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西安中頻爐、中頻熔煉爐、串聯(lián)中頻爐更節(jié)能、更有經(jīng)驗(yàn)

目前我國(guó)中頻電爐行業(yè)發(fā)展非常迅猛，技術(shù)上，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的水平已經(jīng)接近全部較高水平。就中頻電源來(lái)說(shuō)，主電路采用的都是交流-直流-交流的換流方式，即先用整流器把工頻市電整流成脈動(dòng)直流電，再用濾波器把他變成平滑直流電，較后由逆變器逆變成單相中頻。根據(jù)補(bǔ)償電容器與負(fù)載聯(lián)接形式的不同，可以分為串聯(lián)諧振中頻電源和并聯(lián)諧振中頻電源二種。

并聯(lián)諧振電源因?yàn)檠a(bǔ)償電容器和電爐的感應(yīng)線(xiàn)圈自成振蕩回路，流過(guò)逆變電力半導(dǎo)體器件的電流通常是負(fù)載電流的1/6—1/10（熔化負(fù)載），這使得并聯(lián)諧振中頻電源在相同的逆變電力半導(dǎo)體器件的條件下容易做到更大的功率。

串聯(lián)諧振中頻電源應(yīng)用的比較晚，上世紀(jì)90年代以后才開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。因?yàn)槠洫?dú)特的功率調(diào)節(jié)方式，可以實(shí)現(xiàn)一拖二輸出，連續(xù)生產(chǎn)鐵水而受到用戶(hù)的青睞。通常中頻電源的功率調(diào)節(jié)是在較前面的整流器上完成，通過(guò)控制整流可控硅的導(dǎo)電角來(lái)控制輸出電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。串聯(lián)諧振中頻電源采用改變逆變器工作頻率的方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，當(dāng)工作頻率接近諧振頻率時(shí)輸出功率增加，遠(yuǎn)離時(shí)輸出功率減小，而整流器的輸出電壓恒定不變，這也是串聯(lián)諧振中頻爐被稱(chēng)為變頻爐的原因。正是因?yàn)檫@個(gè)特性，在一個(gè)整流器上面可以?huà)燧d多個(gè)逆變器，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓β驶ユi控制，只要保證所有逆變器的輸出功率之和不超過(guò)整流器的有效負(fù)載能力，每個(gè)逆變器都能夠獨(dú)自控制各自的輸出功率以滿(mǎn)足需求。典型的應(yīng)用就是一拖二變頻爐，一臺(tái)整流器帶了二個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)二臺(tái)規(guī)格相同的電爐，這樣可使一臺(tái)變頻電源的功率能靈活的分配給兩臺(tái)爐體，即把一臺(tái)電源的大功率分配給熔化爐，余下小功率分配給保溫爐，從而實(shí)現(xiàn)一熔化一保溫，使電爐系統(tǒng)具備連續(xù)生產(chǎn)鐵水的能力。

這二種類(lèi)型的中頻電源各自有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因?yàn)檎�流器不需要控制，或只需淺度控制，使得串聯(lián)諧振中頻電源的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)很高且與輸出功率無(wú)關(guān)，這使他的應(yīng)用不會(huì)增加電網(wǎng)的無(wú)功損耗。在連續(xù)的造型線(xiàn)上采用串聯(lián)諧振一拖二電爐是典型的選擇，一拖二工作方式為造型線(xiàn)連續(xù)供應(yīng)鐵水，串聯(lián)諧振的原理使得保溫的那個(gè)電爐不會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)額外的無(wú)功。串聯(lián)諧振使得逆變可控硅要通過(guò)全部的負(fù)載電流，相同的輸出功率就需要更多的可控硅并聯(lián)，這造成了兩個(gè)問(wèn)題，一是使設(shè)備的造價(jià)上升，二是更多的可控硅帶來(lái)了更多的損耗，相同的設(shè)計(jì)規(guī)范下，每噸鐵水的熔化成本將上升。并聯(lián)諧振中頻電源因?yàn)樵谡�流器上控制輸出功率，�?dāng)輸出功率降低的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生非常大的無(wú)功損耗，因此他適合于純?nèi)刍�的�?yīng)用（基本不保溫或很短的保溫操作），類(lèi)似于一班造型，一班熔化澆注，一班清理的生產(chǎn)流程就是其典型應(yīng)用，高功率熔化完畢后鐵水馬上去澆注，中頻電源基本沒(méi)什么低功率工作的時(shí)間，也就不會(huì)產(chǎn)生額外的無(wú)功損耗。

中頻電爐在一個(gè)完整的熔化過(guò)程中，電爐的阻抗不是恒定的，而是隨爐料溫度和爐料密實(shí)程度的變化而變化。通常，爐料溫度越低，加料越密實(shí)，則電爐的阻抗就越小。如果以滿(mǎn)爐額定溫度的工況為基準(zhǔn)的話(huà)，熔化過(guò)程中電爐阻抗的變化范圍是這個(gè)數(shù)字的35%左右。電爐阻抗的變化有二個(gè)較端，一是冷態(tài)加滿(mǎn)料，剛開(kāi)始送電的時(shí)候，這時(shí)由于爐料溫度低，電阻率小，所以電爐阻抗較小；另外一個(gè)較端發(fā)生在爐料的溫度達(dá)到居里點(diǎn)的時(shí)候，這時(shí)候鐵開(kāi)始失去導(dǎo)磁性，但是又沒(méi)有熔化，爐料的密實(shí)程度沒(méi)有得到改善，這個(gè)時(shí)候電爐的阻抗非常大。在這以后，隨著溫度的上升，熔化的鐵水逐漸填滿(mǎn)固體料之間的空隙，電爐的阻抗趨于穩(wěn)定。串聯(lián)諧振電源可以通過(guò)調(diào)節(jié)中頻電源的工作頻率，實(shí)現(xiàn)阻抗的調(diào)節(jié)。工作頻率的變化能夠直接改變電爐的阻抗，當(dāng)電爐阻抗太低時(shí)，適當(dāng)?shù)纳�高工作頻率，而阻抗太高時(shí)，則降低工作頻率。通過(guò)這樣的調(diào)節(jié)，能夠使整個(gè)熔化過(guò)程中，電爐的阻抗基本一致，從而保證中頻電源始終在額定功率下工作。并聯(lián)諧振電源逆變器是用微控制器控制的，其逆變控制部分采用了人工智能控制程序，該程序在需要時(shí)可以小范圍改變逆變器的逆變角（在可控硅關(guān)斷時(shí)間允許范圍內(nèi)），因此使并聯(lián)逆變器具有了小范圍調(diào)節(jié)負(fù)載等效直流電阻的能力，和整流器的電流余量相配合，使這種可控硅并聯(lián)逆變中頻電源具有接近恒功率輸出的能力（不能完全達(dá)到）。 

中頻電源和電爐及補(bǔ)償電容構(gòu)成了一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系體，不可分割。負(fù)載的變化，或負(fù)載阻抗匹配的是否合適，會(huì)直接影響電源的額定功率；頻率是否能達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)，也會(huì)影響感應(yīng)加熱的效率。感應(yīng)線(xiàn)圈（負(fù)載）的設(shè)計(jì)計(jì)算十分復(fù)雜，要設(shè)計(jì)出一個(gè)滿(mǎn)意的負(fù)載線(xiàn)圈并非易事。目前采用的計(jì)算方法是忽略次要參數(shù)，或依靠經(jīng)驗(yàn)修正過(guò)的公式來(lái)設(shè)計(jì)，有非常大誤差。今后為方便這方面的設(shè)計(jì)，需要在理論指導(dǎo)下建立準(zhǔn)確的數(shù)字模型，特別是利用計(jì)算機(jī)的模仿技術(shù)，以便更大范圍地適應(yīng)各種型式負(fù)載的計(jì)算精度。在國(guó)外，在負(fù)載感應(yīng)器（線(xiàn)圈）用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模仿方面已開(kāi)發(fā)了專(zhuān)項(xiàng)使用的軟件，值得我們借鑒。