輸出頻率隨調節(jié)器送來的輸入電壓VK而線性變化。通過頻率的變化來控制a角,達到調節(jié)功率第目

5、的。三相同步信號直接由晶閘管的門極引線從主回路的三相進線上取得，由內部IC進行濾波及移相，再經6只光電耦合器進行電位隔離，獲得6個相位互差60度、占空比略小于50的矩形波同步信號輸出。三相同步信號對計數器進行復位后，對電壓頻率轉換器的輸出脈沖每計數256個脈沖便輸出一個延時脈沖，因計數脈沖的頻率是受VK控制的，換句話說，VK控制了觸發(fā)脈沖的延時。計數器輸出的脈沖經隔離、微分后，變成窄脈沖，送到后級的IC，它既有同步分頻器功能，亦有定輸出脈寬的功能。輸出的窄脈沖經電阻合成為雙窄脈沖，再經晶體管放大，驅動脈沖變壓器輸出。調節(jié)器部分共設有四個調節(jié)器:中頻電壓調節(jié)器、電流調節(jié)器、阻抗調節(jié)器、逆變角調節(jié)

6、器。其中電壓調節(jié)器、電流調節(jié)器,組成常規(guī)的電流、電壓雙閉環(huán)系統(tǒng),在啟動和運行的整個階段，電流環(huán)始終參與工作，而電壓環(huán)僅工作于運行階段;另一阻抗調節(jié)器,從輸入上看,它與電流調節(jié)器的輸入完全是并聯的關系,區(qū)別僅在于阻抗調節(jié)器的負反饋系數較電流調節(jié)器的略大,再者就是電流調節(jié)器的輸出控制的是整流橋的輸出直流電壓,而阻抗調節(jié)器的輸出控制的是中頻電壓與直流電壓的比例關系,即逆變功率因數角。調節(jié)器電路的工作過程可以分為兩種情況:一種是在直流電壓沒有達到最大值的時候,由于阻抗調節(jié)器的反饋系數略大,阻抗調節(jié)器的給定小于反饋,阻抗調節(jié)器便工作于限幅狀態(tài),對應的為最小逆變角,此時可以認為阻抗調節(jié)器不起作用,系統(tǒng)完全

7、是一個標準的電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng);另一種情況是直流電壓已經達到最大值,電流調節(jié)器開始限幅,不再起作用,電壓調節(jié)器的輸出增加,而反饋電流卻不變化,對阻抗調節(jié)器來說,當反饋電流信號比給定電流略小時,阻抗調節(jié)器便退出限幅,開始工作,調節(jié)逆變角調節(jié)器的角給定值,使輸出的中頻電壓增加,直流電流也隨之增加,達到新的平衡。此時,就只有電壓調節(jié)器與阻抗調節(jié)器工作,R 的繼續(xù)增大,直至到最大逆變角。逆變角調節(jié)器使逆變橋能在某一角下穩(wěn)定的工作。本電路逆變觸發(fā)部分,采用的是掃頻式零壓軟起動,由于自動調頻的需要,雖然逆變電路采用的是自勵工作方式,控制信號也是取自負載端,但是主回路上無需附加起動電路,不需要預充磁或預充

8、電的啟動過程,因此,主回路得以簡化,但隨之帶來的問題是控制電路較為復雜。起動過程大致是這樣的,在逆變電路起動前,先以一個高于槽路諧振頻率的它激信號去觸發(fā)逆變晶閘管,當電路檢測到主回路直流電流時,便控制它激信號的頻率從高向低掃描,當它激信號頻率下降到接近槽路諧振頻率時,中頻電壓便建立起來,并反饋到自動調頻電路。自動調頻電路一旦投入工作,便停止它激信號的頻率掃描,轉由自動調頻電路控制逆變引前角，使設備進入穩(wěn)態(tài)運行。若一次起動不成功,即自動調頻電路沒有抓住中頻電壓反饋信號,此時,它激信號便會一直掃描到最低頻率,重復起動電路一旦檢測到它激信號進入最低頻段,便進行一次再起動,把它激信號再推到最高頻率,重

9、新掃描一次,直至起動成功。重復起動的周期約為0.5秒鐘,完成一次起動到滿功率運行的時間不超過1秒鐘。過電流保護信號送到過電流截止觸發(fā)器，封鎖觸發(fā)脈沖(或拉逆變)；驅動“過流”指示燈亮和驅動報警繼電器。過電流觸發(fā)器動作后，只有通過復位或關機后再開機進行“上電復位”，方可再次運行?？烧{節(jié)電位器整定過流電平。 當三相交流輸入缺相時，本控制板能對電源實現保護和指示。一旦出現“缺相”故障時，除了封鎖觸發(fā)脈沖外，還驅動“缺相”指示燈及報警繼電器。 為了使控制電路能夠更可靠準確的運行，控制電路上還設置了啟動定時器和控制電源欠壓檢測保護。在開機的瞬間，控制電路的工作是不穩(wěn)定的，設置一個三秒鐘左右的定時器，待定

10、時后，才容許輸出觸發(fā)脈沖。若由于某種原因造成控制板上直流供電電壓過低，穩(wěn)壓器不能穩(wěn)壓，亦會使控制出錯。設置一個欠壓檢測電路，當VCC電壓低于12.5V時便封鎖觸發(fā)脈沖，防止不正確的觸發(fā)。 過電壓截止觸發(fā)器，封鎖整流橋觸發(fā)脈沖(或拉逆變)；驅動“過壓”指示燈亮和驅動報警繼電器。使過壓保護振蕩器起振，逆變橋直通保護。過電壓觸發(fā)器動作后，也象過流觸發(fā)器一樣,只有通過復位信號或通過關機后再開機進行“上電復位”，方可再次運行?？烧{節(jié)電位器整定過壓電平。偶爾的水壓低，只要不超過8S控制系統(tǒng)可不作反應，中頻電源不必停止。最大限度地保證了中頻電源工作的連續(xù)性。整個控制系統(tǒng)采用數字器件硬件組成，不含有軟件程序控

11、制部分。控制系統(tǒng)單板構成，結構緊湊，調試簡單，運行可靠具有功率輸出特點?？煽毓柚蓄l電源的調試前進行那些檢查？安裝情況的檢查：調試前必須詳細檢查脫焊之處，有無短路相碰的地方。非等電位的裸線不得有平爐殼或相接。內接地線是否接牢，總接地線必須接牢。其接地線采用銅芯截面積不得小于55平方毫米。機殼對地電阻在電阻乘1的擋上測時應為零。三相進線由低壓盤進來時避免與機殼接觸，尤其是不要三相電纜從捆綁的形式靠在機殼上，這樣損失電能。 電氣絕緣檢查：中頻電源在接通冷卻水前應檢查整個系統(tǒng)的電氣絕緣情況。詳細登陸：用1000V或2500V兆歐表（俗稱搖表）檢查主電路及控制電路的絕緣前應把晶閘管和印刷板與電路斷開。用

12、兆歐表的一個測試端接中頻電源的箱殼，另一測試端接母線或控制電路，其絕緣電阻應達到工業(yè)電氣設備的絕緣標準。中頻電熱電容器的外殼、感應加熱線圈與中頻電源箱殼的絕緣電阻值同樣應滿足絕緣標準要求。對于已流通過冷地水的只能用萬用表的1檔量程來檢查絕緣電阻。整流部分主回路對箱殼的絕緣電阻應大于100K，逆變部分主回路對箱殼的絕緣電阻應大于30k。水冷卻換爐開關，感應線圈、水冷電纜的對大地的絕緣電阻應大于10。熔煉爐應待烘干爐襯后測試。緊固件檢查：中頻電源裝置的容量較大，在大電流下運行時，若回路中緊固件松動或脫開，在回路電感中會產生很高的自感電勢而危及主電路安全運行、損壞元器件。應檢查銅母線聯接處的螺栓緊固

13、情況，特別是負載電路，因其電流更大，工作時發(fā)熱，停機時冷卻，膨脹、收縮情況下更易松動。有些現場故障就是出自這些原因。在緊固中頻電容器主接線柱時，應用兩只扳手分別同時均勻緊固，以免主接線柱外套與箱殼焊接處松動而造成漏油損壞。此外，應檢查全部電氣聯接的緊固件及焊點。冷卻水路檢查：檢查冷卻水在各部位的進出是否暢通，冷卻水管道、分支、元器件的聯接處是否有漏水、滲水現象、觀察塑質水管是否折壓、彎癟等有礙水路暢通現象。中頻電源的水路聯接應按同電位原則相串聯，特別是當水質不理想時。同電位相串聯的水路聯接。若有個別支路必須作不同電位相串聯時，其支路冷卻水塑質管應有1.2m以上的長度。晶閘管漏水或凝露會引發(fā)故障

14、,必須及時消除之。中頻電源發(fā)熱量怎么計算你可以按中頻電源的功率進行估算，大體的估算公式是：電源功率*0.15*860800Kw中頻電爐需要選多大截面的銅芯電纜？800KW的功率,用的是三相還是單相,電壓是多少?才能確定電流,進而選擇電纜! 答:每相功率800/3=266KW,每相電流266KW/380V=700A,銅線每方負荷電流在6-8A,因此銅線截面積在100方左右,即直徑約11毫米的三相四線500V以上的電力電纜;中頻電流也在800KW/1500V=533A上,可按每方10安設計電纜,即出線電纜用不低于50方和2000V以上的電力電纜!晶閘管中頻電源整流的觸發(fā)脈沖調試需什么步驟合上控制回

15、路電源（此時不合主電源）。查看各控制部分的變壓器是否正常，有否短路、發(fā)熱、冒煙等情況。若正常，再接入穩(wěn)壓電源，查看穩(wěn)壓電源值是否合乎要求。再依次接入整流觸發(fā)、調節(jié)電路、保護電路、逆變觸發(fā)電路的印制電路板，查看相應的控制電路表指示值或發(fā)光二極管狀態(tài)，判斷電路是否正常工作。 用示波器檢查整流電路中每只晶閘管控制極與陰極之間的觸發(fā)脈沖波形。檢查應按晶閘管1-6編號順序進行。按順序每兩只管子之間兩個觸發(fā)脈沖的前沿（雙脈沖觸發(fā)制的應是第一個脈沖之間的前沿）相位差應是60°（同一只晶閘管控制極的雙脈沖相位差亦是60°）。再看觸發(fā)脈沖寬度是否合乎要求，以及所有觸發(fā)脈沖的幅值平均值的2倍，

16、則應檢查該管子的控制極有否開路或控制極電阻是否很大。如開路或很大，則應調換該管子。若有某只晶閘管的脈沖幅值特別小，也應檢查脈沖變壓器一二次側脈沖或功放管。脈沖變壓器二次側電路中的防干擾電容器或反并聯二極管短路也會出現控制極脈沖幅值極小或無脈沖。檢查觸發(fā)脈沖應直接在晶閘和的控制極上進行。什么是中頻加熱電源,它是一種什么樣的裝置,它的原理是什么IGBT逆變中頻感應加熱電源，是充分發(fā)揮我廠在電能變換技術方面的優(yōu)勢，新開發(fā)的更新換代產品。最突出的優(yōu)點是：節(jié)能,總轉換率達85%（配普通爐體、90%配專用爐體）；對不同爐體（感應器）的適應性強；最高的性能價格比。工作原理： 三相電源經橋式不控整流后經LC濾

17、波，獲得500VDC工作電壓。由于是不控整流，整流二極管始終工作在最大導通角，決定了高功率因數。 本設備的核心部分逆變器由大功率IGBT半橋組成。由鎖相環(huán)控制工作頻率，自動跟蹤爐體固有頻率及其它參數的變化，保持IGBT工作在零電壓開關狀態(tài)，損耗小，安全區(qū)大。由PWM電路控制輸出功率，由功率檢測電路組成閉環(huán)控制，本設備輸出電容與爐體構成串聯形式，而不象一般晶閘管逆變采用并聯方式。這是由于：串聯結構更適應IGBT的電壓型逆變；爐體引線長短只改變工作頻率而較少影響效率；更適合電容器的內置。當然，串聯結構在空爐時由于Q值很高會產生很高的電壓，本設備由于有良好的限壓控制而得到解決。晶閘管中頻電源是一種靜

18、止變頻裝置，利用晶閘管元件將三相工頻電源變換成單相中頻電源。本裝置對各種負載適應力強、適用范圍廣，主要應用于各種金屬的熔煉、保溫、燒結、焊接、淬火、回火、透熱、金屬液凈化、熱處理、彎管、以及晶體生長等。本裝置標準輸出功率系列為：30KW、50KW、100KW、160KW、250KW、350KW、400KW、500KW、750KW、1000KW、1250KW、1500KW、2000KW、2500KW、3000KW、4000KW中頻感應電爐的電容燒壞的原因電熱電爐若是出現燒壞，主要原因是以下幾種：1、缺水，中頻電爐在長期的使用過程中，可能會在電容的冷卻管里結水垢或者進水系統(tǒng)進入雜物堵塞而導致電熱電

19、容過熱而燒壞。所以在使用過程中要注意觀察電熱電容冷卻水的流量，若是出現流量異常，就應該采用相應的措施；2、中頻電壓過高，中頻電爐在長期的使用過程中，若把中頻電爐調的過高，高于電熱電容的額定電壓（電熱電容的額定電壓有750V、1200V等常用規(guī)格），會造成電熱電容過電壓擊穿。若是出現這種情況，就需要調低中頻電壓或者把電熱電容換成耐壓等級高的型號。3、電熱電容的陰極接地，若是在電爐的使用過程中，電熱電容出現絕緣不好的情況，就會發(fā)生電容陰極接地而致使電容外殼擊穿，若是出現這種情況，就需要對電容柜的絕緣進行重新處理電抗器的作用電力網中所采用的電抗器，實質上是一個無導磁材料的空心線圈。它可以根據需要，布

20、置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產生數值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設備的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流。由于采用了電抗器，在發(fā)生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設備運行的穩(wěn)定性。近年來，在電力系統(tǒng)中，為了消除由高次諧波電壓、電流所引起的電容器故障，在電容器回路中采用串聯電抗器的方法改變系統(tǒng)參數，已取得了顯著的效果。 干式空心電抗器的作用和使用壽命1 電抗器的作用1.1 電抗

21、器的限流和濾波作用電網容量的擴大，使得系統(tǒng)短路容量的額定值迅速增大。如在500kV變電所的低壓35kV側， 最大的三相對稱短路電流有效值已經接近50kA。為了限制輸電線路的短路電流，保護電力設 備，必須安裝電抗器，電抗器能夠減小短路電流和使短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。在電容器回路安裝阻尼電抗器(即串聯電抗器)，電容器回路投入時起抑制涌流的作用。同時與電容器組一起組成諧波回路，起各次諧波的濾波作用。如在500kV變電所35kV無功補償裝置的電容器回路中，為了限制投入電容器時的涌流和抑制電力系統(tǒng)的高次諧波，在35kV電容器回路中必須安裝阻尼電抗器，抑制3次諧波時，采用額定電壓35kV，額定電感量2

22、6.2mH，額定電流350A干式空心單相戶外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對3次諧波形成諧振回路，即3次諧波濾波回路。同樣，為了抑制5次及以上高次諧波，采用了額定電壓35kV，額定電感量9.2mH，額定電流382A單相戶外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對5次及以上高次諧波形成諧振回路。起到了抑制高次諧波的作用，需要說明的是，在國家標準電抗器 GB1022988和IEC28988國際標準中均對阻尼電抗器的使用和技術條件作了規(guī)定。但目前國內有些部門將阻尼電抗器稱為串聯電抗器，嚴格來講是不合適的，因為上述標準中均沒有串聯電抗器這個名稱。1.2 電抗器在無功補償裝置中的作用隨著我國

23、500kV電力系統(tǒng)的發(fā)展，以及電氣化鐵路和大型鋼鐵基地的建設，在大型樞紐變電 所中需要安裝靜止補償裝置的趨勢越來越明顯。靜止補償裝置對負載突變的反映速度快(一般響應時間為0.020.04s)，具有平滑的無功功率和電壓調節(jié)特性。因此它能夠穩(wěn)定電力系統(tǒng)電壓，有效地補償電力系統(tǒng)的無功功率系數，抑制電壓的波動，維持電力系統(tǒng)處于三相平衡狀態(tài)，抑制電力系統(tǒng)的次同步振蕩。此外安裝在電力系統(tǒng)樞紐點的靜止補償裝置還能起降低電力系統(tǒng)暫態(tài)超壓的作用。因此各大電網均要求大中型變電站必須安裝電抗器來補償電容性的無功功率，做到就地補償，就地平衡，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。電抗器是無功補償裝置的重要組成部分之一，并聯電抗器

24、用來提供感抗值消耗電力系統(tǒng)過剩 的電容性無功功率，這在電力系統(tǒng)初期輸送功率較小的時候以及電力系統(tǒng)后期在每日深夜輕負荷的時候都是十分必要的。因為在上述兩種情況下，輸電線路的無功功率損耗小，由于電容效應，輸電線路產生的無功功率大于輸電線路消耗的無功功率，在整個電力系統(tǒng)中存在剩余的無功功率(電容性)，必須安裝并聯電抗器來消耗這部分剩余的無功功率，滿足電力系統(tǒng)無功平衡的需要，維持電力系統(tǒng)的電壓水平。否則電力系統(tǒng)的電壓過高，無法安全運行。近年來用減少靜止補償裝置中晶閘管的數量，來節(jié)省整個裝置的投資，有盡可能增大電容器 組(簡稱TSC)容量和并聯電抗器組(簡稱TCR)容量的趨勢。在有的靜止補償裝置中甚至取

25、消了TSC回路，完全由固定電容器組(簡稱FC)代替。這樣為了保持靜止補償裝置具有連續(xù)平滑的無功功率和電壓調節(jié)特性，就需要加大并聯電抗器的總容量。因此，電抗器的用量將越來越大。串聯在電容器回路中的阻尼電抗器除起到前面所敘述的限制涌流和高次諧波的作用外，也起 到了無功補償的作用。2 電抗器使用壽命的分析電抗器在額定負載下長期正常運行的時間，就是電抗器的使用壽命。電抗器使用壽命由制造 它的材料所決定。制造電抗器的材料有金屬材料和絕緣材料兩大類。金屬材料耐高溫，而絕緣材料長期在較高的溫度、電場和磁場作用下，會逐漸失去原有的力學性能和絕緣性能，例如變脆、機械強度減弱、電擊穿。這個漸變的過程就是絕緣材料的

26、老化。溫度愈高，絕緣材料的力學性能和絕緣性能減弱得越快；絕緣材料含水分愈多，老化也愈快。電抗器中的絕緣材料要承受電抗器運行產生的負荷和周圍環(huán)境的作用，這些負荷的總和、強度和作用時間決定絕緣材料的使用壽命。這些負荷包括熱性質的、機械性質的和電氣性質的，周圍環(huán)境的作用指潮濕、化學污染、灰 塵和各種射線。由于熱作用一方面可以引起化學變化，如導致絕緣材料原子結構中的鏈斷裂，分子結構改變，分離反應和交鏈反應；另一方面由于金屬導線和相鄰的絕緣材料間的熱膨脹差別很大，而產生機械破壞。因電抗器運行產生的交變磁場而引起的機械負荷有壓力、拉力、伸展、振動。強度太高時， 絕緣材料會產生撕裂拉斷，損耗大會引起發(fā)熱而產

27、生破壞。周圍環(huán)境中對電抗器起破壞作用的最普遍的是溫度高、溫度波動大和相對濕度大；其次有強光照射、灰塵、細沙、煙霧等；另外還有生物(如霉菌和細菌)的影響，以及一些動物(如白蟻)的侵害。在此要提一下各種輻射對絕緣材料均有一定的破壞作用，對于聚合的絕緣材料輻射分子量增加，或者由于鏈分裂，網狀組織導致破壞。 電抗器運行時，它的使用壽命要受到以上各種負荷和環(huán)境的影響，其中負荷和環(huán)境的影響最 大，因此，在保持足夠的機械和電氣特性下，溫度穩(wěn)定性和熱狀態(tài)均被看作是電抗器設計制造質量的重要指標，溫度穩(wěn)定性和熱狀態(tài)的突出影響是科研人員研究熱負荷和壽命之間關系的原因。為此，國際電工委員會(IEC)和國家標準局制定了

28、電抗器的IEC標準和國家標準。表1為干式空心電抗器國家標準規(guī)定的溫升限值。從表1可以看出，各種絕緣材料的耐熱溫度與相應溫升的差值，隨著絕緣等級的提高而增大。這是因為采用不同耐熱等級的絕緣材料制造的電抗器，運行時的溫升限值是不同的。當溫升較高時，電抗器運行時的熱流強度就要增大。一般來說，部件中溫度的分布隨熱流強度的增加而趨于不均勻，其平均溫度與最熱點溫度的差值也增大。電抗器運行時，它的繞組既是導熱介質，又是熱源，它的溫度一般來說在空間上總是按一定規(guī)律呈曲線分布。這樣就有了最熱點溫升和平均溫升之分，電抗器的發(fā)熱限度以最熱點溫升為準，平均溫升是檢驗設計是否合理和經濟性能好壞的重要指標。平均溫升與最熱

29、點溫升之間有一定的規(guī)律性聯系?？梢杂闷骄鶞厣齺砗饬侩娍蛊鞯陌l(fā)熱情況，電抗器繞組絕緣的熱壽命和絕緣是否受損應由繞組最熱點溫升來決定，而不是平均溫度來決定。干式空心電抗器的使用壽命根據蒙特申格爾(Montsinger)的壽命定律來計算TAe- (1)式中 T絕緣材料的使用壽命A常數(根據電抗器所用絕緣材料的等級確定)絕緣材料的溫度對于蒙特申格爾壽命定律的半對數f(lnT)，得到含有方向常數-1/的直線，該直線如圖所示，這就是繞組的壽命(繞組耐熱等級為A、B和H)與繞組工作溫度的函數關系。圖 A、B和H耐熱等級絕緣繞組的壽命與繞組運行溫度的函數關系從式(1)和圖中可以看出，每種絕緣材料都有一個固定的

30、溫度變化值。在某一統(tǒng)計期內，若 電抗器的最熱點溫度比所用絕緣材料的最高允許溫度低，則絕緣老化緩慢，壽命延長。反之，則絕緣老化加快，壽命縮短。對于電抗器的全部壽命而言，這一壽命的延長或縮短便構成了壽命的補償。每種絕緣材料的壽命減小到一半或壽命增加一倍的溫度變化值是固定不變的。該溫度變化值對于A級為8，對于B級為810，對于H級為12。由于A級的 8，因而蒙特申格爾壽命定律還稱為8規(guī)則，H級一般稱為12規(guī)則。我們知道，每種絕緣材料均有其耐熱的絕對最高溫度(見表2)，當超過其絕對最高溫度時， 絕 緣材料將迅速碳化而失去絕緣性能和力學性能。因此若電抗器經常過負荷運行時，一定要在 訂貨時與制造廠協(xié)商，在

31、設計和制造過程中考慮經常過負荷的工作狀態(tài)。表2 絕緣等級和絕對最高溫度的關系7 電網中含有諧波情況下的無功補償7.1 對原有變流器負荷的補償當電網接有諧波源負載(例如變流器等)時，不能將補償電容器直接接于電網，因為電容器與電網阻抗形成并聯諧振回路，在對諧振頻率進行估算時，可以根據電網短路功率Sk"和電容器基波補償容量Qc1計算Vr=F(Qcl/Sk")。在5次諧波頻率下電網具有諧振，并聯阻抗Xp大大升高，由諧波源發(fā)出的5次諧波電流流入諧振回路后，會產生很高的諧波電壓，諧波電壓疊加在基波電壓上，導致電壓波形發(fā)生畸變。在電網和電容器之間流動的平衡電流可達諧波源發(fā)出的電流的數倍，

32、即諧波放大，此時變壓器和電容器承受大于正常情況的負荷，特別是電容器，長期運行于過負荷狀態(tài)，加速絕緣老化，甚至擊穿爆炸?？梢愿鶕娋W阻抗和電容器容抗預先計算出并聯諧振頻率，調整電容器容量配置，使并聯諧振頻率與特征諧波頻率保持一定的距離，避免諧波放大。但是實際的電網阻抗不為常數，而時常處于不斷變化之中，很難完全避開諧振，特別當電容器分組調節(jié)運行時，情況更為復雜。當需要對接有諧波源設備的電網進行補償時，必須采取技術措施，將并聯諧振點移到安全位置，而實踐證明最可靠的方法就是在電容器回路中串聯電抗器。7.2 電容器回路串電抗電容器串電抗后形成一個串聯諧振回路，在諧振頻率下呈現出很低的阻抗(理論上為0)。

33、如果串聯諧振頻率與電網特征諧波頻率一致，則成為純?yōu)V波回路。如果只吸收少量諧波，則稱為失諧濾波回路。失諧波回路的主要用途是防止諧波放大，濾波效果不大，回路串聯諧振頻率通常低于電網的最低次特征諧波頻率，即設定為基波頻率的3.84.2倍。 工程計算公式為:電抗器電抗XL=電容器容抗Xc的百分比(X%)或者:電抗器功率QL=電容器基波容量QC的百分比(X%)電抗器電抗或容量一般為電容器容抗或容量的6%7%。在選擇X=6%時，諧振次數為V=4.08。失諧濾波回路只吸收少量5次及以上的諧波，諧波源產生的諧波的大部分流入電網，電容器容量根據預計達到的功率因數值確定。純?yōu)V波回路的主要用途是吸收諧波，同時補償基

34、波無功功率。在串聯諧振狀態(tài)下，濾波回路的合成阻抗Xs接近于0，因此可對相關諧波形成“短路”。在諧振頻率以下濾波回路呈容性，因此能夠輸出容性基波無功功率以補償感性無功功率。在諧振頻率以上濾波回路呈感性。由于濾波回路在諧振點以下呈容性，所以在其特征頻率以下又與電網電感形成并聯諧振回路。如果在這個頻率范圍內沒有特征諧波，則并聯諧振對電網不會產生危害。設計濾波回路時，應從最低次諧波開始，例如對于6脈動橋式變流器的諧波，應從5次諧波開始設置濾波回路。多個濾波回路的并聯諧振頻率。當電容器采用形接線，則濾波回路的諧振頻率一般設定為特征諧波頻率的96%98%，以便平衡電網的頻率波動和環(huán)境溫度變化引起的電容量的

35、改變，濾波回路除了輸出基波無功功率外，還要承受諧波負荷，多個不同諧振頻率的濾波器在兩個過0點間會出現一個并聯諧振點。7.3 濾波回路的無功功率調節(jié)由于濾波回路的主要任務是吸收電網諧波，所以限制了對基波無功功率進行調節(jié)的靈活性，只能對各個回路進行投切，投入的順序為從低次到高次，切除的順序為從高次到低次。對于容量較大的補償濾波裝置，可以采取純?yōu)V波回路和失諧濾波回路結合的方法，即純?yōu)V波回路固定運行，補償基本負荷，失諧濾波回路作為調節(jié)運行。對于低壓諧波裝置，也可以采取多個同次濾波回路并聯的方法，但需注意以下兩點:a)失諧濾波回路可以并聯運行，用于對濾波效果沒有嚴格要求的場所。b)同次調諧濾波回路并聯運

36、行會出現問題。在諧振頻率下回路阻抗理論上為0，但實際上電流不可能在2個支路間平均分配，其主要原因:由于元件制作誤差、環(huán)境溫度變化、電容器老化和元件容絲的動作等因素影響，導致各支路阻抗不為0，并且互有差異。電感和電容的調諧精度的限制。不可能將兩個支路的參數調得完全一樣。 如果兩個同次濾波回路中的一個在特征諧波頻率下呈感性，另一個呈容性，則會產生并聯諧振，使諧波放大。如果經過經濟技術比較需要采用并聯方式，可以將兩個支路均調為在特征諧波頻率下呈感性，即r<v×l，各支路電阻接近，可以較好解決電流分配問題，但是濾波效果要降低。如果既要吸收諧波，又要保持調節(jié)的靈活性，可以采用并聯支路的方

37、式，即若干個同次濾波回路同時接入電網，各支路的電容同時并聯，形成一個總的濾波回路，調節(jié)時可以投切其中的一個或多個并聯支路。這種方式不會出現支路間的并聯諧振，同時提高了濾波效果。除了對電容器分組調節(jié)以外，對于負載波動頻繁的場合，采用動態(tài)補償及濾波裝置是最佳的解決方案。7.4 濾波回路的選擇選擇濾波回路有以下兩個原則:a)主要用于吸收諧波，降低電網電壓畸變，基波無功補償居次要位置。b)提高電網功率因數，同時吸收諧波，電容器容量按無功補償的要求配置。7.5 濾波回路的效應在諧振頻率下濾波回路仍然具有電阻，因此會產生損耗。圖6原理圖中忽略了所有其他負載，包括電纜電容，但并不影響計算準確度。電容器容量越

38、小，諧振曲線越陡，一旦失諧，會有大量諧波電流進入電網。電容器容量越大，濾波效果也越好。品質因數改變時諧振曲線只在特征諧波附近變化，在濾波器調諧頻率與諧波頻率相等或相近的情況下，品質因數越高，濾波效果越好?？紤]到電容器和電抗器制造技術和費用等條件，品質因數一般在3080之間。諧波分流特性只適用于諧波源和濾波器穩(wěn)定狀態(tài)，在諧波源(例如可逆軋機傳動)動態(tài)變化過程中，諧波電流的每次改變均會引起濾波器震蕩，濾波器回路電阻越大(品質因數越小)，則震蕩時間越短，但濾波效果要降低。對于頻繁變化的諧波源負載，在過渡過程期間，電網要承受較大的諧波電流。7.6 電網分析與計算設計補償裝置和濾波回路時，除了計算選擇元

39、器件參數外，對于特定的供電系統(tǒng)還需要進行具體電網分析，模擬出設備投入后預期的效果。電容器常見故障的預防措施隨著農村電氣化建設事業(yè)的發(fā)展，靜止并聯電容器作為電網無功補償的補償元件，在農村供電網絡中的使用也越來越多。為了降低農村補償電容器的損壞率，可采取如下預防措施：1加強巡視、檢查、維護并聯電容器應定期停電檢查，每個季度至少1次，主要檢查電容器殼體、瓷套管、安裝支架等部位是否有積塵等污物存在，并進行認真地清掃。檢查時應特別注意各聯接點的聯接是否牢固，是否松動；殼體是否鼓肚、滲(漏)油等。若發(fā)現有以上現象出現，必須將電容器退出運行，妥善處理。2控制運行溫度在正常環(huán)境下，一般要求并聯電容器外殼最熱點

40、的溫度不得大于60，否則，須查明原因， 進行處理。3嚴格控制運行電壓并聯電容器的運行電壓，必須嚴格控制在允許范圍之內。即并聯電容器的長期運行電壓不得大于其額定電壓值的10%，運行電壓過高，將大大縮短電容器的使用壽命。隨著運行電壓的升高，并聯電容器的介質損耗將增大，使電容器溫度上升，加快了電容器絕緣的老化速度，造成電容器內絕緣過早老化、擊穿而損壞。此外，在過高的運行電壓作用之下，電容器內部的絕緣介質會發(fā)生局部老化，電壓越高，老化越快，壽命越短。并聯電容器長期運行電壓若高于其額定電壓的20%，其使用壽命將是正常情況的0.3倍左右。所以，應根據當地電網運行電壓的實際情況，合理選擇額定電壓值，使其長期

41、運行電壓不大于電容器額定電壓值的1.1倍，當然實際運行電壓過低也是十分不利的，因為并聯電容器所輸出的無功功率是與其運行電壓的平方成正比的。若運行電壓過低，將使電容器輸出的無功功率減少，無法完成無功補償的任務，失去了裝設并聯補償電容器應起的作用。所以在實際運行中，一定要設法使并聯電容器的運行電壓長期保持在其額定電壓的95%105%，最高運行電壓不得大于其額定電壓值的110%。4防止諧波在電網中有許多諧波源存在，如果在設置并聯電容器的網點處諧波過大，若直接投入并聯電容器，往往會使電網中的諧波更大，對并聯電容器的安全造成極大的威脅。采取裝設串聯電抗器的方法，能夠有效地抑制諧波分量及涌流的發(fā)生，對保證

42、并聯電容器的安全運行具有明顯的效果。有條件的地方應事先對并聯電容器安裝處的諧波分量進行測試，并根據測試結果確定所需安裝的串聯電抗器容量。 串聯電抗器的設置容量，也可根據所裝設的并聯電容器容量直接確定。一般情況是對5次以上的諧波按并聯電容器容量的6%選取，而對3次以上的諧波則應按并聯電容器容量的12%選取。另外，對僅考慮抑制5次以上諧波放大問題的場所(即電抗器容量為電容器容量的6%)，還應注意防止對3次諧波的放大問題，以保證并聯電容器的安全運行。5正確選用投(切)開關斷開并聯電容器時，由于開關靜、動觸頭間的電弧作用，將會引起操作過電壓產生，除了要求將投(切)開關的容量選得比并聯電容器組的容量大3

43、5%左右以外，還必須是觸頭間絕緣恢復強度高，電弧重燃性小，滅弧性能好的斷路器。 6裝設熔斷器保護應對每個單臺電容器設置熔斷器保護，要求熔絲的額定電流不得大于被保護電容器額定電流的1.3倍，這樣可避免某臺電容器發(fā)生故障時，因得不到及時切除而引起群爆事故的發(fā)生。7對不正常運行工況及時處理在運行中發(fā)現并聯電容器出現鼓肚、接頭發(fā)熱、嚴重滲(漏)油等異常情況，必須將其退出運行。對已發(fā)生噴油、起火、爆炸等惡性事故，應立即進行停電檢查，查明事故原因進行處理后，方可更換新電容器繼續(xù)運行。電爐利用電熱效應供熱的冶金爐。電爐設備通常是成套的,包括電爐爐體,電力設備（電爐變壓器、整流器、變頻器等），開閉器，附屬輔助

44、電器（阻流器、補償電容等），真空設備，檢測控制儀表（電工儀表、熱工儀表等），自動調節(jié)系統(tǒng)，爐用機械設備（進出料機械、爐體傾轉裝置等）。大型電爐的電力設備和檢測控制儀表等一般集中在電爐供電室。同燃料爐比較，電爐的優(yōu)點有：爐內氣氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加熱快，加熱溫度高，溫度容易控制；生產過程較易實現機械化和自動化；勞動衛(wèi)生條件好；熱效率高；產品質量好等。冶金工業(yè)上電爐主要用于鋼鐵、鐵合金、有色金屬等的熔煉、加熱和熱處理。19世紀末出現了工業(yè)規(guī)模的電爐，20世紀50年代以來，由于對高級冶金產品需求的增長和電費隨電力工業(yè)的發(fā)展而下降，電爐在冶金爐設備中的比額逐年上升。電爐可分為電阻爐、 感應

45、爐、 電弧爐、等離子爐、電子束爐等。電阻爐 以電流通過導體所產生的焦耳熱為熱源的電爐。按電熱產生方式，電阻爐分為直接加熱和間接加熱兩種。在直接加熱電阻爐中，電流直接通過物料，因電熱功率集中在物料本身，所以物料加熱很快，適用于要求快速加熱的工藝，例如鍛造坯料的加熱。這種電阻爐可以把物料加熱到很高的溫度，例如碳素材料石墨化電爐，能把物料加熱到超過2500。直接加熱電阻爐可作成真空電阻加熱爐或通保護氣體電阻加熱爐，在粉末冶金中，常用于燒結鎢、鉭、鈮等制品。采用這種爐子加熱時應注意：為使物料加熱均勻，要求物料各部位的導電截面和電導率一致；由于物料自身電阻相當小，為達到所需的電熱功率，工作電流相當大，因

46、此送電電極和物料接觸要好，以免起電弧燒損物料，而且送電母線的電阻要小，以減少電路損失；在供交流電時，要合理配置短網，以免感抗過大而使功率因數過低。大部分電阻爐是間接加熱電阻爐，其中裝有專門用來實現電-熱轉變的電阻體,稱為電熱體，由它把熱能傳給爐中物料（圖1 間接加熱電阻爐）。這種電爐爐殼用鋼板制成，爐膛砌襯耐火材料，內放物料。最常用的電熱體是鐵鉻鋁電熱體、鎳鉻電熱體、碳化硅棒和二硅化鉬棒。根據需要，爐內氣氛可以是普通氣氛、保護氣氛或真空。一般電源電壓220伏或380伏，必要時配置可調節(jié)電壓的中間變壓器。小型爐（10千瓦）單相供電，大型爐三相供電。對于品種單一、批料量大的物料，宜采用連續(xù)式爐加熱

47、。爐溫低于700的電阻爐,多數裝置鼓風機，以強化爐內傳熱，保證均勻加熱。用于熔化易熔金屬（鉛、鉛鉍合金、鋁和鎂及其合金等）的電阻爐，可做成坩堝爐；或做成有熔池的反射爐，在爐頂上裝設電熱體。電渣爐是由溶渣實現電熱轉變的電阻爐（見電渣重熔）。感應爐 利用物料的感應電熱效應而使物料加熱或熔化的電爐。感應爐的基本部件是用紫銅管繞制的感應圈。感應圈兩端加交流電壓，產生交變的電磁場，導電的物料放在感應圈中,因電磁感應在物料中產生渦流,受電阻作用而使電能轉變成熱能來加熱物料；所以，也可認為感應電熱是一種直接加熱式電阻電熱。感應電熱的特點是在被加熱物料中轉變的電熱功率（電流分布）很不均勻，表面最大，中心最小，

48、稱為趨膚效應。為了提高感應加熱的電熱效率，供電頻率要合宜，小型熔煉爐或對物料的表面加熱采用高頻電，大型熔煉爐或對物料深透加熱采用中頻或工頻電。感應圈是電感量相當大的負載，其功率因數一般很低。為了提高功率因數，感應圈一般并聯電容器，稱為補償電容。感應圈和物料之間的間隙要小，感應圈宜用方形紫銅管制作，管內通水冷卻，感應圈的匝間間隙要盡量小，絕緣要好。感應加熱裝置，主要用于鋼、銅、鋁和鋅等的熔鑄，加熱快，燒損少，機械化和自動化程度高，適合配置在自動作業(yè)線上。工業(yè)上應用的感應熔化爐有坩堝爐(無芯感應爐)和熔溝爐(有芯感應爐),見圖2感應爐爐體結構示意。坩堝用耐火材料或鋼制成，容量從幾公斤到幾十噸。其熔

49、煉特點是坩堝中熔體受電動力作用，迫使熔池液面凸起，熔體自液面中心流向四周而引起循環(huán)流動。這種現象稱為電動效應，可使熔體成分均勻，缺點是爐渣偏向周邊，覆蓋性差。與熔溝爐比較，坩堝爐操作靈活，熔煉溫度高，但功率因數低，電耗較高。熔溝爐的感應器由鐵芯、感應圈和熔溝爐襯組成，熔溝為一條或兩條帶狀環(huán)形溝，其中充滿與熔池相聯通的熔體。在原理上，可以把熔溝爐看作是次級只有一匝線圈而且短路的鐵芯變壓器。感應電流在熔溝熔體中流動，而實現電熱轉變。生產中，每爐金屬熔煉完畢后,不能把熔池放空,不然容易干枯，一定要保留一部分熔體作為下一爐的起熔體。熔溝溫度比熔池高，又承受熔體流動的沖刷，所以熔溝爐襯容易損壞，為便于維

50、修，現代爐子的感應器制成便于更換的裝配件。熔溝爐的容量從幾百公斤到百余噸。熔溝爐供工頻電，由于有用硅鋼片制作的鐵芯作磁通路，電效率和功率因數都很高。熔溝爐主要用于鑄鐵、銅、鋅、黃銅等的熔化，還可作為混熔滬，用來貯存和加熱熔體。電弧爐 利用電弧熱效應熔煉金屬和其他物料的電爐（圖3電弧爐類型）。按加熱方式分為三種類型:間接加熱電弧爐。電弧在兩電極之間產生，不接觸物料，靠熱輻射加熱物料。這種爐子噪聲大,效率低,漸被淘汰。直接加熱電弧爐。電弧在電極與物料之間產生，直接加熱物料；煉鋼三相電弧爐是最常用的直接加熱電弧爐（見電弧爐煉鋼）。埋弧電爐，亦稱還原電爐或礦熱電爐。電極一端埋入料層，在料層內形成電弧并

51、利用料層自身的電阻發(fā)熱加熱物料；常用于冶煉鐵合金（見鐵合金電爐），熔煉冰鎳、冰銅（見鎳、銅），以及生產電石（碳化鈣）等。真空電弧爐是在抽真空的爐體中用電弧直接加熱熔煉金屬的電爐。爐內氣體稀薄，主要靠被熔金屬的蒸氣發(fā)生電弧，為使電弧穩(wěn)定，一般供直流電。按照熔煉特點，分為金屬重熔爐和澆鑄爐。按照熔煉過程中電極是否消耗（熔化），分為自耗爐和非自耗爐，工業(yè)上應用的大多數是自耗爐。真空電弧爐用于熔煉特殊鋼、活潑的和難熔的金屬如鈦、鉬、鈮（見真空冶金）。電弧電熱可以認為是弧阻電熱。電?。ɑ∽瑁┓€(wěn)定是爐子正常生產的必要條件。交流電弧爐通常采用工頻電,為使電弧穩(wěn)定,爐子供電電路中要有適當的感抗，但是存在感抗會

52、降低功率因數和電效率。降低電流頻率是發(fā)展交流電弧爐的途徑?；∽枳柚迪喈斝。瑸楂@得必要的熱量，爐子需要相當大的工作電流，因此爐子短網的電阻要盡量小,以免電路損耗過大。對于三相電弧爐,要使三相的阻抗接近一致，以免三相負荷不平衡。等離子爐 利用工作氣體被電離時產生的等離子體來進行加熱或熔煉的電爐。產生等離子體的裝置，通常叫作等離子槍，有電弧等離子槍和高頻感應等離子槍兩類。把工作氣體通入等離子槍中，槍中有產生電弧或高頻(520兆赫)電場的裝置,工作氣體受作用后電離，生成由電子、正離子以及氣體原子和分子混合組成的等離子體。等離子體從等離子槍噴口噴出后，形成高速高溫的等離子弧焰，溫度比一般電弧高得多。最常

53、用的工作氣體是氬，它是單原子氣體，容易電離，而且是惰性氣體，可以保護物料。工作溫度可高達20000;用于熔煉特殊鋼、鈦和鈦合金、超導材料等。爐型有配置水冷銅結晶器爐、 中空陰極式爐、 配置感應加熱的等離子爐、有耐火材料爐襯的等離子爐等（見等離子冶金）。電子束爐 用高速電子轟擊物料使之加熱熔化的電爐（圖4電子束爐示意）。在真空爐殼內,用通低壓電的燈絲加熱陰極，使之發(fā)射電子，電子束受加速陽極的高壓電場的作用而加速運動，轟擊位于陽極的金屬物料，使電能轉變成熱能。因為電子束可經電磁聚焦裝置高度密集，所以可在物料受轟擊的部位產生很高的溫度。電子束爐用于熔煉特殊鋼、難熔和活潑金屬。工業(yè)上用的電爐分類為兩類：周期式作業(yè)爐和連續(xù)式作業(yè)爐