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中頻爐電氣保護報警
廠(chǎng)家：中頻爐電氣保護報警 日期：：2020-01-27 瀏覽次數： 108
隨著(zhù)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)的首選設備。本文對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)對中頻爐的三大電氣保護系統：水冷卻報警系統、接地保護系統和過(guò)流過(guò)壓保護系統進(jìn)行了詳細的分析。對中頻熔煉的研發(fā)單位及使用單位都有較好的借鑒意義。
20世紀9O年代中葉，世界第一臺用于感應熔煉的晶閘管中頻電源誕生于瑞士的BBC公司，各發(fā)達國家相繼推出了系列商品，中頻熔爐迅速得到推廣與發(fā)展，很快代替了傳統的熔煉設備，成為鑄造行業(yè)的首選設備。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載提供單項的中頻(50kHz10kHz)電流，該電流在熔爐的感應線(xiàn)圈中產(chǎn)生中頻的交變感應磁場(chǎng)，在金屬爐料中產(chǎn)生感應電勢，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)行有效的監控，容易造成安全事故，所以對上述因素設置報警保護系統尤為重要。在典型中頻熔爐設備中，報警保護系統一般包括水冷卻報警系統、接地保護系統和過(guò)流過(guò)壓保護系統等，本文主要針對上述三大系統進(jìn)行分析研究。
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中頻熔爐中的水冷卻系統主要是對爐體和電氣控制柜進(jìn)行冷卻，保證設備的安全運行。雖然中頻爐的爐體由電阻率較低的方銅管纏繞而成，但是因為大電流及集膚效應影響，造成電流向坩堝一側偏移，產(chǎn)生大量的熱量。為了保證爐體的銅線(xiàn)圈的絕緣性和熔池的安全，需要水冷卻系統具有足夠的冷卻能力，還要確保坩堝內的溫度在降到1o0℃前，水冷卻系統不能停止工作。電氣控制柜的水冷卻系統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，保證電氣系統正常運行。為達到良好的冷卻效果，一般需要在室外安裝獨立的冷卻塔。典型的中頻爐水冷卻報警系統主要具備以下功能：(1)監測水冷卻系統的進(jìn)水管道上的水溫、壓力和流量，能夠在進(jìn)水溫度超過(guò)設定值時(shí)自動(dòng)增加冷卻塔的冷卻功率，保證冷卻效果；當冷卻：水的溫度高于警戒值或水流量低于警戒值是能夠自動(dòng)報警并中斷電源，保證設備及人員安全。
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為了避免中頻爐在工作過(guò)程中，高壓諧振電路因對地絕緣電阻低，造成高壓對地放電，造成重大安全生產(chǎn)事故，必須在中頻爐中設置接地泄露保護系統。一是來(lái)檢測是否因爐襯“滲鐵”或含水量過(guò)高造成的爐體線(xiàn)圈與金屬爐料之間有異常低電阻；二是檢測電容器、匯流母排、爐體線(xiàn)圈等是否存在對地低電阻路徑。該報警系統的工作原理是通過(guò)毫安表檢測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)明諧振電路的對地電阻異常降低。該報警系統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)可以準確檢測到“滲鐵”狀況。該系統可通過(guò)控制接觸器人為造成對地短路檢測爐體接地泄露報警裝置是否正常。
為了避免因負載短路或逆變換流失敗形成的短路電流對整流、逆變晶閘管造成威脅。必須在中頻爐的整流電路上設置保護電路，即對過(guò)流、過(guò)壓的保護。當中頻爐的負載有短路電流產(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(毫秒級)由整流區轉化到有源逆變區(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。當短路浪涌電流超過(guò)晶閘管承受范圍或網(wǎng)側整流電路內部短路時(shí)，由晶閘管專(zhuān)用快速熔斷器進(jìn)行保護。其過(guò)流保護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)刻設備發(fā)生故障，整流電路的直流側發(fā)生短路，電流迅速增大，但是因為由于電抗器Ld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)流保護系統動(dòng)作設定值，觸發(fā)過(guò)電流保護動(dòng)作。正常工況下，v6和v2應在導通120~后分別切換到V和V，，但因為觸發(fā)了電流保護動(dòng)作，整流觸發(fā)角被迅速移相至d=150。處，也就說(shuō)當V導通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)電流保護過(guò)程中，由于角的增大，導致u線(xiàn)電壓u下降，到t時(shí)刻，U=0，此時(shí)I達到最高點(diǎn)。隨著(zhù)時(shí)間推移，u電壓繼續下降為負值，整流電路從整流狀態(tài)轉變?yōu)橛性茨孀儬顟B(tài)。在反向電壓的作用下，I出現拐點(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(zhù)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上的感應電勢已不能克服電網(wǎng)電壓產(chǎn)生電流，有源逆變停止。過(guò)壓保護與過(guò)流保護的工作原理是相同的，取負載端中頻電壓信號，當中頻電壓超過(guò)允許值時(shí)，觸發(fā)角迅速移相到150。停機。晶閘管的損壞大多是因為過(guò)壓擊穿導致，所以主要采取阻容吸收裝置(圖3)對其進(jìn)行保護，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的諧振。
水冷卻系統、接地保護報警系統及過(guò)壓過(guò)流保護系統充分保證了中頻爐熔煉過(guò)程中爐體的安全、電氣系統對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系統。
20世紀9O年代中葉，世界第一臺用于感應熔煉的晶閘管中頻電源誕生于瑞士的BBC公司，各發(fā)達國家相繼推出了系列商品，中頻熔爐迅速得到推廣與發(fā)展，很快代替了傳統的熔煉設備，成為鑄造行業(yè)的首選設備。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載提供單項的中頻(50kHz10kHz)電流，該電流在熔爐的感應線(xiàn)圈中產(chǎn)生中頻的交變感應磁場(chǎng)，在金屬爐料中產(chǎn)生感應電勢，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)行有效的監控，容易造成安全事故，所以對上述因素設置報警保護系統尤為重要。在典型中頻熔爐設備中，報警保護系統一般包括水冷卻報警系統、接地保護系統和過(guò)流過(guò)壓保護系統等，本文主要針對上述三大系統進(jìn)行分析研究。
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中頻熔爐中的水冷卻系統主要是對爐體和電氣控制柜進(jìn)行冷卻，保證設備的安全運行。雖然中頻爐的爐體由電阻率較低的方銅管纏繞而成，但是因為大電流及集膚效應影響，造成電流向坩堝一側偏移，產(chǎn)生大量的熱量。為了保證爐體的銅線(xiàn)圈的絕緣性和熔池的安全，需要水冷卻系統具有足夠的冷卻能力，還要確保坩堝內的溫度在降到1o0℃前，水冷卻系統不能停止工作。電氣控制柜的水冷卻系統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，保證電氣系統正常運行。為達到良好的冷卻效果，一般需要在室外安裝獨立的冷卻塔。典型的中頻爐水冷卻報警系統主要具備以下功能：(1)監測水冷卻系統的進(jìn)水管道上的水溫、壓力和流量，能夠在進(jìn)水溫度超過(guò)設定值時(shí)自動(dòng)增加冷卻塔的冷卻功率，保證冷卻效果；當冷卻：水的溫度高于警戒值或水流量低于警戒值是能夠自動(dòng)報警并中斷電源，保證設備及人員安全。
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為了避免中頻爐在工作過(guò)程中，高壓諧振電路因對地絕緣電阻低，造成高壓對地放電，造成重大安全生產(chǎn)事故，必須在中頻爐中設置接地泄露保護系統。一是來(lái)檢測是否因爐襯“滲鐵”或含水量過(guò)高造成的爐體線(xiàn)圈與金屬爐料之間有異常低電阻；二是檢測電容器、匯流母排、爐體線(xiàn)圈等是否存在對地低電阻路徑。該報警系統的工作原理是通過(guò)毫安表檢測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)明諧振電路的對地電阻異常降低。該報警系統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)可以準確檢測到“滲鐵”狀況。該系統可通過(guò)控制接觸器人為造成對地短路檢測爐體接地泄露報警裝置是否正常。
為了避免因負載短路或逆變換流失敗形成的短路電流對整流、逆變晶閘管造成威脅。必須在中頻爐的整流電路上設置保護電路，即對過(guò)流、過(guò)壓的保護。當中頻爐的負載有短路電流產(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(毫秒級)由整流區轉化到有源逆變區(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。當短路浪涌電流超過(guò)晶閘管承受范圍或網(wǎng)側整流電路內部短路時(shí)，由晶閘管專(zhuān)用快速熔斷器進(jìn)行保護。其過(guò)流保護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)刻設備發(fā)生故障，整流電路的直流側發(fā)生短路，電流迅速增大，但是因為由于電抗器Ld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)流保護系統動(dòng)作設定值，觸發(fā)過(guò)電流保護動(dòng)作。正常工況下，v6和v2應在導通120~后分別切換到V和V，，但因為觸發(fā)了電流保護動(dòng)作，整流觸發(fā)角被迅速移相至d=150。處，也就說(shuō)當V導通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)電流保護過(guò)程中，由于角的增大，導致u線(xiàn)電壓u下降，到t時(shí)刻，U=0，此時(shí)I達到最高點(diǎn)。隨著(zhù)時(shí)間推移，u電壓繼續下降為負值，整流電路從整流狀態(tài)轉變?yōu)橛性茨孀儬顟B(tài)。在反向電壓的作用下，I出現拐點(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(zhù)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上的感應電勢已不能克服電網(wǎng)電壓產(chǎn)生電流，有源逆變停止。過(guò)壓保護與過(guò)流保護的工作原理是相同的，取負載端中頻電壓信號，當中頻電壓超過(guò)允許值時(shí)，觸發(fā)角迅速移相到150。停機。晶閘管的損壞大多是因為過(guò)壓擊穿導致，所以主要采取阻容吸收裝置(圖3)對其進(jìn)行保護，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的諧振。
水冷卻系統、接地保護報警系統及過(guò)壓過(guò)流保護系統充分保證了中頻爐熔煉過(guò)程中爐體的安全、電氣系統對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系統。
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