詳盡的中頻爐工作原理與圖解

  中頻爐采用中頻電源進(jìn)行感應(yīng)加熱，熔煉保溫，中頻電爐主要用于熔煉碳鋼，合金鋼，種鋼，也可用于銅，鋁等有色金屬的熔煉和提溫。設(shè)備體積小，重量輕，率高，耗電少，熔化升溫快，爐溫易控制，生產(chǎn)率高。

  中頻爐般是在工廠鑄造及熱處理中使用，中頻爐現(xiàn)在已經(jīng)逐步替代了燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，成為了工廠鑄造及熱處理的新寵。這個中頻爐使用很方便，大家知道它的工作原理是什么嗎？下面就由中頻電爐廠家來為大家介紹一下吧！

 一、中頻爐工作原理

  中頻爐通過可控硅的整流逆變產(chǎn)生中頻電源，送到爐體線圈上，爐體（線圈）中間產(chǎn)生中頻電磁場，從而使?fàn)t體內(nèi)的金屬產(chǎn)生渦流，渦流再使金屬產(chǎn)生大量的熱能使得金屬熔化。
  中頻爐主要由電源、感應(yīng)圈及感應(yīng)圈內(nèi)用耐火材料筑成的坩堝組成。坩堝內(nèi)盛有金屬爐料，相當(dāng)于變壓器的副繞組，當(dāng)感應(yīng)圈接通交流電源時，在感應(yīng)圈內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，其磁力線切割坩堝中的金屬爐料，在爐料中就產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，由于爐料本身形成閉合回路，此副繞組的點是僅有匝而且是閉合的。所以在爐料中同時產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過爐料時，對爐料進(jìn)行加熱促使其熔化。
  中頻爐也是種電磁爐，工作過程如下：先是通過個逆變電源，把三相交流電整流（用晶閘管）變成單相直流電，然后由逆變橋逆變成種500-1000Hz的中頻脈沖交流電，再通過爐膽內(nèi)的銅圈形成磁場，磁場使圈內(nèi)的鋼材產(chǎn)生渦流，渦流流過被加熱的鋼材，產(chǎn)生熱量，從而達(dá)到熔煉鋼材的目的。中頻電爐般頻率為800-20000Hz。

 二、中頻爐工作原理圖解

  本機的主電路框圖如圖所示。整流器采用三相橋式控整流電路，逆變器采用單相橋式逆變電路，負(fù)載為并聯(lián)諧振形式，直流濾波環(huán)節(jié)為大電感濾波，以滿足并聯(lián)逆變器的輸入要求。

  1、三相橋式控整流電路

  三相橋式控整流電路的輸出電壓為：
  Ud=2.34U2cosa……（1）
  其中，Ud——輸出直流電壓平均值
  U2———電網(wǎng)相電壓
  a —— 觸發(fā)移相角

  在不同a角下的輸出電壓的波形（在感性負(fù)載和電流非斷續(xù)狀態(tài)下）。其中a>90°的狀態(tài)稱為整流的逆變工作狀態(tài)，其實質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。

  整流觸發(fā)電路采用數(shù)字集成電路構(gòu)成，所采用芯片的型號、功能及有關(guān)說明如表所示。

編 號	名 稱	型 號	用 途
U101	四運放	LM324	限幅放大
U102、U103	四異或門	CD4070	過零檢測及整形
U104~U106	2輸入或非門	CD4001	或非邏輯
U107~U109	14二進(jìn)制串行計數(shù)器	CD 4020	分頻
U110~U112	雙時基電路	556	脈沖整形調(diào)制
U113	單時基電路	555	產(chǎn)生調(diào)制脈沖

  本裝置的整流觸發(fā)同步信號由同步變壓器提供，經(jīng)RC濾波及比較放大，找出觸發(fā)同步信號的過零點，再由數(shù)字計數(shù)器計數(shù)延時。觸發(fā)脈寬由555構(gòu)成的單穩(wěn)確定，并由555進(jìn)行高頻調(diào)制，以減小觸發(fā)脈沖變壓器的體積。本觸發(fā)電路具有抗干擾能力強、延時準(zhǔn)確、調(diào)試方便、觸發(fā)可靠、功耗低及體積小的優(yōu)點。
  2、單相橋式并聯(lián)逆變電路

  并聯(lián)逆變器的基本線路如圖所示。圖中V7—V10組成了個橋式逆變電路，Ld為直流濾波電感，Lr為感應(yīng)爐等電路，C為補償電容，由L、r、C組成個并聯(lián)諧振電路。Ld使整流橋輸出的直流電流連續(xù)，電流紋波減小，這樣可近似地把整流橋輸出電流看成平直電流。Ld的另個作用是限制中頻電流進(jìn)入工頻電網(wǎng)，起隔離作用；當(dāng)逆變失敗時，它也起限制浪涌電流的作用。

  逆變橋由四只橋臂構(gòu)成，每臂為只晶閘管和個限流電抗器串聯(lián)組成。限流的作用是限制逆變晶閘管導(dǎo)通時的電流上升率(di/dt),使它不超過允許的數(shù)值。如果橋臂中V7、 V10和V8、V9輪流導(dǎo)通，便將直流Id逆變?yōu)樵谪?fù)載中流動的電頻電流。
  為使逆變器正常工作，其工作頻率應(yīng)高于負(fù)載諧振頻率。此時負(fù)載回路對輸入的中頻梯形電流中的高次諧波電流呈現(xiàn)低阻抗，對中頻梯形波電流中的基波電流呈現(xiàn)高阻抗，因而使輸出電壓接近正弦波。
  由于逆變工作頻率略高于負(fù)載諧振頻率，使晶閘管獲得定的換相關(guān)斷時間tj,從[圖5]可以看出，j也是負(fù)載功率因數(shù)角。從數(shù)學(xué)分析可知，中頻負(fù)載電壓對輸主直流電壓有如下關(guān)系：
  UL=1.11Ud/cosj……（2）
  為了提高輸出額定功率因數(shù)角，應(yīng)盡量減小tj,但tj的減小就意味著逆變晶閘管道關(guān)斷時間的減小，這不利于逆變器的可靠工作，加外通常加大換相關(guān)斷時間tf會增加晶閘管的電壓定額。因此需兩者兼顧，通常取j=30°左右。由于中頻電源負(fù)載參數(shù)(L、r)隨著工件的多少和工件溫度 的變化而變化，因此負(fù)載頻率也是隨時間變化的。為了獲得恒定的引前時間以保證可靠換流，逆變頻率必須隨著負(fù)載諧振頻率而變，并始終略高于負(fù)載諧振頻率，這就是說，逆變觸發(fā)電路不能采用恒定的頻率的他激方式，而必須采用自激方式，即自動跟蹤負(fù)載頻率。
  逆變觸發(fā)同步信號是由中頻輸出電壓和補償電容電流的取樣信號合成的，該合成信號滯后于補償電容電流而超前于中頻輸出電壓，其過零時刻即為逆變觸發(fā)時刻。可見逆變觸發(fā)頻率始終略高于負(fù)載諧振頻率。
  逆變觸發(fā)同步信號為中頻正弦信號，經(jīng)高靈敏度的比較器LM311轉(zhuǎn)換為方波，在方波的上跳沿及下跳沿各送出個寬度定的脈沖到相應(yīng)的逆變晶閘管，即可完成頻率自動跟蹤的逆變觸發(fā)。
  看了本文之后是不是已經(jīng)知道了中頻爐的基本工作原理了，下次在使用的時候就會更明白這是怎么工作的，知道是利用什么變熱將鋼材哪些堅硬的金屬給融化掉的了，可以不用只會使用卻不懂其中的奧妙。