考究工頻加熱爐電路優化設計

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一、電路設計

1主電路優化前我公司使用的工頻感應爐主電路。該電路設計為二個主接觸器(分別是KM1和KM2)來控制工頻感應加熱爐電源的通與斷，在通電一瞬間KM2吸合，將電源從平波電阻器R3接入，幾秒鐘后KM2斷開，KM1接通，電源從這個接觸器接入工頻感應爐。其中R2為平衡用電抗器，Cn1為平衡用電容組，Cn2為補償電容組，Rn為工頻感應爐線圈組。2控制電路工頻感應加熱爐的控制電路。在工頻感應加熱爐工作時，首先繼電器KA2接通，驅動接觸器KM2接通，電壓由平波電阻器R3接入工頻感應加熱爐加熱線圈，經過一定延時后，繼電器KA1帶電，驅動接觸器KM1將電源接入工頻感應爐線圈組。當電路接通后，三相電源經平衡電抗器和平衡電容器后改變為兩相電源，供給工頻感應爐線圈組。3勵磁電路磁性調壓器具有在帶負荷情況下，改變控制繞組電流就能實現無級調壓，因此工頻感應加熱爐廣泛采用磁性調壓器進行調壓。磁性調壓器調壓的原理是控制變壓器繞組的直流控制電流，從而控制磁調二次電壓的變化，進而達到調整電爐工作電流的目的。當直流控制電流增大時，磁調二次電流隨之增大，勵磁回路。當變壓器側高、低壓接通，啟動信號給予后，KM3吸合;電壓經平波電抗器后，加在可調調壓器兩端，經可調調壓器調壓后送給橋式整流裝置整流成直流后送給磁性調壓器，實現對控制變壓器繞組的直流控制;進而控制磁調二次電壓的大小，實現對工頻感應加熱爐工作電流的調整。

二、電路優化設計

1優化后的主電路優化前的工頻感應加熱爐主電路的電源設計為兩相工作模式。為了使電網平衡，采用了平衡電抗器和平衡電容器進行三相平衡供電的方式進行工作，加熱效率低，且只適用于加熱一種規格的銅鑄錠。如果加熱不同規格的銅鑄錠則需要在更換工頻感應爐線圈組的同時，需要調整與其對應的平衡用電抗器和平衡用電容器組。由于平衡用電抗器固定較牢固，安裝空間相對來說比較狹小，調整拆卸難度較大，導磁塊之間的間隙很難調整到最佳效果。因此考慮將工頻感應爐設計為三相供電加熱方式，省去平衡用電抗器及平衡用電容組，增加功率因數補償電容組，此種工作方式下電容的匹配、調整方便、實用。優化后的主電路，KM1、KM2、KM3為主接觸器，R4為平波電阻器;Rn1、Rn2、Rn3為工頻感應爐線圈組;Cn1、Cn2、Cn3為與工頻感應爐線圈組對應的補償電容組。優化后的電路設計為三個主接觸器(分別是:KM1，KM2，KM3)來控制工頻感應加熱爐電源的通與斷，在通電一瞬間KM3吸合，將電源從平波電阻器R4接入，幾秒鐘后KM3斷開，KM1與KM2接通，電源從這兩個接觸器接入工頻感應爐。這樣的好處有兩個:一是防止有接觸器壞掉影響工頻感應爐的正常工作;二是可以分流，由于工頻感應爐的工作電流大，如果直接入一個接觸器的話電流全部從其觸頭流過，會減少其使用壽命，接入兩個接觸器后其使用壽命大大提高。2優化后的控制電路優化后的控制電路，除了控制主電路的電路外，增加了控制補償電容的電路。當工頻感應加熱爐功率因數低時，可根據其功率因數，選擇向主電路中接入補償電容器組數，補償電容器組的選擇由轉換開關來完成。電容器組總共有三組，可分三種方式接入電路即:接入一組、二組、三組，經調試后證明，優化后的電路更能滿足生產所需。3優化后的勵磁電路由于常用調壓裝置采用可調磁性調壓器反應慢，且長時間使用后接觸不好容易起熱，影響工頻感應加熱爐加熱的可靠性和效率，遂對勵磁電路進行優化。優化后的勵磁電路，該電路采用脈沖觸發控制器的脈沖電壓改變可控硅K1、K2導通角的大小，從而實現對勵磁電壓大小的改變。這種勵磁電路改變傳統調壓采用手輪式調壓器進行調壓的方式，采用電位器RP對脈沖觸發控制器的脈沖進行調整，進而實現工頻感應加熱爐加熱電路電壓高低設定。脈沖觸發器在工作時，對電源輸出的交流信號經雙半波整流后，通過同步整形環節變成方波;經鋸齒波發生器變成與電源同頻的鋸齒波同步信號后，與電位器RP輸出的控制信號比較，產生相應的控制脈沖;經脈沖變壓器后去觸發可控硅的導通角，改變輸出直流的大小，控制磁性調壓器二次電壓的變化，從而達到調整工頻感應加熱爐工作電流的目的。脈沖觸發器中J1、J2間接入工頻感應加熱爐線圈溫度測試傳感器信號，實現超溫保護。4勵磁電路控制電路優化前后，勵磁電路都用同一個控制電路，控制電路。低壓側只有高壓側接通后才能接通，調壓只有在高壓側和低壓側接通后才能夠啟動。這樣的好處是可以防止操作者不按工作要求，直接啟動工頻感應爐，其接通電源時的電流反沖將變電所的電源閘刀頂開，發生停電故障。

三、加熱效果

為了比較電路優化前后工頻感應加熱爐的加熱效率，分別計算不同規格的銅鑄錠在相同加熱條件下加熱至生產工藝溫度所需時間。采用工頻感應加熱爐加熱相同規格的銅鑄錠，電路優化前與優化后相比，每加熱一段銅錠平均需多用約9min，升溫時間也需多用9min左右，說明電路優化后工頻感應加熱爐加熱效果更好、更節能。

四、結論

通過對工頻感應加熱爐主電路、控制電路及勵磁電路的優化設計，使工頻感應加熱爐的加熱效率提高，更節能。優化電路后的工頻感應加熱爐采用電容補償可以有效解決加熱效率低的問題;加熱不同規格銅鑄錠不需要更換工頻感應加熱爐爐體，操作更加方便。優化后的電路在工作時，工頻感應加熱爐、磁性調壓器與勵磁電路組成了一個閉環系統。當爐溫與給定溫度存在偏差時，PI調節器發出一個調節信號，半控橋觸發脈沖根據這個信號自動移相，改變磁調控制電流，從而控制電爐的工作電流。調節過程采用PI控制方式，系統具有反應快、精度高、誤差等優點。

作者：盧祥勝聞國民陳全明單位：河南江河機械有限責任公司