中频感应加热置的故障处理.doc

中频感应加热装置的故障处理? 1 引言某钢管厂管加工前区芯棒淬火中频感应加热装置是80年代末期从德国bbc公司引进的，芯棒原设计直径: d=φ65～φ150mm，炉膛温度:750～1300。由于生产需要轧制x70、x80管线钢，芯棒的直径有时需要提高到172mm，必然提高了中频装置的负荷。该控制系统采用模拟控制，控制器件为分立元件，设备已运行二十年，控制参数劣化严重。在加热φ160mm的芯棒时，出现功率上不去，系统过电流跳电，屡次烧逆变侧晶闸管，严重影响生产的正常运行。 2 系统介绍主回路包括整流变压器、整流器、直流电抗器、逆变器、电容器与感应加热线圈组成的并联负载谐振回路，见图1。整流变压器750kva，10kv/550v;采用晶闸管三相全控整流;电抗器具有平滑作用，滤去高次谐波;逆变器由单相全控桥组成，输出功率600kw，输出电压800v，电流880a，最大频率 2000hz。 图1 主回路电路图控制系统采用电压、电流双闭环控制，控制框图如图2所示。通过对中频电压的检测，来控制中频输出电压的大小，电压调节器的输出作为电流给定。通过检测三相交流进线电流来作为电流反馈，电流调节器的输出控制整流器的脉冲移相。控制系统检测中频电压、电容器支路电流，通过计算与比较，来控制逆变晶闸管的触发，保证反压时间tβ大于晶闸管关断时间tq。 图2 中频控制系统简图3 故障处理通过对系统进行调查，可知在加热φ160芯棒时，中频电压开始大约为250v时，输入电流冲击大，随着加热的进行，输入电流基本徘徊在600a左右。随着给定功率的增加(即给定电压的增加)，输入电流增大，但输入电流不会随着加热的进行而逐步减少，芯棒加热缓慢。为什么在加热初期电流冲击大？为什么随着加热装置的运行，输入电流没有逐步减少？为什么随着给定功率的增加，加热效果不明显，而系统频繁报警过电流？(1) 针对逆变回路频繁烧晶闸管，初步怀疑主回路晶闸管不良或主回路存在接地或短路现象，导致交流输入电流大，输出功率上不去。通过对中频主回路以及线圈的绝缘进行检查，没有发现异常;对晶闸管进行检查，发现晶闸管的参数有劣化趋势。我们对逆变侧晶闸管全部进行了更换，以彻底排除主回路的异常;但再次运行中频时，现象依旧。(2) 对负载进行检查，在中频感应加热装置中，如果负载不匹配，如电容与感应线圈不匹配，也会出现输入电流大，输出功率小的现象。我们对感应线圈的感抗进行测试，没有发现异常，对并联电容进行简单检查，也没有发现异常;然后逐步切电容或投电容，启动中频装置，即进行负载阻抗的匹配试验，故障现象依旧，说明负载阻抗匹配不存在问题。(3) 在排除主回路异常后，我们对控制系统进行检查与测试。发现中频装置工作时，当中频电压开始大约为250v时，输入电流冲击大，随后稳定在600a左右，反馈电压为4.5v。系统标准设置为1000a/10v，我们调节电流反馈系数，使输入电流为600a时，电流反馈为6v。再次运行中频时，冲击电流明显下降，但功率依然上不去，加热效果差。(4) 测试中频电压与电流波形如图3所示，中频频率大约1.7khz，周期t为589μs，电流超前电压达70μs，即功率因数角大约为:70/589×360=43°。本中频装置用晶闸管的恢复时间大约在20μs，为了保证晶闸管的可靠关断，系统设置的电流超前电压大约在40μs左右。 图3 处理前中频电压、电流波形为此，我们调整了超前角的大小，减小超前时间到40μs，如图4所示。再次启动系统时，中频电压开始大约为250v时，输入电流开始为600a左右，随着加热的进行，输入电流逐步减小到350a左右。当给定功率的增加时(即给定电压的增加)，中频输出功率成比例上升;输入电流开始也增加，但随着加热的进行逐步减少;芯棒加热效果好，系统恢复正常工作。 图4 处理后的中频电压、电流波形4 故障分析当中频装置启动时，突加给定电压，由于电压反馈没有，电压调节器输出迅速增加。由于控制参数漂移，使得电流反馈系数减小，同样的中频电流给定使中频装置输出的瞬间电流比较大，产生冲击电流，只有当电压环超调后，输出电流才开始减小，最终由负载决定。由于中频装置中存在很大的电抗，系统调节响应慢。随着给定电压的增加，冲击电流更大;对晶闸管的冲击也大，加快晶闸管的劣化，造成晶闸管疲劳击穿。随着元器件老化，模拟控制系统参数漂移，使得逆变器控制回路中的晶闸管触发的超前角变大(42.8°)，功率因数低(0.733)，即使输出同样的中频电压与中频电流，但中频装置输出的有功功率不高，加热效果差。正常情况下，在中频加热过程中，根据欧姆定律，负载参数随温度升高而变化，如中频等效阻抗增大;但当温度变化缓慢时，中频等效阻抗变化不大。当中频给定电压恒定时，尽管随着加热装置的运行，由于加热效果差