CN101657048A - 感应炉的变频控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业电炉，具体涉及是一种有芯感应炉的变频控制系统和一种无芯感应炉的变频控制系统，至少包括感应体、单相变压器，其特征是：单相变压器初级线圈之间包括一个中心抽头(o)，单相变压器初级两端和中心抽头(o)与二只逆变器件电连接共同构成逆变变频控制电路对感应体进行控制。整个装置结构简单，成本低，节约电能，操作方便，故障率低，减少谐波污染。软起动不需要有触点开关及其延时保护开关。实现功率无级调节，与起熔、熔化、保温等阶段所需功率能达到最佳配合，广泛用于冶金、铸造、热处理行业。
Description
技术领域
本发明涉及工业电炉，具体涉及是一种有芯感应炉的变频控制系统和一种无芯感应炉的变频控制系统。
背景技术
有芯感应炉采用三相工频供电。三相自耦调压器是为了实现其运行过程中起熔、熔化、保温等阶段的不同功率要求。感应炉是一个单相大功率负载，为了保证三相供电平衡，需增设平衡电容器和平衡电抗器，当然也可以采用其他方式，确保三相平衡。如：T型变压器接法、V型变压器接法等，但是平衡效果均不如平衡电容器和电抗器方式好。
有芯感应炉的加热原理与单相降压变压器原理相似，有芯感应炉的加热部件感应体实质就是一台单相变压器。感应体线圈相当于单相变压器的初级套装在铁芯柱上，熔沟相当于单相变压器的次级是一个被加热金属的圆环，由耐火材料封闭，同心的安装在同一个铁芯柱上，在感应体线圈两端，通以工频交流电二次线圈—熔沟中产生感应电势，在该电势的作用下，形成了强大的短路电流，使熔沟加热直至熔化。
我国早期的有芯感应炉的感应体大多是单熔沟结构，而喷流型感应体技术目前也已经开始大量采用。
上述单熔沟或喷流型电气运行模式一般都采用由三相自耦调压器调节功率，平衡电容器和平衡电抗器，保证三相供电平衡，这种运行模式虽已成熟可靠，但也存在着不足。
1、三相调压器、平衡电抗器和平衡电容器及多级调压接触器，使电气控制柜体积庞大，调压器和电抗器的铜与矽钢片使用多，价格昂贵。
2、调压器和电抗器本身电耗大。
3、三相调压器是多抽头变压器，调压过程的电压变化属于阶梯变化，很难保证熔化与保温过程所需功率的最佳匹配，而阶梯性的功率调节也使起熔过程更加缓慢，有时为了起熔过程的平稳需另配备感应调压器，以求功率变化连续。
4、有芯感应炉是一种长时间连续运行的用电设备，使用期间不允许故障停机，若故障率太高或故障不能及时排除，将会造成很大的损失，这是和其他感应炉的关键区别，也是电力电子技术应用的难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构筒单，成本低，节约电能，操作方便，故障率低，谐波污染小的感应炉的变频控制系统。
为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是：感应炉的变频控制系统，至少包括感应体、单相变压器，其特征是：单相变压器初级线圈之间包括一个中心抽头o，单相变压器初级两端和中心抽头o与二只逆变器件电连接共同构成逆变变频控制电路对感应体进行控制。
所述的单相变压器初级两端分别与中心抽头o之间电抗相等。
所述的初级两端分别与中心抽头o之间除保证二段的匝数相等外还须保证与起头a和尾头b之间的几何及电气性能的对称性。
所述的逆变变频控制电路的逆变元件是半控器件或全控器件。
所述的逆变变频电路包括两只晶闸管KK1和KK2，四只二极管ZD2、ZD3、ZD4、ZD5，电抗器Ld1、Ld2和电容器C2；晶闸管KK1和二极管ZD1串联与感应体起头a连接，晶闸管KK2和二极管ZD2串联与尾头b连接，二个晶闸管的阴极通过电抗器Ld2与整流电源负极连接；电容器C2为强迫换流电容，当晶闸管KK1开通时，在oa间有电流通过，而在控制电路的控制下，当KK2晶闸管开通时，由于C2的充放电作用迫使KK1关断，实现在o和b之间的电流通过，从而在熔沟L4中感应出交流电势，形成强大的短路电流完成感应加热的目的，二极管ZD1和ZD2是防止电容器C2向感应体放电，而二极管ZD2和ZD3是为无功电流提供通路，电抗器Ld2和电容器C2组成LC电路，控制二只晶闸管的换流时间，其容量很小，在控制电路的作用下，二只晶闸管KK1和KK2按一定的频率轮流导通和关断，可实现调频的功能，从而达到调功的目地。
所述的全控器件V1的集电极、二极管D1的另一端与线圈起头a点连接；全控器件V2的集电极、二极管D2的另一端与线圈尾头b点连接；全控器件V1及V1的栅极与控制器相接；在控制电路的作用下，V1和V2轮流导通和关断，在感应体的ao和ob之间产生交流电，实现感应加热的目的。
所述的单相变压器初级线圈套装在铁芯柱上，单相变压器的次级线圈是被加热金属的圆环，由耐火材料封闭，初级线圈和次级线圈同心的安装在同一个铁芯柱上。
所述的单相变压器初级线圈套装在铁芯柱上，单相变压器的次级线圈两端与负载电连接。
本发明由于在单相变压器初级引出一个中心抽头，单相变压器初级和初级线圈之间引出的中心抽头与变频控制电路电连接。因此只要控制逆变管的通导频率即可实现功率调节的功能。因而带来如下特点：
1、不需要三相调压器，只要控制逆变管的通导频率即可实现功率调节的功能。
2、省掉为三相平衡必须设置的电抗器和电容器。
3、软起动不需要有触点开关及其延时保护开关。
4、逆变器件仅用二组，使可靠性增加。
5、采用他激逆变，控制电路简单，也使故障率降低。
6、整流环节的全导通，提高了系统的功率因数，并减少了谐波污染。
7、由于整个电气系统采用电力电子技术，更容易实现自动化控制，采用变频调功，可实现功率无级调节，与起熔、熔化、保温等阶段所需功率能达到最佳配合，可大大降低电耗。广泛适用于冶金、铸造、热处理等行业。
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
附图说明
图1是实施例1变频有芯感应炉电气原理图；
图2是实施例2变频有芯感应炉全控器件电气原理图；
图3是实施例3变频无芯感应炉电气原理图。
图中：A、B、C、三相电源端；KP1-3、晶闸管；Ld1、Ld2、滤波电抗器；C1、C2、滤波电容器；D1、D2、二极管；a、起头；b、尾头；o、中心抽头：G、带中心抽头的感应体；ZD1、ZD2、ZD3、ZD4、ZD5、二极管：V1、V2、全控器件；KK1、KK2、晶闸管；Lk、熔沟。
具体实施方式
实施例1参照图1所示，它是变频有芯感应炉电气原理图，它的三相交流电源的三相电源端A、B、C分别与串联连接的三只晶闸管与三只整流二极管串联连接点相联接。三只整流二极管的负端相联接，三只晶闸管的正端相联接。三只整流二极管的联接点分别通过一只二极管形成两个支路与感应体或单相变压器两初级端电连接。三只晶闸管的另一端连接点通过LC滤波后与感应体或单相变压器初级端之间的中心抽头电连接。
图1中采用半控桥整流主要不是为了调压，而是为了实现软起动和保护的功能。正常工作时，晶闸管KP1-KP3完全开通，相当于二极管，从而可以减少谐波，滤波电抗器Ld1主要作用是短路保护，所以容量较小，而滤波电容器C1起电源稳压作用，必须足够大。
图1中的虚线框内是逆变电路，为典型的带中心抽头变压器的电压型单相逆变电路，又称推挽式逆变变频电路。G为带中心抽头的感应体，a为起头，b为尾头，o为中心抽头，对于相同容量的感应体G不必改变铁芯的截面和熔沟Lk的尺寸，仅仅从感应体G的线圈ab头之间引出中心抽头o点，这里除保证a到o和b到o的匝数相同外还必须保证o点是ab间的几何和电气性能的对称中心。抽头o与整流电源正极连接。
与带中心抽头变压器电连接的变频电路包括两只晶闸管KK1和KK2，四只二极管ZD2、ZD3、ZD4、ZD5，电抗器Ld2、Ld和电容器C2。晶闸管KK1和二极管ZD1串联与感应体a头连接，晶闸管KK2和二极管ZD2串联与b头连接，二个晶闸管的阴极通过电抗器Ld2与整流电源负极连接。电容器C2为强迫换流电容，当晶闸管KK1开通时，在oa间有电流通过，而在控制电路的控制下，当KK2晶闸管开通时，由于C2的充放电作用迫使KK1关断，实现在O和b之间的电流通过，从而在熔沟Lk中感应出交流电势，形成强大的短路电流完成感应加热的目的，二极管ZD1和ZD2是防止电容器C2向感应体放电，而二极管ZD2和ZD3是为无功电流提供通路，电抗器Ld2和电容器C2组成LC电路，控制二只晶闸管的换流时间，其容量很小。ZD1为续流二极管。在控制电路的作用下，二只晶闸管KK1和KK2按一定的频率轮流导通和关断，可实现调频的功能，从而达到调功的目地。
实施例2如图2所示，它是一种变频有芯感应炉全控器件装置，全控器件逆变变频感应炉的控制电路包括：全控器件V1和V2、二极管D1和D2。全控器件V1的集电极、二极管D1的另一端与线圈起头a点连接；全控器件V2的集电极、二极管D2的另一端与线圈尾头b点连接；全控器件V1及V1的栅极与控制器相接。在控制电路的作用下，V1和V2轮流导通和关断，在感应体的ao和ob之间产生交流电，实现感应加热的目的。
实施例3如图3所示，它是变频无芯感应炉电气原理图，整流电源的正极与变压器初级线圈中心抽头0点连接，负极分别与全控器件V1的发射极、二极管D1、二极管D2、全控器件V2的发射极一端连接；变压器的次级c.d与加热负载Z电连接。对于无芯感应加热、熔炼装置，由于阻抗变换的需要，必须通过输出变压器与负载相连接，如果对输出变压器的原边线圈加以改造，引出中心抽头，而付边线圈，与负载相接，即可将推挽式逆变原理推广到无芯感应加热、熔炼领域。
需要说明的是，本发明的炉体与现有技术完全相同，只是在变频控制系统中做了改进，本发明既可以用于有芯感应炉，也可以用于无芯感应炉。
Claims (8)
1、感应炉的变频控制系统，至少包括感应体、单相变压器，其特征是：单相变压器初级线圈之间包括一个中心抽头(o)，单相变压器初级两端和中心抽头(o)与二只逆变器件电连接共同构成逆变变频控制电路对感应体进行控制。
2、根据权利要求1所述的感应炉的变频控制系统，其特征是：所述的单相变压器初级两端分别与中心抽头(o)之间电抗相等。
3、根据权利要求1所述的感应炉的变频控制系统，其特征是；所述的初级两端分别与中心抽头(o)之间除保证二段的匝数相等外还须保证与起头(a)和尾头(b)之间的几何及电气性能的对称性。
4、根据权利要求1所述的感应炉的变频控制系统，其特征是：所述的逆变变频控制电路的逆变元件是半控器件或全控器件(V1、V2)。
5、根据权利要求1所述的感应炉的变频控制系统，其特征是：所述的逆变变频电路包括两只晶闸管(KK1)和(KK2)，四只二极管(ZD2、ZD3、ZD4、ZD5)，电抗(Ld2、Ld)和电容器(C2)：晶闸管(KK1)和二极管(ZD1)串联与感应体起头(a)连接，晶闸管(KK2)和二极管(ZD2)串联与尾头(b)连接，二个晶闸管的阴极通过电抗器(Ld2)与整流电源负极连接：电容器(C2)为强迫换流电容，当晶闸管(KK1)开通时，在中心抽头(o)、起头(a)间有电流通过，而在控制电路的控制下，当晶闸管(KK2)开通时，由于电容器(C2)的充放电作用迫使晶闸管(KK1)关断，实现在中心抽头(o)和尾头(b)之间的电流通过，从而在熔沟(Lk)中感应出交流电势，形成强大的短路电流完成感应加热的目的，二极管ZD1和ZD2是防止电容器(C2)向感应体放电，而二极管(ZD2)和(ZD3)是为无功电流提供通路，电抗器(Ld2)和电容器(C2)组成LC电路，控制二只晶闸管的换流时间，其容量很小，在控制电路的作用下，二只晶闸管(KK1)和(KK2)按一定的频率轮流导通和关断，可实现调频的功能，从而达到调功的目地。
6、根据权利要求4所述的感应炉的变频控制系统，其特征是：所述的全控器件(V1)的集电极、二极管(D1)的另一端与线圈起头(a)电连接；全控器件(V2)的集电极、二极管(D2)的另一端与线圈尾头(b)电连接；全控器件(V1)及(V1)的栅极与控制器相接；在控制电路的作用下，(V1)和(V2)轮流导通和关断，在感应体的ao和ob之间产生交流电，实现感应加热的目的。
7、根据权利要求1所述的感应炉的变频控制系统，其特征是：所述的单相变压器初级线圈套装在铁芯柱上，单相变压器的次级线圈是被加热金属的圆环，由耐火材料封闭，初级线圈和次级线圈同心的安装在同一个铁芯柱上。
8、根据权利要求1所述的感应炉的变频控制系统，其特征是：所述的单相变压器初级线圈套装在铁芯柱上，单相变压器的次级线圈两端与负载电连接。
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