中頻爐知識庫
    自1996年端士BBC公司研制成功第一臺用于感應熔煉的晶閘管中頻電源以來，中頻熔煉爐新發展成爲鑄造行業的首選熔化爐。由于其工作過程中的高電圧、大電流等特征，如報警保護不當，易造成嚴重的設備安全事故。因此故障報警保護系統就顯得尤爲重要。中頻爐要緊報警保護系統包括水冷卻報警系統、接地保護系統以及過壓保護系統等，本文對這三大保護系統進行了詳細介紹與分析。

1、水冷卻報警系統

水冷卻系統是中頻爐最重要的輔助系統，一般可分爲爐體冷卻系統和電氣櫃冷卻系統兩部分。

中頻爐爐體線圈由方銅管繞制而成，雖然銅的電阻率較低，但因爲通過的電流很大，加上銅管內的電流因集膚效應而向坩堝壁一側偏移，引起銅管大批放熱（因此要求銅管外表使用的絕緣漆一定要具有耐高溫的能力）。爲保證爐體線圈的絕緣性和熔池的安全，熔煉期間需有足夠的冷卻能力保證。並且在坩堝內溫度降到100℃前冷卻裝置不得停機。電氣櫃冷卻部分要緊用來冷卻在工作過程中會大批發熱的晶閘管、電容、電感及銅排等。爲達到良好的冷卻結果，一般需要在室外安裝獨立的冷卻塔。根據設備的功率大小有時需配套獨立的爐體、電氣櫃冷卻塔。

常見的中頻爐水冷卻報警系統要緊包括:

①進水口管道上安裝的水溫、圧力及流量計，監測水冷卻系統的進水參數。在水溫超過設定値時應自動增大冷卻塔功率，在溫度超過戒備值或壓力及流量過低時應報警並中斷電源。

②爐體及電櫃各冷卻水管出水口串聯安裝需手動複位的溫度傳感器，檢修時根據溫度傳感器的複位按鈕快速確定異常部位。

2、逆變系統接地報警

中頻爐在工作過程中爐體線圈與電容形成一個高壓諧振電路。一旦發生對地絕緣電阻低的情況，高壓對地放電極易發生重大安全事故。爲保證設備的正常運行，需安裝接地泄漏保護系統。

常見的接地泄漏保護系統執行兩個功能：

1）檢測在電容器、爐體線圈及彙流母排等之中是否存在異常的對地電阻低的路徑;

2）檢測爐體線圈與金屬爐料之間是否有異常的低電阻。這種低電阻也許是金屬爐料滲透爐襯發生“滲鐵”或爐襯中的含水量過高，搗築爐襯時掉入導電雜物也也許引起電阻降低。

常用的報警系統原理爲：在諧振電路上施加一低圧直流電源，一般的中頻爐爐體線圈之間僅經過輕度的絕緣處理，因此，所施加的直流電壓會在線圈和熔池之間産生一些小的泄漏電流，從而可以通過毫安表檢測出來。一旦漏電流異常増大即表明諧振電路對地電阻異常降低。使用接地泄漏保護的熔煉爐一般在爐體底部用不鏽鋼鋼絲從爐襯內引出並接地，這樣既可以保證熔池的零電位，預防除渣過程中發生安全事故。也可以保證系統可以準確的檢測到“滲鐵”狀況。

爲便于隨時檢驗接地報警系統是否工作正常，可在諧振電路內一點引線並通過電感、接觸器接地。通過控制接觸器人爲制造對地短路即可在保證安全的前提下檢測報警系統的靈敏度。爲保證熔煉過程的安全應在每次開爐前檢驗爐體接地泄漏報警裝置是否正常。

3、過流過壓保護

中頻電源的負載短路或逆變換流成功，都會使整流電路通過逆變電路形成短路電流(圖1)對整個整流、逆變晶閘管形成威逼，因此必

須設置保護電路。

當産生短路電流時，整流電路(如圖1)觸發脈沖會在毫秒級的時間範圍內由整流區轉換到有源逆變區(如圖2)，即將觸發角由α<90°敏捷切換到α>90°，把電抗器上的磁場能量經整流電路敏捷向電網釋放。而當短路浪湧電流超過晶閘管承擔範圍或網側整流電路內部短路時，由晶聞管專用快速熔斷器進行保護。

其的確工作步驟如圖2。在t1時刻前，中頻電源在正常工況下運行，此刻的直流電流Id、電壓Ud正常。假設在t1時刻設備產生故障，逆變晶閘管上、下臂擊穿了，相當于圖l中直流側直接上下短路。此刻由于電抗Ld的作用,Id不也許產生突變，但此刻電流敏捷增大。到t2時刻,電流Id達成過電固定作定値，觸發過電流保護動作。整流觸發角敏捷移相到α=l50°處，此刻晶閘管v6、v2導通,如設備工作狀態正常,V6和V2應在導通l20°后分別切換到V4和V3.但現在觸發角從l20°移相到l50°,當V6導通120°后V4仍未觸發,V6繼續導通直到t4時刻v6和V4換流,同理V3在t5時刻才與V2換流。在過電流保護過程中,由于α角的增大,導致Ud線電圧Ubc下降,到t3時刻,Ubc=0.在t3時間往后,Ud電壓降為負值。由于反向電圧的作用，Id從最高點結束減小，整流電路從整流狀態轉變為有源逆變狀態，Ld作為直流源將能量向電網開釋。隨著Ld中能量的減小，Id逐步降低，并在t4時刻后降到安全限定電壓以下。最后到t6時刻，Ld上的感應電勢已不能克服電網電壓產生電流,有源逆變制止。

在上述保護動作過程中，過電流保護系統能在工頻半波內將直流電壓降低到安全限定電壓以下，一般不會對熔煉設備造成傷害。過電壓保護的原理與過電流保護雷同。取負載端中頻電圧信號，當中頻電圧超過允許值時，觸發角α敏捷移相到l50°停機。

晶閘管是一種電流控制元器件，其由于過電壓而導致損壞的概率要遠遠高于過電流損壞。因此,晶閘管的常用保護措施主假如阻容吸收裝置(如圖3),此保護方法主假如使用電容兩端電壓不能突變的特征吸收尖峰電壓。串聯的電阻能夠消耗部分産生過電圧的能量,並克制回路內諧振。

結語

中頻爐熔煉報警保護系統通過水冷卻系統保證熔爐的冷卻，確保爐體安全；通過接地保護系統監測電氣系統的對地絕緣性，預防高壓對地放電；通過過壓過流保護系統幸免主電路元件的過載擊穿，從而保證元器件的安全。這三種保護系統在保證中頻爐熔煉安全的同時,進一步提高了中頻爐的工作功效。