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中頻爐節能電路設計方案

文章出處:軒海電爐-中頻電爐廠家 人氣:0發表時間:2018-02-04 15:51:17【
中頻爐節能電路設計方案中頻爐節能電路設計方案

中頻爐電能利用率較低.隨著不可再生能源的趨緊張與我國對鑄造件需求量的日益增大,這對鑄造用電爐在節能改造提出了更高、更迫切的要求。中頻感應電爐在這熔化過程中,約有60%~70%的功率用以加熱物料稱為有功功率,其余30%-40%的都以各種形式散失,包括電流熱損失.爐壁熱損失及變壓器效率、電纜及電容器引起的損失[]。如何減少中頻爐能量損失。

 

中頻爐主電路工作原理見圖1.先將50Hz的工頻電源整流為直流電,經功率補償后由逆變器為中頻爐提供中頻交變電流。交變電流在中頻爐的感應線圈中,會產生交變磁場,從而使被加熱的金屬物料感應出電動勢,產生渦流加熱物料至熔化。

 

中頻電爐的損失的能量主要由以下幾部分組成:①感應線圈銅耗,由于電感線圈自身具有內阻,電流經過時產生的熱量,這部分為無用功.稱為銅耗;②電氣設備附加損耗,如圖1中變壓器、整流器、濾波電容器、逆變器及水冷電纜等也會損耗一部分能量;③爐襯熱損,電能在加熱物料時,一部分熱量通過爐壁或爐蓋等散失;④爐口輻射熱損,中頻爐在加料、出爐等操作時,爐口會輻射損失掉一些熱量。

 

中頻爐的節能可以從供電電路、諧波治理與無功補償、爐體維護、操作工藝等方面人手。由于在中頻爐能量損失中,感應線圈銅耗所占的比重較大。改進從供電線能降低感應線圈銅耗和附加損耗,本文對此進行研究。

 

根據補償電容器與中頻爐負載線圈的連接方式不同.中頻電源可分為:并聯諧振逆變式和串聯諧振逆變式兩種。我國目前并聯諧振中頻爐占的比重較大,但串聯電源節能性能更好,相對并聯電源,其具有功率因數高、無需額外的無功補償裝置、諧波治理效果好、負載匹配性更強等特點嘲,但其制造成本較高限制了其使用。全橋逆變電路較半橋逆變電路使用的電子元件多,成本高,結構較復雜,采用間接輸出方式,需要匹配配變變壓器等缺點。所以,本研究采用具有較多優勢的半橋串聯諧振逆變電路,降低制造成本的同時,實現中頻爐節能降耗。

 

主電路如圖2所示。電容cd的作用為濾波,整流輸出電壓經過濾波電容cd后,電壓變得比較平穩,相當于穩壓電壓源:電容C1和C2的作用為補償,在開啟逆變電路前,電容C1和C2已經充電到1/2的直流電壓,上極板電壓均為正,下極板電壓均為負.電阻R和電感L分別為中頻爐的等效電阻和等效電感。初始時刻設為t。,此時刻觸發晶閘管VT1,流過感應線圈的電流是由振蕩放電電流和充電電流組成,通過VT1、L、R、C的電流為振蕩放電電流,通過VT1、L、R向電容器C充電的充電電流,這兩種電流方向相同均為從右向左,從而使感應線圈的電流得到加強,且兩路具有相同的振蕩頻率。

中頻爐電路設計

 

根據焦耳定律,電感線圈的銅耗為p=i2R,可見銅耗是跟流經感應線圈電流i平方成正比,跟感應線圈的等效內阻R成正比。在感應線圈規格既定的情況下,無法降低器等效內阻,能降低線圈銅耗的途徑只能靠降低電感線圈中電流。在半橋串聯逆變電路中。電路的電流為

中頻爐電路設計
中頻爐電路設計


在串聯半橋逆變電路中,串聯諧振時,電源電壓全部作用在中頻爐的電阻上,電感和電容兩端的電壓方向相反、大小相等,是逆變電路輸出電壓的Q倍,而電流與逆變器的輸出電流相等。從而當輸出功率相同時.電流就相對較低.由于感應線圈的銅耗與電流二次方成正比,所以半橋逆變電路的串聯諧振可降低感應線圈的電流損耗。

半橋逆變電路的整流器對直流輸出電壓不做改變.只是在開啟電路時較緩慢的建立輸出直流電壓,在故障發生時斷開整流晶閘管。在逆變啟動前整流導通角需要緩慢增大。直流給濾波電容充電至最高電壓。逆變啟動后,半橋逆變電路的頻率調節至中頻功率,整流控制角Ot始終為最小,由于功率因數為λ=yλ1=0.988coaa,所以功率因數一直保持最大。

在半橋串聯逆變電路中,在理想狀態下,逆變電路的工作頻率與中頻爐的諧振頻率相同。半橋串聯逆變電流的波形如圖3,當晶閘管電流為零時斷開。

從此刻開始,二極管需要半個正玄波的時間進行續流,即晶閘管的斷開時間很長,所以每組W波形都在逆變角為零的狀態下工作,說明功率較高,同時其波形為正玄波,具有較低的諧波含量越少,說明有用的波含量越多,功率因數越大,這對降低感應感應線圈銅耗和中頻爐附加損耗都有較大作用。


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