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中频电炉的内部结构

  如图2-1所示，电炉炉衬的主要材料是二氧化硅，它的耐热温度最高可以到达1650C。电炉的周围是由感应线圈以及不锈钢丝网环绕组成的，其中感应线圈与中频电源直接连接，并且通过交频磁通来对电炉进行加热；不锈钢丝网与漏炉保护电路直接连接，它是保护电路的一部分。在科学技术的带领下，感应加热电源根据各种各样的需求，形成了不同模式： 

① 整流器(AC-DC )

② 滤波环节(FILTER) 

③ 逆变器(DC- AC) 

④ 谐振槽路及负载(RESONANT TANK) 

⑤ 控制及保护环节(CONTROL AND PROTECT) 

  电磁感应原理 

  根据电磁感应定律，我们可以得出：导体在交变的磁场下，感应电动势会从导体内部产生，感应电流会因为电流的闭合而产生，这便是感应加热的基本原理，也是电磁感应的基本原理。

  感应加热效应 

  就感应加热而言，他有四种效应，他们分别是集肤效应、邻近效应、端部效应和圆环效应。感应电炉就是利用这四种效应来对负载进行加工的。通过将金属放入感应线圈中，并且对线圈的两端施以交流电压，进而在感应线圈中产生相应的交流电流，然后会产生出交变的磁场。在不断变化的磁场中，圆环效应便会产生，在线圈的内侧表面层之上电流会全部集中，而邻近效会产生于感应线圈与金属之间，集肤效应会出现在金属本体之上。综上为反应加热的效应全过程。

  集肤效应 

  线圈导体产生的交变电流与金属坯料产生的涡流有着不均匀分布的电流密度，其中，电流密度的峰值将会在它的表层产生，并且按照指数函数的形式向中心部缓慢削弱，这便是集肤效应。

  邻近效应 

  邻近效应指的是当通有交流电的两根导体相互距离短时，两者分别作用对方，这会更改电流的分布。倘若两根导体中电流的流通方向不同时，电流的最大密度会在导体内侧；倘若两根导体中电流的流通方向相同时，电流的最大密度会在导体外侧。

  端部效应 

  在感应加热时，工件端部的温度常常与非端部的温度略有不同，这就是感应加热的端部效应。端部效应分为两部分，他们分别是坯料和感应线圈的端部效应。集肤效应与端部效应的不同之处在于，集肤效应主要是对金属坯料磁场分布的反应，而端部效应主要是对坯料和感应线圈端部磁场分布的反应。因为这个的不同，使得坯料的功率分布和加热温度遭受一些限制。

  圆环效应 

  圆环效应是指当交变的电流在圆环形线圈上流动时，线圈导体的内侧出现最大电流密度。通常情况下，在环内的磁力线较多，而在环外较少，所以，外侧的电流线会比内侧的电流线穿过更多的磁通。综上，外侧的电流密度和总电势会比内侧的小很多。

  圆环效应在对其加热时是有好处的。这也是在没有导磁体的情况下，原料在其之中仍然可以进行加热的主要原因。然而在对其内孔温度升高时，这样的加热有很大缺陷，我们可以通过导磁体更改磁力线，从而将电流从导磁体的内侧移动到外侧。

  中频感应炉控制板详解

  整流控制电路简单，只是在一般三相晶闸管半控桥式整流电路用触发器的基础上，加一斜波发生器构成。斜波发生器是代替触发器的移相角设定功能。每次起动时，斜波发生器输出到触发器的电压会按预定的速率，由零逐渐升高，最终稳定在某一值。因此，相应的触发脉冲的控制角会从最大逐渐减小，最终稳定在0°，使晶闸管全导通，从而实现软起动。在正常停止时，情况则相反，斜波发生器的输出电压由恒定值逐渐降至零，晶闸管从全导通状态逐渐过渡到截止。因故障停止时，则采取封锁触发脉冲的方法，使晶闸管快速截止。

  逆变控制电路如图1-7-3所示．其工作波形示于图1-7-4。

  在t=t0时刻触发KS1，方波环节把经电流互感器CT1检出的电流信号变成方波。方波的作用有二：一是方波的后沿作为延时环节的延时起点：二是方渡使计数器复位。方波结束，延时环节开始延时，计数器开始计数。延时一td后，双稳环节输出端q3变成“1”，打开了图中上一个脉冲形成环节的门，允许计数器的溢出

  脉冲通过。计数器的计数值是固定的(例如1024)，计数值到，其输出端qs成“1”，经脉冲形成环节，生成固定宽度的脉冲，再经脉冲功放去触发晶闸管KS2。同理，KS2的导通电流经方波环节形成方波。方波结束，开始延时和计数，延时td后使q4成“1”。待计数值到，q6成“1”，图中下侧的脉冲形成环节的输出端q8就会输出固定宽度脉冲，经功放后触发KS1，系统又将重复前述过程。

  功率控制的实现过程为：逆变器的输入电压Ud和电流，Id的乘积与设定值比较，其差值输入到功率调节器，再把它的输出与电流Id进行比较，经电流调节器运算后，去控制压控振荡器的输出脉冲频率，使计数器的溢出脉冲时间改变，进而改变晶闸管的触发脉冲频率，从而达到预期的控制效果。这种控制效果体现在炉子参数额定值以上的重负载情况下，保持炉子的输入功率恒定；在额定值以下的轻负载范围内，则控制输出电流在限制值内。

延时环节的延时时间td是使晶闸管具有足够的承受反压时间，以便进行可靠关断。一般取td=1.3-1.8tq。与此同时，还利用压控振荡器的输出脉冲频率上限，进一步确保晶闸管的关断时间。利用压控振荡器的频率上、下限，将晶闸管的触发频率亦即逆变器的输出功率调节范围加以限制。

  电路的特点

  (l)采用输出功率恒定控制，即使在熔炼过程中存在装料和温度变化时，其负载率仍可接近于100%，而可缩短熔炼时间。

  (2)可降低供电容量。由于是电压型逆变器，当其正常工作时，整流用品闸管会全导通而且有高的供电功率因数，从而可减少供电容量。

  (3)效率较高。逆变器采用半控桥方式，所需的主电路元件少，又采用直接输出方式，无需匹配变压器，效率和可靠性都得到相应提高。

  (4)良好的起动特性。在满载状态下，也可随用随开。

  (5)对供电网络的干扰减到最小限度。整流电路采用晶闸管实现软起动和软停止，在正常工作时，晶闸管全导通。因此，在正常工作时，高次谐波小，起动、停止时，无大的电流冲击。

  (6)采用一体化结构，占地步。除加热线圈在炉上外，其他部件，包括匹配电容器都装入机柜内，形成一体形电源．因而安装面积小，也易安装。

  （7）具有完善的保护和监控系统。