中频感应加热电源常见故障与维修

中频电源广泛应用于熔炼、透热、淬火、焊接等领域，不同的应用领域对中频电源有着不同的要求，因此，中频电源的控制电路和主电路就有不同的结构形式。

熟练掌握这些电路的基本工作原理和功率器件的基本特性是开展好工作的必备前提，只有在此基础上，才能准确迅速地分析判断故障原因，并采取有效的措施排除故障。

在这里仅对典型电路和常见故障进行一下探讨。

2 典型电路和常见故障
2.1 故障现象一及处理方法：设备无法启动，启动时只有直流电流表有指示，直流电压、中频电压表均无指示，
2.1.1逆变触发脉冲现象，用示波器检查逆变脉冲（在可控硅AK上检查），如有缺脉冲现象，检查连线是否接触不好或开路，前级是否有脉冲输出。

2.1.2逆变可控硅击穿，更换可控硅。

2.1.3电容器击穿，拆除损坏的电容器极柱。

2.1.4负载有短路，接地现象，排除短路点和接地点。

2.1.5中频信号取样回路有开路或短路现象，用示波器观察各信号取样点的波形，查找开路点或短路点。

2.2.故障现象二及处理方法：重载冷炉起动时各电参数和声音都正常但功率升不上去过流保护。

分析处理：
2.2.1 逆变换流角太小用示波器观看逆变晶闸管的换流角，把换流角调到合适值；
2.2.2 炉体绝缘阻值低或短路，用兆欧表检测炉体阻值排除炉体的短路点；
2.2.3 炉料钢铁相对感应线圈阻值低，用兆欧表检测炉料相对感应圈的阻值；若阻值低重新筑炉。

2.2.4换炉开关有接地现象或开关触头有接触不良现象，更换换炉开关或触头。

2.3故障现象三及处理方法：启动困难，启动后直流电压最高只能升到1400v，且电抗器震动大，声音沉闷。

2.3.1整流可控硅开路、击穿、软击穿或电参数性能下降，用示波器观察各整流可控硅的管压降波形，查找损坏的可控硅后更换。

2.3.2缺少一组整流触发脉冲，用示波器分别检查各路触发脉冲，检查出没有脉冲的回路时，用倒推法确定故障位置，更换其损坏器件。

2.4故障现象四及处理方法：频繁烧坏可控硅元件，更换新可控硅后，又被烧坏。

故障分析及处理：这是一种在维修工作中比较困难的故障现象。

如果操作不当，可控硅容易被烧坏，可控硅的价格比较昂贵，所以在维修这类故障时要格外小心谨慎。

有以下原因：2.4.1可控硅在反相关断时，承受反相电压的瞬时毛刺电压过高——在中频电源的主电路中，瞬时反相毛刺电压是靠阻容吸收电路来吸收的。

如果吸收电路中电阻、电容开路均会使瞬时反相毛刺电压过高烧坏可控硅。

在断电的情况下用万用表测量吸收电阻阻值、吸收电容容量，判断是否阻容吸收回路出现故障。

如图1所示。

图1 逆变可控硅两端电压波形图
2.4.2负载对地绝缘降低——负载回路的绝缘降低，引起负载对地间打火，干扰了脉冲的触发时间或在可控硅两端形成高压，烧坏可控硅元件。

2.4.3脉冲触发回路故障——在设备运行时如果突然丢失触发脉冲，将造成逆变开路，中频电源输出端产生高压，烧坏可控硅元件。

这种故障一般是逆变脉冲形成、输出电路故障，可用示波器进行检查，也可能是逆变脉冲引线接触不良，可用手摇晃导线接头，找出故障位置。

2.4.4设备在运行时负载开路——当设备在大功率运行时，如果突然负载处于开路状态，将在输出端形成高压烧坏可控硅。

2.4.5设备在运行时负载短路——当设备在大功率运行时，如果负载突然处于短路状态，将对可控硅有一个很大的短路电流冲击，若过电流保护来不及保护，将烧坏可控硅元件。

2.4.6保护系统故障（保护失灵）——可控硅能否安全，主要是靠保护系统来保证的，如果保护系统出现故障，设备如果稍微有一点工作不正常，将危及到可控硅安全。

所以，当可控硅烧坏时对保护系统的检查时必不可少的。

2.4.7可控硅冷却系统故障——可控硅在工作时发热量较大，需要对其冷却才能保证正常工作，一般可控硅的冷却有两种方式：一种是水冷，另一种是风冷。

水冷的应用较为广泛，风冷一般只用于100KW以下的电源设备。

通常采用水冷方式的中拼设备均有水压保护电路，但基本都是总进水的保护，若某一路出现水堵是无法保护的，这就要求中频炉使用人员在使用时经常巡视各用电设备的温度情况。

2.4.8电抗器故障——电抗器内部打火会造成逆变侧的电源断续，也会在逆变输入侧产生高压烧坏可控硅。

另外，如果在维修中更换了电抗器，而电抗器的电感量、铁心面积小于要求值，会使电抗器在大电流工作时，因磁饱和失去限流作用烧坏可控硅。

2.5 故障现象五及处理方法：设备启动时无任何反应，经观察，控制线路板上的缺相指示灯亮。

故障分析及处理：这种故障现象较为明显，是由以下原因引起的：
2.5.1快速熔断器烧断——一般快速熔断器都有熔断指示，可通过观察其指示来判断熔断器是否烧断，但有时因快速熔断器使用时间过旧或质量原因，不指示或指示不明确，须断电后用万用表测量。

处理方法是：更换快速熔断器，分析烧断原因。

一般快速熔断器烧断原因有两种：一是设备在长时间大功率、大电流的条件下运行造成快速熔断器发热，使熔芯熔断。

二是整流控制故障造成瞬时大电流冲击。

应对整流电路进行检查。

三是整流负载或中频负载短路，造成瞬时大电流冲击，烧坏快速熔断器，检查其负载回路。

2.5.2主令开关的触头烧坏或前级供电系统有缺相故障——用万用表的交流档来测量每一级的线电压，来判断故障位置。

2.6、故障现象六及处理方法：设备运行正常，但停机后启动无任何反应，也无任何保护指示。

故障分析及处理：这类故障有两种可能：
2.6.1中频启动开关烧坏——中频启动开关在中频停止位置时处于接地状态（接在开关的闭点），如果开关损坏，则无法打开接地状态，设备出于保护状态，故启动无反应。

处理方法：更换中频启动开关。

2.6.2保护电路故障——保护电路控制板在运行过程中发热就会导致这一故障。

处理方法：给保护电路控制板散热或加散热器。

2.6.3给定电路中，给定电路信号中断——在给定电路中，信号给定过程中某处开路，致使对整流脉冲进行移相，也会造成此故障现象。

处理方法：采用倒推法对给定电路进行检查。

3 实例分析 3.1 故障现象
我公司中频感应加热装置是2005年西安海得信电气有限公司引进的，在设备投用2年后出现在加热熔化磷铁时，出现功率不能提升到设定值附近现象，系统过电流跳闸，屡次烧逆变侧晶闸管，严重影响生产的正常运行。

3.2 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2。

整流变压器750kVA，10kV/575V;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1000kW，输出电压780V，电流1200A最大频率 1000Hz。

图2 主回路电路图
控制系统除逆变末级触发电路板以外，其余均做成一块印刷电路板结构，从功能上分为整流触发部分，调节器部分，逆变部分，启动验算部分。

控制系统检测中频电压、电容器支路电流，通过启动验算部分计算与比较，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。

电压给定
电压反馈
电压给定
电压反馈
中频电压反馈交流进线电流反馈
VC
CC
I/O
中频电压反馈电容电流反馈
中频电压与电容电流通过
换区进行叠加控制逆变超前角
I/O
I/O
未命名11.GIF (15.34 KB)2007-6-11 08:10 PM图3 中频控制系统简图
3.3 故障处理
通过对系统进行调查，可知在加热磷铁时，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，磷铁加热缓慢。

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？
3.3.1 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，发现晶闸管的电参数有劣化趋势。

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。

3.3.2 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。

3.3.3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。

3.3.4 测试中频电压与电流波形如图4所示，中频频率大约1.7kHz，周期T为589μs，电流超前电压达70μs，通过计算功率因数角大约为:70/589×360=43°。

这说明超前角太大。

!异常的公式结尾
2007-6-11 08:10 PM
图4 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5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;熔化效果良好，系统恢复正常工作。

2007-6-11 08:10 PM
图5 处理后的中频电压、电流波形
4 诊断巧技为了缩短维修时间，提高维修质量，保证正常生产，我们不仅要善于总结维修经验，同时也要掌握一些维修技巧，这是维修工作中很重要的方面。

以下是多年来我们维修中频炉的一点经验：
正如和中医给病人看病一样，在中频电源维修时也需要望、闻、问、切，而后才能判断故障位置。

望：所谓“望”就是观察设备在运行时其仪表的参数，设备内有无发热、发红、螺丝松动等外观现象。

在中频炉电源运行时中频电压、直流电压、直流电流三个仪表之间有着密切的联系，通过观察这三个仪表参数即可判断中频电源是否运行正常。

我们知道，直流电压和直流电流乘积为直流功率，直流电压和直流电流比值可以反映出负载的阻抗匹配状态。

直流电压和中频电压比例可反映出逆变器的工作状态。

如：直流电压为510V，中频电压为700V，逆变引前角为36°，我们用700V÷510V＝1.37。

一般，中频电压和直流电流比例在1.2～1.5之间，我们认为逆变器工作正常。

如比例小于1.2，则引前角太小逆变器很难换相。

如大于1.5倍，则引前角太大，有可能设备有故障，如果大于2倍，则设备有故障。

闻：所谓“闻”是指设备在运行时听其声。

（一）听中频啸叫声中有无杂音，声音是否连续，有无沉闷的电抗器振动声，（二）听有无打火声音等与平时声音不同之处。

问：所谓“问”是指了解设备在出现故障时的状况，了解时要尽量详细，同时也要了解设备出故障前的运行状况。

切：所谓“切”是指示波器，万用表等测试仪器测量各点的波形、电压、时间、角度、电阻等参数，判断故障原因。

最后我们一定要切记在更换晶闸管后一定要仔细检测设备，即使在故障排除后也要对设备进行系统检查!。