中频电源kgps500说明书.docx

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中频电源kgps500说明书

KGPS恒功率晶闸管中频电源

使用说明书

1、概述

Kgps恒功率晶闸管中频电源主要由电源开关、整流器、逆变器、电容组及感应线圈组成。

中央控制板由移相控制、保护电路、相序自适应电路、启动演算电路、逆变频率跟踪、逆变脉冲形成、脉冲放大及脉冲变压器组成。

其核心部件采用高性能、高密度、大规模专用MPU集成电路，使其电路除调节器外，其余均实现数字化，整流触发器部分不需要任何调整，具有可靠性高、脉冲对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点。

逆变采用扫频式零压软启动方式，启动性能优于普通的零压软启动电路。

并设有自动重复启动电路，可防止中频电源偶尔的启动失败，使启动成功率达到100%。

频率跟踪电路采用的是平均值取样方案，提高了逆变的抗干扰能力，而且仅需取样中频电压信号，而无需槽路电容器的电流信号，免去了外接中频电流互感器、确定取样电流相位的烦恼。

因此，在调试和使用现场中，也不会由于中频输出线或取样电流互感器的相位接反，而产生中频电源不能启动的问题。

2、适用装置

适用于各种透热、淬火及熔炼等。

3、正常使用条件

3.1海拔不超过2000米。

3.2环境温度不低于-10℃，不高于+40℃。

3.3空气最大相对湿度不超过90%（20℃±5℃时）。

3.4运行地点无导电及爆炸性尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。

3.5无剧烈振动和冲击。

4、主要技术参数

4.1主电路进线额定电压：

100V~660V（50HZ—60HZ）

4.2控制供电电源：

单相17V/2A。

4.3中频电压反馈信号：

AC12V/15mA。

4.4电流反馈信号：

AC12V/5mA三相输入。

4.5整流触发脉冲移相范围：

α=0~130°。

4.6整流触发脉冲不对称度：

小于1°。

4.7整流触发脉冲信号宽度：

≥600μS、双窄、间隔60°。

4.8整流触发脉冲特性：

触发脉冲峰值电压：

≥12V

触发脉冲峰值电流：

≥1A

触发脉冲前沿陡度：

≥0.5A/μS

4.9逆变频率：

400HZ~8KHZ。

4.10逆变触发脉冲信号宽度：

1/16×逆变频率。

4.11逆变触发脉冲特性：

触发脉峰值电压：

≥22V

触发脉峰值电流：

≥3A

触发脉冲前沿陡度：

≥2A/μS

（逆变的触发脉冲变压器是外接的）

5、控制板的接线端子与参数

控制板共有32个M3接线端子，端子排列图参见图一，各端子功能表见表一。

表一

功能

端子号

参数

故障

输出

CON1-1

CON1-2

常开接点AC5A/220V，DC10A/28V

常开接点的定触头，接电源N线

电压反

馈信号

CON2-1

CON2-2

VF

中频电压12V

电流

反馈

信号

CON2-3

CON2-4

CON2-5

IF

AC，三相12V

控制

信号

CON2-6

CON2-7

RST悬空为运行状态，接地为停止运行和故障复位

GND控制信号接地端（与给定共用）

给定

CON2-7

CON2-8

CON2-9

GND给定接地端

Vg给定：

DC，0—+15V

VCCDC，+15V，最大输出20Ma

电源

CON3-1

CON3-2

17V

AC17V/2A

逆变

脉冲

输出

CON3-3

CON3-4

CON3-5

+22V逆变输出公共端E端

OUT逆变输出端，最大输出15V

OUT逆变输出端，最大输出15V

外故障

输入

CON3-6

CON3-7

WP接地为故障状态，OV灯亮，带3秒延时。

GND接地为故障地端

频率

表

CON3-8

CON3-9

Vcc频率表正端

F频率表负端（5mA输出）

整流脉冲

输出

G1~G6

K1~K6

接1~6号晶闸管控制极

接1~6号晶闸管阴极

6、发光二极管工作状态

代号

发光二极管亮时指示状态

POWER

控制板带电工作

WPL

水压低故障

OC

过电流故障

LV

控制板欠电压故障

OV

中频过电压故障

OP

三相输入缺相故障

LED1-LED6

六路整流脉冲指示，正常为微亮，过亮表示SCR门极接反或开路

7、电位器

代号

电位器工作状态

W1IF

最大输出电流设定电位器；当有电流反馈时可设定最大输出电流，顺时针方向为最小，最大调节范围约2倍。

W2VF

最大中频输出电压设定电位器；当有电压反馈时可设定最大中频输出电压，顺时针方向为最小，最大调节范围约2倍。

W3（θMAX）

最大逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，最大调节范围约为40度至60度。

W4（θMIN）

最小逆变引前角设定电位器，顺时针方向为增大，最大调节范围约为20度至40度。

W5FHZ

外接频率表设定电位器，顺时针方向为读数增大，最大调节范围约3倍。

W6FMAX

最大它激逆变频率设定电位器，顺时针方向为增大，最大调节范围约2倍。

8、应用举例

图示为一台KGPS中频电源的电气原理图，可作为其它装置原理设计的参考，由于控制电路已经对开机，关机的逻辑进行了设计，因此，不必考虑主回路与控制回路的上电顺序。

9、调试

9.1调试需准备的工具

一台20M示波器，若示波器的电源是三芯插头时，注意“地线”千万不能接，示波器外壳对地需绝缘，仅使用一踪探头，示波器的X轴、Y轴均需较准，探头需在测试信号下补偿好。

若无高压示波器探头，应用电阻做一个分压器，以适应600V以上电压的测量。

一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。

9.2整流部分的调试

为了调试的安全，调试前，应该使逆变桥不工作。

例如：

把平波电抗器的一端断开，再在整流桥直流口接入一个≤500Ω、≥500W的电阻性负载。

电路板上的IF微调电位器W1顺时针旋至最高端（调试过程发生短路时，可以提供过流保护）。

主控板上的DIP-1开关拨在ON位置；用示波器做好测量整流桥输出直流电压波形的准备；把面板上的“给定”电位器逆时针旋至最小。

送上三相供电（可以不分相序），检查是否有缺相报警报示，若有，可以检查进线快速熔断器是否损坏。

把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，直流电压波形应该几乎全放开（A≈0°），6个波头都全在，若中频电源为380V输入，此时的直流电压表应为指示在520V左右。

再把面板上的“给定”电位器逆时针旋至最小，直流电压波形几乎全关闭，此时的α角约为120度。

输出直流波形在整个移相范围内应该是连续平滑的。

若在调试中，发现不出来6个整流波头，则应检查6只整流晶闸管的序号是否接对，晶闸管的门级线是否接反或短路。

在此过程调试中也检查了面板上的“给定”电位器是否接反，接反了则会出现直流电压几乎为最大，只有把“给定”电位器顺时针旋到头时，直流电压才会减小的现象。

在停电状态下，把逆变桥接入，使逆变触发脉冲投入，去掉整流桥口的电阻性负载。

把电路板上的VF微调电位器W2顺时针旋至最高端，（调试过程发生逆变过压时，可以提供过压保护）。

主控板上的DIP-1开关拨在ON位置，面板上的“给定”电位器逆时旋至最小。

上电数秒钟后，把面板上的“给定”电位器顺时针慢慢地旋大，这时逆变桥会出现两种工作状态，一种是逆变桥起振，另一种是逆变桥直通。

此时需要的是逆变桥直通，若逆变桥为起振状态，可在停电的状态下，调节中频电压互感器的相位，即把中频电压互感器20V绕组的输出线对调一下，就不会起振了，在缓慢放大面板上“给定”电位器的操作中，应密切注意电流表的反应，若电流表的指示迅速增大，则应迅速把“给定”电位器逆时针旋下来，此时表明电流取样电路有问题，系统处于电流开环状态，应检查电流互感器是否接对，特别是5A：

0.1A电流互感器的原、付边是否接反，0.1A绕组上的68Ω电阻是否接上，正常的表现是随着“给定”电位器的缓慢加大，电流表的指示也跟着增大，当停止旋转“给定”电位器时，电流表的指示能稳定的停在某一刻度上。

当出现直通现象时，把面板上的“给定”电位器顺时针旋大，使电流表的指示接近额定值的50%左右。

用交流电压表测量CON2-3、CON2-4、CON2-5三个接线端子间的电压，三个电压应该是大致相等的，若相差太大，说明电流互感器的同名端接错，必须改对，否则会影响电流调节器的正常工作。

继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋到头，电流表的指示应接近额定值，逆时针调节主控制板上的W1电流反馈微调电位器，使直流电流表指示到额定输出电流，完成了额定电流的整定。

这样整流桥的测试就基本完成，可以进行逆变桥的调试。

需要指出的是，当平波电抗器的直流电阻较小时，在直通状态下作额定电流的整定，会出现直流电流振荡的现象，可在直流回路里串一点电阻加以解决。

另外，水冷装置在作此项调试时，必须通水冷却。

当调试场地的电源供不出装置的额定电流时，额定电流的整定，可放在现场满负荷运行时进行。

但是，应先在小电流的状况下，判定一下电流取样回路的工作是否正常。

9.2逆变部分的调试

9.2.1起振逆变器（W6）

首先检查逆变晶闸管的门级线连接是否正确，逆变未级上的LED亮度是否正常，不亮则说明逆变末级的E和C接线端子接反了；再把主控板上CON3-5对外的连线解掉，看熄灭的LED逆变末级是否处在逆变桥的对角线位置。

把主控板上的DIP开关均拨在OFF位置，把面板上的“给定”电位器逆时针旋到底，调节控制板上的W6微调电位器，使最高它激频率高于槽路谐振频率的1.2倍，W3、W4微调电位器旋在中间位置。

把面板上的“给定”电位器顺时针稍微旋大，这时它激频率开始从高往底扫描（从频率表中可以看出），逆变桥进入工作状态，开始起振，若不起振，表现为它激信号反复作扫频动作，可调节中频电压互感器的相位，即把中频电压互感器20V绕组的输出线对调一下。

若把中频电压互感器20V绕组的输出线对调后，仍然起动不起来。

此时应确认一下槽路的谐振频率是否正确，可以用电容/电感表测量一下电热电容器的电容量及感应器的电感量，计算出槽路的谐振频率，当槽路的谐振频率处在最高它激频率的0.6-0.9的范围内时，起动应该是很容易的。

再着就是检查一下逆变晶闸管是否有损坏的。

9.2.2整定逆引前角（W3W4）

逆变起振后，可做整定逆变引前然的工作，把DIP开关均打在OFF位置，用示波器观察电压互感器100V绕组的波形，调节主控板上W4微调电位器，使逆变换相引前角在22°左右，此时中频输出电压与直流电压的比为1.2左右（若换相重叠角较大，可适当增大逆变换相引前角），此步整定的是最小逆变引前角，一般期望它尽可能的小，当然，过小的逆变换相此前角会使逆变换相失败，表现为中频电压升高时，会出现重复起动。

再把DIP-2开关打在ON位置，调节主控板上W3微调电位器，整定最大逆变换相引前角。

根据不同的中频输出电压的要求，最大逆变换相引前角亦不同，如中频装置三相输入电压为480V，额定中频输出电压为900V时，则要求最大逆变换相引前角在42°左右，此时，中频输出电压与直流电压的比为1.5。

一般期望它尽可能的大些，这在系统输入电压偏低时，仍可保证中频输出电压到额定值，当系统输入电压偏高时，由于有电压调节器的作用，中频输出仍然不会出现过电压。

此项调试工作应在50%额定中频输出电压下进行。

注意，必须先调1.2倍关系，再调1.5倍关系，否则顺序反了，会出现互相牵扯的问题。

有时由于电压表不准，给调试带来错误的结论，所以应以示波器测得的引前角为准。

调试中若出现逆变引前角过大的现象，应检查槽路谐振频率是否过低。

9.2.3额定输出电压的整定（W2）

在轻负荷的情况下整定额定输出电压，把主控板上的DIP开关均拨在OFF位置、W2微调电位器顺时针旋至最大，把面板上的“给定”电位器顺针旋大，逆变桥工作。

继续把面板上的“给定”电位器顺时针旋至最大，此时输出的中频电压接近额定值，逆时针调节W2微调电位器，使输出的中频电压达到额定值。

在这项调试中，可见到这样的现象，即直流电压升到最大值后，中频输出电压却还能继续随“给定”电位器的旋大而上升。

在整定额定输出电压时，应在直流电流低于额定电流的条件下进行，否则会由于电流限幅的作用，使中频输出电压调不上去。

至此，6只微调电位器全部调完，调试告结束。

10、注意事项

10.1晶闸管装置在做绝缘耐压测试时，请取下控制板，否则可能造成控制板永久性损坏。

10.2当控制板接入主回路后，控制板上有高压电，请注意，以免触电。

11、它激频率

一定要使它激频率高于槽路可能的最大谐振频率，否则，系统由于它激频率的“拽着”而不能正常运行。

它激频率高于槽路可能的最大谐振频率1.2倍是合适的。

、

中频电源操作规程及注意事项

一、开机前检查：

　每次开机前应检查水路、电路。

确认所有水管均通水畅通并检查电路有无螺丝松动等异常情况。

二、开机：

　接通中频电源柜电源。

按控制电源开，控制电源指示灯亮，合上主回路开关，再合控制电源，直流电压表应显示负电压。

然后慢慢将功率给定电位器旋大，同时观察电表，直流电压表指示增大。

1．当直流电压过零后，中频电压、直流电压、有功功率三只表同时增大，并听到中频声响表示起动成功。

可将有功给定位器旋大到所需功率。

2．当直流电压过零后，中频电压、直流电流、有功功率三只表不同进上升并听不到正常的中频声响则表示起动不成功，应将电位器旋至最小后重新启动。

三、复位：

　如设备运行过程中出现过流、过压，则门板上故障指示灯亮。

应将电位器旋至最小，按“复位”然后重新起动。

在运行中发生过流、过压等现象时不要忙于重新启动设备，应对设备进行检查，是否存在短路、打火等隐患故障。

四、关机：

　将电位器旋至最小，关闭控制电源.然后分开主回路开关。

如设备不再使用，应切断中频电源柜的电源。

五、设备运行过程中应该经常检量出水是否畅通，如发现出水过小或断水时应立即关机，排除故障后重新开机。

六、定期在关机后检查中频柜内及电容架上的铜排连接螺有无松动的情况，如有松动应将其拧紧。

　由于中频电炉有共特性，故使漏电保护且投运不上，使用不当将导致人身触电伤亡与设备损坏事故。

1．严禁私拉乱接。

2．严禁将杂物寄放进电柜、箱内。

3．上炉台工作必须穿上绝缘胶鞋等防护用品。

4．检查电炉必须关闭电源，并挂警示牌，另须有两人以上监护，检修完毕先清理工具，巡视通电设备周围确实无人后方可合闸试运行。

5．严禁带病，喝酒后上机操作。

6．金属物质不得随意乱放，测温仪器等用后应整理放好。

7．电炉整套设备应保持清洁卫生，严禁漏水、水淹现象。

8．严禁非工作人员上机，随意进出控制室。

9：

中频电源外接电线（铜排）等裸露部分在合闸状态下触摸均有触电危险！

如需维修调整或维修应切断电源后进行。

10．为了您的生命安全，请每位员工严格遵守每项规章制度和安全，严肃认真对待你的工作。

维护与保养

合理的使用、正确的操作和精心维护，是电源安全运行、避免故障的重要保证。

在连续运行的生产线上搞好电源的维修与保养尤为重要。

1、经常清除配电柜内的积尘，运行中的变频装置要设立专用机房，必须经常注意清洁工作，防止绝缘降低发生故障。

2、定期对电源进行检查维修，对各部的锣栓、锣母压接件进行定期检查紧固。

定期对装置的额定电压、电源进行校验以防止保护失灵。

3、经常检查负载连线是否完好，绝缘是否可靠。

4、经常检查各冷却水路有无断水或水压不足等现象。

晶闸管中频感应加热电源是利用晶闸管将三相工频交流电能变换成几百或几千赫兹的单相交流电能。

具有控制方便、效率高、运行可靠、劳动强度低的特点，广泛用于铸钢、不锈钢或合金钢的冶炼、真空冶炼、锻件的加热和钢管的弯曲、挤压成型、工件的预热、钢件表面淬火、退火热处理、金属零件的焊接、粉末冶金、输送高温工质的管道加热、晶体的生长等不同场合。

在我厂，中频电源装置主要用于铸钢、不锈钢和青铜等的冶炼。

    中频电源的工作原理为：

采用三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后，成为一个恒定的直流电流源，再经单相逆变桥，把直流电流逆变成一定频率（一般为1000至8000Hz）的单相中频电流。

负载由感应线圈和补偿电容器组成，连接成并联谐振电路。

     一般情况下，可以把中频电源的故障按照故障现象分为完全不能起动和起动后不能正常工作两大类。

作为一般的原则，当出现故障后，应在断电的情况下对整个系统作全面检查，它包括以下几个方面：

（一）电源：

用万用表测一下主电路开关（接触器）和控制保险丝后面是否有电，这将排除这些元件断路的可能性。

（二）整流器：

整流器采用三相全控桥式整流电路，它包括六个晶闸管、六个脉冲变压器。

     测量晶闸管的简单方法是用万用表电阻挡（200Ω挡）测一下其阴极—阳极、门极—阴极电阻，测量时晶闸管不用取下来。

正常情况下，阳极—阴极间电阻应为无穷大，门极—阴极电阻应在10—30Ω之间，过大或过小都表明这只晶闸管门极失效，它将不能被触发导通。

      脉冲变压器次边接在晶闸管上，原边接在主控板上，用万用表测量原边电阻约为50Ω。

     （三）逆变器：

逆变器包括四只（串联使用时为八只）快速晶闸管和四只脉冲变压器，可以按上述方法检查。

     （四）变压器：

每个变压器的每个绕组都应该是通的，一般原边阻值约有几十欧姆，次极几欧姆。

应该注意：

中频电压互感器的原边与负载并联，所以其电阻值为零。

     （五）电容器：

与负载并联的电热电容器可能被击穿，电容器一般分组安装在电容器架上，检查时应先确定被击穿电容器所在的组。

断开每组电容器的汇流母排与主汇流排之间的连接点，测量每组电容器两个汇流排间的电阻，正常时应为无穷大。

确认坏的组后，再断开每台电热电容器引至汇流排的软铜皮，逐台检查即可找到击穿的电容器。

每台电热电容器由六（或四）个芯子组成，外壳为一极，另一极分别通过四个绝缘子引到端盖上，一般只会有一个芯子被击穿，跳开这个绝缘子上的引线，这台电容器可以继续使用，其容量是原来的5/6或（3/4）。

电容器的另一个故障是漏油，一般不影响使用，但要注意防火。

     安装电容器的角钢与电容器架是绝缘的，如果绝缘击穿将使主回路接地，测量电容器外壳引线和电容器架之间的电阻，可以判断这部分的绝缘状况。

     （六）水冷电缆：

水冷电缆的作用是连接中频电源和感应线圈，它是用每根直径Φ0.6–Ф0.8紫铜线绞合而成。

对于500kw—800kw中频电源，电缆截面积为300平方毫米，对于250kw_400Kw，电缆截面积采用185至250平方毫米。

水冷电缆外胶管采用耐压5公斤的压力橡胶管，里面通以冷却水，它是负载回路的一部分，工作时受到拉力和扭力，与炉体一起倾动而发生曲折，因此时间长后容易在柔性连接处断裂开。

水冷电缆断裂过程，一般是先断掉大部分后，在大功率运行时把未断小部分很快烧断，这时中频电源就会产生很高的过电压，如果过电压保护不可靠，就会烧坏晶闸管。

水冷电缆断开后，中频电源无法启动工作。

如不检查出原因而反复启动，就很可能烧坏中频电压互感器。

检查故障时可用示波器，把示波器探头夹在负载两端，观察按启动按钮时有无衰减波形。

确定电缆断芯时先把水冷电缆与电热电容器输出铜排脱开，用万用表电阻挡（200Ω挡）测量电缆的电阻值，正常时电阻值为零，断开时为无穷大。

用万用表测量时，应把炉体翻到倾倒位置，使水冷电缆掉起，这样使断处彻底脱离，才能正确判断是否断芯。

     通过以上几个方面的检查，一般能查出大部分的故障原因，接下来可以接通控制电源，作进一步的检查。

中频电源主电路（断路器）合闸有手动和自动两种。

对于自动合闸的系统，应该先将电源线暂时断开，以确保主电路不会合上。

接通控制电源后，可以作下面几个方面的检查。

     1．将示波器探头接在整流晶闸管的门极和阴极上，示波器置于电源同步，按下启动按钮后即可看到触发脉冲波形，应为双脉冲，幅度应大于2V。

按一下停止按钮，脉冲将立即消失。

重复六次，将每个晶闸管都看一下，如果门极没有脉冲，可以将示波器的探头移到脉冲变压器的原边看一下，如果原边有脉冲而次边没有，说明脉冲变压器损坏，否则问题可能出在传输线或主控板上。

     2．将示波器探头接在逆变晶闸管的门极和阴极上，示波器置于内同步，接通控制电源后可以看到逆变触发脉冲，它是一串尖脉冲，幅度应大于2V，通过示波器的时标读出脉冲周期，算出触发脉冲频率，正常时应比电源柜的标称频率高约20%，这个频率称为启动频率。

按下启动按钮后，脉冲的间距加大，频率变低，正常时应比电源柜的标称频率低约40%，按一下停止按钮，脉冲频率立即跳回启动频率。

通过上列检查，基本上能排除完全不能启动的故障。

启动以后工作不正常，一般表现在下列几个方面：

    1．整流器缺相：

故障表现为工作时声音不正常，最大输出电压升不到额定值，且电源柜怪叫声变大，这时可以调低输出电压在200V左右，用示波器观察整流器的输出电压波形（示波器应置于电源同步），正常时输入电压波形每周期有六个波形，缺相时会缺少二个，如图2所示。

这一故障一般是由于整流器某只晶闸管没有触发脉冲或触发不导通引起的，这时应先用示波器看一下六个整流晶闸管的门极脉冲，如果有的话，关机后用万用表200Ω档测量一下各个门极电阻，将不通或者门极电阻特别大的那只晶闸管换掉即可。

    2．逆变器三桥臂工作：

故障表现为输出电流特别大，空炉时也一样，且电源柜工作时声音很沉重，启动后把功率旋钮调到最小位置，会发现中频输出电压比正常时高。

用示波器依次观察四个逆变晶闸管的阳极—阴极之间的电压波形，正常时每一只的波形都如图3所示。

如果三桥臂工作，可以看到逆变器中有相邻的二只晶闸管的波形正常，另外相邻的二只有一只没有波形，另一只为正弦波，如图4所示，KK2触发不通，其阳极—阴极之间的波形就是正弦波；同时KK2不导通会导致KK1无法关断，所以KK1二端就没有波形。

    3．感应线圈故障：

感应线圈是中频电源的负载，它采用壁厚3至5毫米的方形紫铜管制成。

它的常见故障有以下几种：

     感应线圈漏水，这可能引起线圈匝间打火，必须及时补焊才能运行。

     负载刮蹭感应线圈会引起铜管烧穿，必须及时调整间距把氧化皮及杂质清除干净。

      感应线圈匝间短路，这类故障在小型中频感应炉上特别容易发生，因为炉子小，在工作时受热应力作用而变形，导致匝间短路，故障表现为电流较大，工作频率比平常时高。

     综上所述，为了能采用正确的方法进行中频电源的故障维修，就必须熟悉中频电源常见故障的特点及原因，才能少走弯路，节省时间，尽快的将故障排除，恢复中频电源的正常运行，从而保证生产的顺利进行。

盐山县鑫泰中频电源设备厂