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中频炉节能电路设计方案

文章出处:轩海电炉-中频电炉厂家 人气:0发表时间:2018-02-04 15:51:17【
中频炉节能电路设计方案中频炉节能电路设计方案

中频炉电能利用率较低.随着不可再生能源的趋紧张与我国对铸造件需求量的日益增大,这对铸造用电炉在节能改造提出了更高、更迫切的要求。中频感应电炉在这熔化过程中,约有60%~70%的功率用以加热物料称为有功功率,其余30%-40%的都以各种形式散失,包括电流热损失.炉壁热损失及变压器效率、电缆及电容器引起的损失[]。如何减少中频炉能量损失。

 

中频炉主电路工作原理见图1.先将50Hz的工频电源整流为直流电,经功率补偿后由逆变器为中频炉提供中频交变电流。交变电流在中频炉的感应线圈中,会产生交变磁场,从而使被加热的金属物料感应出电动势,产生涡流加热物料至熔化。

 

中频电炉的损失的能量主要由以下几部分组成:①感应线圈铜耗,由于电感线圈自身具有内阻,电流经过时产生的热量,这部分为无用功.称为铜耗;②电气设备附加损耗,如图1中变压器、整流器、滤波电容器、逆变器及水冷电缆等也会损耗一部分能量;③炉衬热损,电能在加热物料时,一部分热量通过炉壁或炉盖等散失;④炉口辐射热损,中频炉在加料、出炉等操作时,炉口会辐射损失掉一些热量。

 

中频炉的节能可以从供电电路、谐波治理与无功补偿、炉体维护、操作工艺等方面人手。由于在中频炉能量损失中,感应线圈铜耗所占的比重较大。改进从供电线能降低感应线圈铜耗和附加损耗,本文对此进行研究。

 

根据补偿电容器与中频炉负载线圈的连接方式不同.中频电源可分为:并联谐振逆变式和串联谐振逆变式两种。我国目前并联谐振中频炉占的比重较大,但串联电源节能性能更好,相对并联电源,其具有功率因数高、无需额外的无功补偿装置、谐波治理效果好、负载匹配性更强等特点嘲,但其制造成本较高限制了其使用。全桥逆变电路较半桥逆变电路使用的电子元件多,成本高,结构较复杂,采用间接输出方式,需要匹配配变变压器等缺点。所以,本研究采用具有较多优势的半桥串联谐振逆变电路,降低制造成本的同时,实现中频炉节能降耗。

 

主电路如图2所示。电容cd的作用为滤波,整流输出电压经过滤波电容cd后,电压变得比较平稳,相当于稳压电压源:电容C1和C2的作用为补偿,在开启逆变电路前,电容C1和C2已经充电到1/2的直流电压,上极板电压均为正,下极板电压均为负.电阻R和电感L分别为中频炉的等效电阻和等效电感。初始时刻设为t。,此时刻触发晶闸管VT1,流过感应线圈的电流是由振荡放电电流和充电电流组成,通过VT1、L、R、C的电流为振荡放电电流,通过VT1、L、R向电容器C充电的充电电流,这两种电流方向相同均为从右向左,从而使感应线圈的电流得到加强,且两路具有相同的振荡频率。

中频炉电路设计

 

根据焦耳定律,电感线圈的铜耗为p=i2R,可见铜耗是跟流经感应线圈电流i平方成正比,跟感应线圈的等效内阻R成正比。在感应线圈规格既定的情况下,无法降低器等效内阻,能降低线圈铜耗的途径只能靠降低电感线圈中电流。在半桥串联逆变电路中。电路的电流为

中频炉电路设计
中频炉电路设计


在串联半桥逆变电路中,串联谐振时,电源电压全部作用在中频炉的电阻上,电感和电容两端的电压方向相反、大小相等,是逆变电路输出电压的Q倍,而电流与逆变器的输出电流相等。从而当输出功率相同时.电流就相对较低.由于感应线圈的铜耗与电流二次方成正比,所以半桥逆变电路的串联谐振可降低感应线圈的电流损耗。

半桥逆变电路的整流器对直流输出电压不做改变.只是在开启电路时较缓慢的建立输出直流电压,在故障发生时断开整流晶闸管。在逆变启动前整流导通角需要缓慢增大。直流给滤波电容充电至最高电压。逆变启动后,半桥逆变电路的频率调节至中频功率,整流控制角Ot始终为最小,由于功率因数为λ=yλ1=0.988coaa,所以功率因数一直保持最大。

在半桥串联逆变电路中,在理想状态下,逆变电路的工作频率与中频炉的谐振频率相同。半桥串联逆变电流的波形如图3,当晶闸管电流为零时断开。

从此刻开始,二极管需要半个正玄波的时间进行续流,即晶闸管的断开时间很长,所以每组W波形都在逆变角为零的状态下工作,说明功率较高,同时其波形为正玄波,具有较低的谐波含量越少,说明有用的波含量越多,功率因数越大,这对降低感应感应线圈铜耗和中频炉附加损耗都有较大作用。


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