(整理)感应加热用户手册

目录
1、IPS系列感应加热电源使用说明书 (2)
第一节概述 (3)
第二节电源基本工作原理 (5)
第三节安装使用和维护..................... 错误!未定义书签。

2、IPS系列感应加热电源故障检修手册............ 错误!未定义书签。

3、IPS系列感应加热电源电路原理图.............. 错误!未定义书签。

4、IPS系列感应加热电源售后服务办法............ 错误!未定义书签。

5、IPS系列感应加热电源现场安装反馈表.......... 错误!未定义书签。

IPS系列感应加热电源使用说明书
第一节 概述
一、型号含义：
IPS100～300/50并联逆变型中频、超音频电源，其额定功率为100、160、200、250、300kW 等几个规格；其额定工作频率为50kHz ，根据实际负载配置情况，可在50kHz 以下各频率段工作。

电源型号含义如下：
二、安装环境及使用条件
1.本装置应安装于室内，并满足以下条件：
➢ 海拔不超过1000m ；
➢ 设备周围环境温度应不超过+40℃、不低于+2℃；
➢ 周围介质湿度应不超过85%（相对于空气温度20±5℃时）； ➢ 无导电及易爆炸尘埃，无腐蚀性气体和爆炸性气体的场合；
➢ 安装于通风良好，无剧烈震动和冲击，垂直倾斜度不超过5°的场合； 2.冷却水要求：电源装置、感应器、淬火变压器、补偿用电热电容器等均采用水冷却，所提供的冷却水状况的好坏直接影响设备运行的可靠性。

建议对现有冷却水进行分析检测，其结果应能满足以下条件，如有差异，则应通过有关净化手段加以解决。

➢ 机械特性：透明，不浑浊，无沉淀物，总固体含量不超过250mg/L ； ➢ 化学特性：PH 值为6～8，硬度不大于10度（即每升水中氧化钙含量
≦100mg ）；
➢ 电阻率：大于2.5k Ω/cm ；
➢ 进水温度：不低于5℃，不高于35℃，冷却水的温升不超过20℃； ➢ 进水压力：0.1～0.2MPa ；
输出频率输出功率水冷式变频器IGBT
I P - □/ □
S
➢ 进水水量：100～300 l/min ；
3.电网要求：电网输入为三相交流，线电压380V ，电网电压应为正弦波，谐波失真不大于5％，电压持续波动范围不超过±10％，电网电压的频率变化不超过±2％，三相电压相间不平衡度应小于±5％。

4.其他：设备停止使用期间，应加强通风和干燥措施，以免内部受潮而造成损坏，在室内可能结冻的情况下，应把设备内所有的冷却水清除干净。

三、主要技术参数：
1. 额定输入：三相四线（零线、地线截面面积只需30mm ²），380V ±5%，50Hz ；
2. 额定输出功率：分为100、160、200、250、300kW 等几种规格；
3. 输出频率：分为8、20、30、50kHz 及宽频8～50kHz ；
4. 工作制式：适用于间断工作及长期工作制；
5. 电源冷却水压力及流量：0.1Mpa ，8T/h ；
四、结构布置
IPS 系列IGBT 中频、超音频感应加热电源具有良好的可靠的装配工艺，可以承受最恶劣的生产环境，内部结构布置如图1所示，主要由以下几部分组成： 1. 三相桥式全控整流桥，用以将三相380V/50Hz 工频电源经全桥整流变换成
电压可调节的直流电源，实现电源的功率调节；
2. 滤波电抗器L1及续流二极管D1，使电流连续并减小直流中的脉动成分，
隔离中频负载对工频电源的干扰。

图1 IPS 系列感应加热电源内部结构布置
3.单相逆变电路，用以实现将直流电能转化为超音频交流电能送入由L－C
组成的并联谐振负载中。

4.LC并联负载回路，通过谐振电容与负载（淬火变压器、感应器－工件系
统）并联，提高负载的功率因素，保证加热效率。

5.控制及保护电路为整流桥和逆变器提供触发脉冲和控制逻辑，保证电源安
全正常工作，是整个电源的核心。

第二节电源基本工作原理
图2为IPS系列IGBT中频、超音频感应加热电源系统框图，其工作原理是首先通过三相全控整流桥和滤波电路将三相380V/50Hz交流电变换成电压可调节的直流电源，再将直流电通过单相逆变电路转换成单相交流电供给负载。

图2IPS系列IGBT中频、超音频感应加热电源系统框图
负载是指感应器－工件系统，感应器一般是通入中频或超音频交流电的由空心通水冷却铜管绕制的线圈，将工件放到感应器内即置工件于交变磁场中，应用电磁感应原理产生涡流损耗而发热，达到熔炼、透热、淬火等加热的要求。

这种加热方式相对于采用加热组件对工件加热方式而言，具有加热速度快（涡流加热而非传导方式），加热效率高（能量集中损失小），加热区域可控（通过电流频率、功率以及感应器形式等的调整可得到理想的加热层深）等优点。

根据用户不同的
需求，负载的形式和特点也各不相同，这里主要对电源设备工作原理作简要说明。

一、三相桥式全控整流电路工作原理
如图2中所示，三相桥式全控整流电路由六个桥臂组成，每个桥臂一支晶闸管。

晶闸管分两组，1、3、5号晶闸管的阴极连接到一起作为整流输出的正端，2、4、6号晶闸管的阳极连接在一起作为整流输出的负端。

在任一时刻必须有两个桥臂同时工作才能与负载构成回路，每个桥臂导通角度为120°，导通顺序如图5所示，图中黑色的晶闸管代表在t1~t2…t6~t1的时间段内的导通元件。

每一段的间隔角度为60°即周期的1/6，要求触发脉冲的间隔尽可能均匀，才能保证整流桥输出电压在20ms周期内的六次波动均匀及三相进线电流相等，六路整流桥触发脉冲时序如图3所示。

U gk
B
A
C
B
A
C
t1t2t3t3t4t5t6
图3六路整流桥触发脉冲时序
三相全控整流桥输出直流电压平均值由下式决定：
Ud=1.35Ulcos α (α<90°)
Ud—直流电压平均值；Ul—交流线电压有效值；cosα－控制角α所决定的余弦函数；
Ud 图4 直流电压与控制角α关系
三相交流输入电压波形
a ＝0º时整流桥输出电压波形a ＝60º时整流桥输出电压波形
a ＝90º时整流桥输出电压波形
由上式可见，直流电压Ud 随控制角α而变化，见图4。

当α=0°时直流输出电压Ud 最大；由于续流二极管的作用，α=120°时Ud 为零。

控制角α小于120°时，由电网馈电经全控桥整流为负载供电，称为整流状态。

不同控制角α下的整流桥输出电压波形如图5所示：
二、单相桥式并联逆变电路基本工作原理
如图2所示，本电源的逆变器采用并联谐振负载结构，图中由IGBT1～4组成全桥逆变电路，A 相桥臂（IGBT1、3）和B 相桥臂（IGBT2、4）轮流导通，将直流电流转换成单相交流电。

由于IGBT 无反向阻断能力，所以每臂都串联一只快恢复二极管（D6～9）。

L 、r 为感应负载的等效电感和电阻，C 为补偿电容，由L 、r 、C 组成一并联谐振电路，并联谐振电路（电源负载）的谐振频率0f 及谐振时的阻抗0z 为：
LC
f π210=
（1）； rC
L
z =
0 （2） IGBT 为全控器件，可以通过门极控制关断导通实现换流，驱动波形如图6－a 。

因此，本电源逆变器即可在容性状态（逆变器触发工作频率高于固有频率，电流波形超前于电压波形）下工作，又可在谐振感性负载（逆变器触发工作频率低于固有频率，电压波形超前于电流波形）下工作，逆变器在不同工作状态下的有关波形如图6所示。

逆变器工作在准谐振状态（如图6－f ），IGBT 可实现零电流关断（ZCS ）和最低电压下开通；若逆变器工作在感性状态（如图6－g ），即IGBT 换流完成点
落后于实际电压过零点，流出相IGBT是硬关断的，且由于回路存在引线电感，使IGBT关断时产生一个尖峰电压，在大功率设备中，工作电流较大，此尖峰电压很大将使得保护电路动作，设备不能正常工作；若逆变器工作在容性状态（如图6－e），流入相IGBT导通时电压较高，有导通冲击电流，同时与流出相IGBT 串联的二极管换流后会承受一反压，反压越大，反向恢复电流越大，二极管功耗也越大，对于反压较高频率较高的情况下容易造成二极管损坏。

由上述分析可以看到，为了防止超音频感应加热电源负载工作在感性状态，一般情况下，使典型工况下逆变器工作在弱容性，此时不仅功率器件具有较好的工作状态，同时负载也具有最佳的功率因素。

由于感应加热电源的负载参数（L、r）随工件的大小、工件与感应器之间的间隙、工件的温度变化而变化，因此电源负载的谐振频率及阻抗也是随之变化的。

为了使逆变器始终保持在最佳工作状态，逆变器的触发方式必须实现逆变器工作频率跟随到负载频率，本设备采用精确相位控制方式实现了频率的自动跟踪。

三、控制及保护电路工作原理
1．功率调节工作原理
电源的功率即逆变器的输出功率，可用下式表示：
2z U P L out
L U －负载电压；0z －并联谐振负载回路的交流等效阻抗
a b d
c e f
g 图6 逆变器在不同工作状态下的有关波形及说明
t 说明：
1．Uge1、Uge2为逆变桥A 、B 两相IGBT 的驱动脉冲波形，幅度为＋15V ～－10V ，t1为驱动波形重叠时间。

2．Id 为逆变桥输入端电流波形，Ih 为逆变桥输出端电流波形。

t2为Ih 的自
然换流时间，与IGBT 器件本身开通关断时间、输出电缆的引线电感及负载阻抗有一定关系，一般为0.8～2μs 。

3．为保证逆变桥能够正常工作，t1应略大于t2，可通过调整控制板Uf 板上的PL8电位器的阻值进行调整。

4．逆变桥工作时，逆变触发频率自动跟踪到负载的工作频率，其原理参见控制电路说明。

图e 、f 、g 中的Uh 为逆变桥输出电压波形，e 为弱容性时的波形即电流超前于电压一定角度，f 为准谐振时的波形，g 为弱感性时的波形。

Id
（3）
而对并联负载逆变器，其输出电压为：
φ
cos 11.1d
L U U = d U －全控桥输出直流电压平均值；φcos －并联谐振负载功率因
数 （4）
因此，通过调节整流桥输出电压的大小，即可调节超音频电源的输出功率，而整流桥输出电压是通过控制整流触发移相角来调节的，也就是说电源的输出功率调节可通过改变整流触发移相角来实现。

功率调节控制框图如图7所示，由电压、电流两个控制闭环组成，在启动和运行的整个阶段电流闭环始终参与工作，其给定值由控制面板上的启动电流电位器设置；电压闭环仅工作于运行阶段，其给定值由控制面板上的电压定值电位器设置。

此外，调试时通常将“止、升”开关位于止位时，此时也仅有电流闭环参与工作，便于电源设备在较低功率位置进行设备调试或维修观察。

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图中LH板为电流采样板，其采样信号反馈一路给IU板实现电流闭环，一路给K3板作为过流保护采样；YH变压器为交流电压采样变压器，其采样信号一路反馈给IU板实现电压闭环控制，一路给K3板作为过压保护采样。

总之，功率调节控制环节通过检测、比较和执行电路，使得整流桥工作在一定的相位角α下，从而达到输出功率稳定的功能。

2.逆变控制与启动
逆变控制部分的主要功能是采用定时原则实现负载频率自动跟踪、逆变桥启动，以及为逆变桥功率器件提供可靠的驱动波形。

其原理框图如图8所示，实际负载电压uo经电压采样（YH5变压器）、电压波形整形电路以及调整延时电路，将正弦电压信号变为方波信号u并与VCO输出的IGBT开关驱动电流信号i的开始换流点进行鉴相比较，经
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