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中频炉在使用中产生大量的谐波,谐波对中频炉设备的危害是相当大的。
谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容补偿设备等设备烧毁。谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱。导致电网中的谐波污染非常严重。对于电力系统外部,谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰,因而,改善中频炉电力品质成为应对的主要着力点。
滤除谐波的方法
1、滤除中频炉系统谐波的传统方法是LC滤波器,LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置,由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源并联,除起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要。这种滤波器出现最早,成本比较低,但同时存在一些较难克服的缺点,比如只能针对单次谐波,容易产生谐波共振,导致设备损毁,随着时间谐振点会漂移,导致谐波滤除效果越来越差。同时,这一方式无法应对瞬变、浪涌和高次谐波,存在节能的漏洞。
2、谐波抑制的另一个比较新的方法是采用有源电力滤波器(Active Power Filter--APF)。它是一种电力电子装置,其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响,因而受到广泛的重视,并且已在日本等国获得广泛应用。但有源电力滤波器成本高昂,价格昂贵,投资回报期长,大多数企业难以承受。以上内容由西安蓝辉科技股份有限公司与你分享,若有谬误,敬请指正。
西安蓝辉科技股份有限公司是中国锻压协会、铸造协会会员单位,专业从事各种电气控制、电炉及电解铝行业专用设备的开发、设计制造、销售和服务,竭诚为广大客服提供各型中频电源,中频感应透热、淬火、熔炼及保温成套设备、KGPS、IGBT、MOS超声频、中高频感应加热成套设备、钢爪校直机、导杆校直机、真空炉、烧结炉及各种非标电炉和电解铝行业配套专用设备制造、销售和服务的高新技术企业。公司产品现畅销全国各地,已为中国一汽、东风汽车、南京汽车、重庆重汽集团、陕汽集团、河南神火集团、安阳钢铁集团、武钢武汉冶金、龙溪股份、曙光股份、常州光洋、兰州铝业、西部矿业、湖南创元、四川石油、重庆建设等国内众多大中型企业提供了精良的关键性设备配套、成套设备还远销至日本、阿根廷、墨西哥、伊朗、哈萨克斯坦等国家。
我公司在感应电热领域内拥有一批优秀的设计、生产、管理、销售和服务的高素质人才,公司始终以先进的设计、精心的制造、优质的服务来赢得客户和保证客户的满意,可按照客户的要求进行各种非标设计、制造,确保成套设备稳定的质量和优异的品质。目前我公司开发和创新能力稳步增强,产值连年递增,发展迅猛,加之企业领先的经营理念和管理机制,使我们在电加热装备制造和有色、黑色金属热加工领域中得到了快速的发展,在行业中享有极高的声誉和信誉。公司一直遵循“为用户创造更多价值,追求用户最大满意”的企业理念,追求与客户双赢发展。多年来连续被西安市工商行政管理局评为“重合同,守信用”企业。感应加热设备于1999年6月荣获个国科技成果转化展览会金箭优秀奖。2000年11月中频电源获得国家重点新产品证书。2004年2月企业通过了ISO9001:2000国际质量管理体系认证。
在此我们深切认识到只有优越的质量和良好的服务,才是客户最大的保障,更是蓝辉机电在日益激烈的市场竞争中永远保持快速发展的根本。蓝辉机电将以从事多年来的设计制造经验,专业高效的售前、售后确保成套设备品质的优异,我们全体员工始终以饱满的热情、高度的责任心、精湛的技术,竭诚为用户服务,欢迎国内外新老朋友咨询、洽谈、合作。 中频炉晶闸管的基本特性
1、晶闸管的静态伏安特性
第I象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分。 在正向阻断状态时,晶闸管的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇。当IG足够大时,晶闸管的正向转折电压很小,可以看成与一般二极管一样 第III象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。IG=0时,器件两端施加正向电压,为正向阻断状态,只有很 小的正向漏电流流过,正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo,则漏电流急剧增大,器件开通随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿晶闸管本身的压降很小,在1V左右导通期间,如果门极电流为零,并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下,则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。晶闸管上施加反向电压时,伏安特性类似二极管的反向特性晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管,从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触 发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3,其伏安特性称为门极伏安 特性。为保证可靠、安全的触发,触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区。
2. 动态特性
与二极管类似,开通、关断过程产生动态损耗晶闸管的开通和关断过程波形
1) 开通过程
延迟时间td:门极电流阶跃时刻开始,到阳极电流上升到稳态值的10%的时间上升时间tr:阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间开通时间tgt:以上两者之和, tgt=td+ tr 普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5?s,上升时间为0.5~3s
2) 关断过程
反向阻断恢复时间trr:正向电流降为零到反向恢复电流衰减至近于零的时间正向阻断恢复时间tgr:晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压,晶闸管会重新正向导通实际应用中,应对晶闸管施加足够长时间的反向电压,使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力,电路才能可靠工作
感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象,也就是交变的电流会在导体中产生感应电流,从而导致导体发热。1890年瑞典技术人员发明了第一台感应熔炼炉 ——开槽式有芯炉, 1916年美国人发明了闭槽有芯炉,从此感应加热技术逐渐进入实用化阶段。20世纪电力电子器件和技术的飞速发展,极大地促进了感应加热技术的发展。1957年,美国研制出作为电力电子器件里程碑的晶闸管,标志着现代电力电子技术的开始,也引发了感应加热技术的革命。1966年,瑞士和西德首先利用晶闸管研制感应加热装置,从此感应加热技术开始飞速发展。
20世纪80年代后,电力电子器件再次快速发展,GTO、MOSFET、IGBT、M CT及 SIT等器件相继出现。感应加热装置也逐渐摒弃晶闸管,开始采用这些新器件。现在比较常用的是IGBT和MOSFET, IGBT用于较大功率场合,而MOSFET用于较高频率场合。据报道,国外可以采用IGBT将感应加热装置做到功率超过1000kW ,频率超过50kHz。而MOSFET较适用高频场合,通常应用在几千瓦的中小功率场合,频率可达到500kHz以上,甚至几兆赫兹。然而国外也有推出采用 MOSFET的大功率的感应加热装置,比如美国研制的2000kW /400kHz的装置。
我国感应热处理技术的真正应用始于1956年,从前苏联引入,主要应用在汽车工业。随着 20世纪电源设备的制造,感应淬火工艺装备也紧随其后得到发展。现在国内感应淬火工艺装备制造业也日益扩大,产品品种多,原来需要进口的装备,逐步被国产品所取代,在为国家节省外汇的同时,发展了国内的相关企业。目前感应加热制造业的服务对象主要是汽车制造业,今后现代冶金工业将对感应加热有较大需求。
一、感应加热特点
感应加热技术具有快速、清洁、节能、易于实现自动化和在线生产、生产效率高等特点,是内部热源,属非接触加热方式,能提供高的功率密度,在加热表面及深度上有高度灵活的选择性,能在各种载气中工作 (空气、保护气、真空),损耗极低,不产生任何物理污染,符合环保和可持续发展方针,是绿色环保型加热工艺之一。它与可控气氛热处理、真空热处理少无氧化技术已成为热处理技术的发展主流。
其主要应用有:
(1)冶金 有色金属的冶炼,金属材料的热处理,锻造、挤压、轧制等型材生产的透热,焊管生产的焊缝。
(2)机械制造 各种机械零件的淬火,以及淬火后的回火、退火和正火等热处理的加热;压力加工前的透热。
(3)轻工 罐头以及其他包装的封口,比如着名的利乐砖的封口包装。
(4)电子 电子管真空除气的加热。
(5)特殊应用 如等离子、堆焊等。
以一汽为例,在生产的中型车、轻型车和轿车上,就有近200种零件需要感应加热淬火处理,从感应加热淬火零件的形状和尺寸来看,可称得上花样繁多且大小均有。随着感应淬火技术的不断发展,感应淬火的零件已上升到占全部热处理零件的50%左右。据有关数据表明,在我国的汽车工业中,感应热处理的应用正进入世界先进水平的行列。
二、感应加热新工艺
感应加热工艺是感应加热技术水平的主要体现,是技术发展的基础,先进的感应加热工艺技术可以有效地发挥感应加热的特点,实现高效、节能的局部热处理。
(1)纵向感应加热淬火 半轴纵向感应加热淬火已用于汽车、拖拉机工业。半轴纵向加热是一次淬火。在德国、美国有半轴一次淬火专用机床,将加热、校正和淬火在一台机床上完成,提高了生产率,一次淬火与连续淬火相同产量的设备占地面积各为40m2与115m2。
(2)曲轴颈圆角淬火 曲轴颈圆角淬火后,疲劳强度比正火的提高一倍,我国生产的康明斯与 NH发动机曲轴均已采用此种工艺。
(3)低淬透性钢齿轮淬火 早在20世纪70年代我国曾进行55DT、60DT、70DT钢研究并取得初步成果,以后因钢的淬透性不稳定等原因,低淬钢未继续用于生产。1992年俄罗斯低淬钢创始人,K.3ЩЕПЕ ЛЯКОВСКЦЦ博士来中国讲学,并到某一钢厂调查冶炼低淬钢的条件,认为该厂完全具备生产低淬钢条件。YB 2009—1981《低淬透性含钛优质碳素结构钢》中对合金元素的控制与俄罗斯不同,(俄)1054—74、58(55П П)钢的元素含量对 Mn、Cr、Ni、Cu四元素之和规定要求<0.5%(质量分数),而YB2009—8155Ti钢对Cr、Ni、Cu三元素之和规定<0.5%(质量分数),这可能是关键所在。
俄罗斯低淬钢及控制淬透性钢已大量应用于汽车、拖拉机后桥齿轮、挖掘机齿轮、传动十字轴、火车车厢用滚动轴承、汽车板簧和铁路螺旋弹簧等,取得了极大的经济效益。
(4)感应电阻淬火 众所周知,转向齿条的齿部采用感应电阻法淬火,国内已有三台以上的进口机床在生产。英国一台机床将此工艺用于齿轮生产,发现淬火后齿轮基本不变形并可随后进入装配工序。
(5)曲轴轴颈固定加热淬火 新设备称为 Gr ankproTM,用二个半环形固定加热感应器取代8字半环形旋转加热感应带。此套设备能对曲颈进行淬火与回火,与老工艺相比,具有节能、占地面积小、工件变形小和感应器寿命长等优点。
三、感应加热电源及技术
在电源方面晶闸管中频取代机式发电机。20世纪 90年代初,国内晶闸管电源厂曾如雨后春笋,遍地开花,经过优胜劣汰的竞争,现在生产厂已趋向稳定。目前晶闸管电源又在向 IGBT晶体管电源发展,而电子管高频则将发展为MOSFET晶体管电源,手提晶体管超音频、高频电源市场竞争十分激烈,其未来也将是谁的质量高、技术水平高,谁就能站稳脚跟。
国产中频电源目前都采用并联谐振型逆变器结构。因此,在研究和开发更大容量的并联逆变中频电源的同时,研制结构简单、易于频繁起动的串联逆变中频电源是国内中频感应加热装置领域有待解决的问题,尤其是在熔炼、铸造应用中,串联逆变电源易实现全工况下恒功率输出 (有利于降低电能吨耗)及一机多负载功率分配控制,更值得推广应用。
在超音频 (10~100kHz)范围内,由于晶闸管本身开关特性等参数的限制,给研制该频段的电源带来了很大的技术难度。虽然在 80年代浙江大学采用晶闸管倍频电路研制了50kW /50kHz超音频电源,采用时间分割电路研制了30kHz的晶闸管超音频电源,但由于倍频电路的双谐振回路耦合使负载呈非线性,时变加热负载参数与谐振回路参数匹配调试相当复杂,而时间分割电路控制和主回路结构复杂,逆变管利用率低,因此没有得到很好的推广应用。
70至80年代初,人们将现代半导体微集成加工技术与功率半导体技术进行结合,相继开发出一大批全控电力电子半导体器件 (GTR、MOSFET、SIT、SITH及MCT等),为全固态超音频、高频电源的研制打下了坚实的基础。
在高频 (100kHz以上)频段,目前国外正处在从传统的电子管电源向晶体管化全固态电源的过渡阶段。日本某些公司采用SIT,电源水平在80年代末达到了1000kW、200kHz, 400kW、400kHz。
而在欧美,由于SIT存在高通态损耗 (SIT工作于非饱和区)等缺陷,其高频功率器件以MOSFET为主。随着MOSFET功率器件的模块化、大容量化, MOSFET高频感应加热电源的容量得到了飞速发展。西班牙采用MOSFET的电流型感应加热电源制造水平达600kW、400kHz,德国在1989年研制的电流型MOSFET感应加热电源水平达480kW、50~200kHz,比利时I nductoEiphiac公司生产的电流型MOSFET感应加热电源水平可达1000kW、15~600kHz。浙江大学在 90年代研制出 20kW、300kHz MOSFET高频电源,已被成功应用于小型刀具的表面热处理和飞机涡轮叶片的热应力考核。
目前,感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管,超音频频段主要采用IGBT,而在高频频段,由于SIT存在高导通损耗等缺陷,国际上主要发展MOSFET电源。感应加热电源虽采用谐振逆变器,有利于功率器件实现软开关,但是感应加热电源通常功率较大,对功率器件、无源器件、电缆、布线、接地和屏蔽等均有许多特殊要求。因此,实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨,特别是新型高频大功率器件 (如MCT、IGBT及SIT功率器件等)的问世,将进一步促进高频感应加热电源的发展。
从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化,可将大容量化技术分为两大类:一类是器件的串、并联;另一类是多桥或多台电源的串、并联。在器件的串、并联方式中,必须认真处理串联器件的均压问题和并联器件的均流问题,由于器件制造工艺和参数的离散性,限制了器件的串、并联数目,且串、并联数越多,装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步再容量化的有效手段,借助于可靠的电源串、并联技术,在单机容量适当的情况下,可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置,每台单机只是装置的一个单元 (或一个模块)。
感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器,串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源,当两电压源并联时,相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流,以至逆变器件的电流产生严重不均,因此,串联逆变器存在并机扩容困难;而对并联逆变器,逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联逆变器之间的电流缓冲环节,使得输入端的AG/DG或DG/DG环节有足够的时间来纠正直流电流的偏差,达到多机并联扩容,晶体管化超音频、高频电流多采用并联逆变器结构,并联逆变器易于模块化、大容量化是其中的一个主要原因。
感应加热电源的负载对象各式各样,而电源逆变器与负载是一有机的整体,一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器,高频、超音频电源用的匹配变压器从磁性材料到绕组结构正在得到进一步的优化改进,同时,从电路拓扑上可以用三无源元件代替二无源元件,以取消变压器,实现高效、低成本匹配。
感应加热电源,晶闸管、晶体管与电子管式在国内均能生产。晶闸管电源已生产应用多年。目前 IGBT电源因其优点更多而更为用户所采用。MOSFET电源电效率高、低压,但价格较高,正在逐步取代电子管高频电源。手提式小型高频电源因价廉、方便,在国内应用广泛,甚至进入国外市场。
超高频电源 (27.12MHz),过去依赖进口,现在国内至少有两个企业已进行生产,解决了刀片、锯条等特殊工艺的需要。
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