可控硅中频电源的优点
1 效率高
可控硅电源装置具有相当高的变换效率(90-95%),输出功率低时,电源转换效率并 不降低,特别是在热处理行业中,有些被加热工件需要分段加热,频繁开机和停机,在停 机状态下无损耗。因此,在感应加热行业中采用可控硅中频装置可节约能源。
2 体积小、重量轻
可控硅变频装置由半导体元件组成,没有复杂的机械旋转部分无震动,噪音小,安装 时对地面基础无特殊要求。
3 操作方便
可控硅装置的功率调节范围大。频率可随负载参数改变而自动变化(既所谓频率跟 踪)。负载回路保持在近乎谐振状态,既在最佳状态下工作。再加上它有一系列的自动保 护装置,使它的工作稳定可靠。
4 启动灵活
可控硅变频装置一般采用零压软启动,启动成功率高无冲击,快而平稳。
可控硅中频电源的基本原理
可控硅中频电源的基本工 作原理,就是通过一个三相桥式 整流电路,把 50 Hz 的工频交流 电流整流成直流,再经过一个滤 波器(直流电抗器)进行滤波,最 后经逆变器将直流变为单相中 频交流以供给负载,所以这种逆 变器实际上是一只交流—直流 —交流变换器,其基本线路如图。
可控硅中频电源的保护设置
本系统设置有多重保护系统,第一道有限压限流保护,第二道有过压过流保护,第三道有自动断路器(DW-16空气开关)作装置的短路电流保护。装置还分别设置有；冷却水欠压断水保护,快速熔断器保护,进相空芯电抗器保护,可控硅阻容吸收保护。
1三相桥式整流电路的短路保护
为了使在整流硅发生击穿时不使进相电压发生短路,一般在电路里每个整流桥臂都串联快速熔断器,以保护每个桥臂的可控硅。为限制相间短路时的电流上升率,不致超过可控硅元件本身的允许值,在交流进线处串有空芯电抗器。空芯电抗器的另一个作用是,使整流可控硅在换相过程中限制电流的上升率,对可控硅起到了一定的保护作用。
2 逆变端过流及过压保护
1)逆变端产生过电流的原因如下；
(1)运行中负载的波动引起过流。感应炉在熔炼过程中负载波动很大,尤其是在熔炼的初期参数变化的更为激烈,往往造成过电流。
(2)运行中桥式逆变器,两对桥臂可控硅换流失误,逆变失败,所引起的短路电流。
(3)运行中桥式逆变器可控硅触发脉冲突然中断,造成桥臂对角线可控硅斜通短路,所引起的短路电流。
还有其它各种原因引起的过电流,这种逆变侧的过电流采用快速熔断器保护将不是经济可靠的办法。
2)逆变端产生过电压的原因如下；
(1)(中频电压Uc=1.1Ud/cosɑ 。由于超前角ɑ过大在整流电压Ud恒定时,造成中频电压Uc过高。
(2)逆变触发脉冲的时刻是有Uc和-Ic信号的交点决定的,如果自电压互感器来的Uc信号突然中断。则此交点将由Ic信号决定,ɑ将迅速增大,从而造成中频电压Uc过高。
(3)炉子感应圈突然开路造成过电压。
(4)可控硅在导通与关断时产生的尖峰过电压。
3 对逆变端的过流及过电压均采用脉冲封锁方法来保护的。
1)下面简单说明一下脉冲封锁的动作原理。
(1) 当三相桥式全控整流电路中,直流输出端发生短路时,迅速将整流触发脉冲移到最小?角(例如?=30o,相当于ɑ=150o处)以产生一反电压来快速关断整流可控硅,切断短路电流。这种将整流触发脉冲有整流装置快速移到封锁位置的方法,就叫做脉冲封锁。脉冲封锁不能简单理解为将脉冲去掉.实际上三相桥式全控整流电路是工作在逆变状态。（这里所说的逆变和我们讲的中频逆变器完全是两个概念,不可混同）
(2) 当逆变电路发生短路时,电流迅速增大,此时有直流电抗器的存在,接近于整流输出的电压全部加在电抗器Ld的两端,Ld将产生强大的磁能。如不将整流电路立即封锁脉冲,磁能将无法释放,危害是不可估量的,必须是整流桥处在逆变状态才能把这一能量反馈给交流供电电网。随时间的推移Ua将逐步减小为零,电流也相应减小为零,整流可控硅而关断,使其达到保护的目的。
(3) 在本系统实际的保护环节中过电流信号取自交流进线端的三只穿心式电流互感器,三只电流互感器接成星形联接,再有三只5/0.1互感器进行变换,以星形接入主控板的K1,K2,K3,经三相桥式整流后以电压的形式取出。过电压信号取自中频电压互感器,经单相桥式整流后取出,电位器W7的动端位置决定过电流的保护整定值。
可控硅中频电源的抗干扰措施
3.1电磁屏蔽
对于电场干扰和磁场干扰而言，电磁屏蔽是最常见、最有效的一种抗干扰措施，它属于被动的抗扰措施。电磁屏蔽虽不能降低电场或磁场干扰信号的强度，但可以削弱电磁干扰信号对正常工作线路的影响。电场屏蔽主要用于削弱电场干扰，在变频器柜中，主控制板最好安装在铁箱内，铁箱与壳体一起连接到大地，这就形成一道有效的电场屏蔽。任何控制信号在导线中传输时都有电流产生，有电流必有回路，回路必须要有两条导线才能形成，两条导线之间的空隙中如果有干扰磁力线通过，在回路中就会产生干扰电流。要避免这种干扰，唯有尽量减小两条导线之间的间隙。使用紧密绞线可以最大限度减小两条导线之间的问隙，也就大大减少干扰磁力线的窜人。在KGPS变频电源柜中，可控硅触发信号、中频反馈信号等线路应采用屏蔽线或绞线布置，并且布线应尽可能的短。
3.2信号滤波
可控硅中频电源实际运行过程中，对于来自同一供电网络中其它用电设备的外来传导干扰是不可能去除的，唯有加强防范，信号滤波是最常用的防范措施。在KGPs变频电源中，三相电源进线端的RC吸收回路就是一个有效的抗扰滤波电路。当同一供电网络中其它用电设备(尤其是大容量用电设备)启、停时，因电流变化，在电源回路上就会感应过电压(包括供电变压器漏感和供电线路分布电感)，形成干扰信号，对中频电源造成传导干扰，在经过RC信号滤波电路时，电容C就有一个充电的过程，也就是吸收过电压能量的过程。通常过电压持续的时间都比较短，如果电容器的容量足够大，在可控硅中频电源电路中就不会产生尖峰形成干扰。
同样，整流触发同步变压器输入、输出信号及所有检测电路中都必须设置RC滤波电路。特别需要说明的是，所有信号滤波电路中R、C参数的选择对于滤波效果有直接影响，不能随意替换。其中R为阻尼电阻，用以防止电源回路电感与电容C发生谐振，如果R选择过小而发生谐振，则R、C非但不能吸收过电压，反而将产生过电压，加大对线路的干扰程度。
对于中频电源自身内部产生的传导干扰，则有可能从产生干扰的源头限制其发生。其中主回路母线(汇流排)的合理排布不仅可以减小电磁场干扰，同时可以减小传导干扰。因为母线的分布电感和电容是逆变换相产生杂散尖峰和寄生高频震荡的主要原因，这些杂散尖峰和寄生高频震荡都可能通过中频电压或电流互感器等检测元件混杂在有用信号中，一起进人控制电路。
3.3母线布设
KGPS变频电源柜内母线(主回路汇流排)合理布设可以最大限度地减小干扰电场和磁场的强度，这是从产生干扰的发源地着手解决问题，是一种最积极有效的方法。在主回路母线中，无论是直流母线、中频母线、工频母线都是成对的，其中一条母线是电流进，另一条母线是电流出。如果把成对的直流母线或中频母线尽量相互贴近，则两条母线周围的磁力线因为大小相等、方向相反而相互抵消，也就不会产生电磁干扰。另外，相互贴近的两条母线问的分布电容可以削减电压波形中的“尖刺”，既有利于削弱电场干扰，也可减轻RC吸收回路的负担。同时相关母线贴近安装可大大减小分布电感，有利于中频电源的启动，也有利于减小母线上的电压降，提高感应器两端电压，从而提高有效加热功率。所以，对于可控硅变频电源，主回路汇流排的布设方式应重点考虑。
3.4控制线路布线 的
KGPS变频电源柜内控制信号较多，交流、直流信号并存，工频、中频信号并存。为减少干扰，各种控制信号应分类布设，并且要尽可能远离主回路汇流排。一般要遵循下面两个原则：
①中频控制信号线单独设线槽与逆变有关的控制线与信号线最容易受干扰(导致启动失败、正常工作时引起逆变失败、过流保护动作)，也最容易干扰整流部分正常工作。为避免这种干扰，与中频相关的控制线、信号线应单独设置安装线槽，并尽可能远离主回路母线，有些二次线(触发信号、中频反馈信号等)必须紧密绞和。
②仪表引线单独设线槽仪表引线周围的电磁场是不可忽视的干扰源，如直流电压表引线中带有两倍于变频器输出频率的电压波形，因此所有仪表引线也不宜与其它控制线混放在一个线槽内。
3.5继电控制设计
继电控制电路应优先选择最简单的设计方案。在满足正常操作与维修的基础上，控制按钮、开关、指示灯等设置应当力求减少到最低数量，一方面便于操作，另一方面也可以减少干扰。控制按钮、开关、指示灯等通常往往需要经过较长的引线引到装置的面板上，或者经过更长的引线引到远离装置本体的操作者手边，而这些部件有时既与继电控制系统有联系，又与可控硅的触发或保护系统有联系。引线越长往往越容易引入各种干扰，使触发系统或保护系统工作异常。所以除了尽量减少按钮、开关、指示灯等部件的数量外，必需的长引线也可采用有绝缘双绞芯线的屏蔽线。此外，在可控硅触发系统和保护系统中所设置的触点可通过小型继电器实行隔离，以提高抗干扰能力。
小型继电器可以直接安装在触发系统或保护系统之中，这样触点的引线就极短，不易引入干扰，而继电器的线圈可以通过较长的导线与继电控制系统连接起来，这样可以大大削弱长引线引入的干扰对触发系统或保护系统的影响。
3.6其它抗干扰措施
上面所述几点为最根本的抗干扰措施，除此之外，还有下列一些方面需要注意：
①通常，可控硅中频电源工作环境振动强烈，主电路接线连接不牢易引起发热，控制回路接线不牢则易引入干扰信号，影响电源可靠性。所以，对于各接线端(压接、插接、焊接等)应经常检查，确保可靠。
②选择KGPS变频电源时尽可能采用抗干扰能力强的控制电路，对于触发脉冲形成电路，优先采用数字化集成电路。
③用工频电流互感器采集中频电流信号，利用工频电流互感器反应速度慢的特点来滤去中频电流中的杂波和高次谐波。
