可控硅中頻電源裝置是利用可控硅的開關特性將50Hz工頻電流轉換成中頻電流的電源裝置，主要用于感應熔煉、感應加熱、感應淬火等領域。主要分析了中頻電爐逆變晶閘管燒毀的故障及排除方法，可供設備維護管理人員參考。
1簡介
晶閘管變頻裝置一般采用零電壓軟啟動，成功率高，無沖擊，快速穩(wěn)定。中頻感應爐具有熔煉效率高、操作方便、體積小、重量輕、啟動靈活等優(yōu)點，在企業(yè)中逐漸取代工頻電爐。中頻電爐是電工電子和高壓應用相結合的產物。當中頻電源出現故障時，故障具有隱蔽性，很難從電路中直觀地排除。因此，對中頻電路進行故障排除，對維修電工的整體技能水平要求較高。
感應爐的日常工作主要是基于變壓器互感的理論。次級繞組中感應電勢的有效值與交變磁通量的頻率和大小有關。在這個感應電勢E2的作用下，電荷形成的閉合回路中會有渦流流動。渦流的數值與感應電勢E2成正比，與充電回路的阻抗成反比。當電荷阻抗確定后，發(fā)熱與感應電勢成正比。無芯感應爐因為沒有磁性物體，所以磁力線必須被空氣封閉，但是空氣的磁阻很大，會降低有效磁通。為了獲得必要的感應電勢，需要增加磁場線的切割速度， 這就需要增加通過感應線圈的電流頻率來達到顯著加熱效果的目的。但實際情況中，電荷中感應電流的流動也會形成磁場，只是其方向與電感的磁場相反，兩個磁場疊加會削弱整體效果。隨著減弱的磁場繼續(xù)深入分布到電荷內部，電流不斷產生，電流的退磁使電荷中感應的電場強度和電流密度從表面向中心急劇下降。電流頻率越高，這種現象越明顯，這就是所謂趨膚效應的結果。
為了提高爐料的發(fā)熱量，如果無限提高頻率，首先是受供電裝置復雜程度的限制。更重要的是，由于上述的集膚效應，隨著電流頻率的增加，渦流加熱只存在于爐料周圍的表層，爐料中心的熱量從表面?zhèn)鲗С鋈?，所以加熱時間會變長，電效率不再上升。電源頻率與電效率的關系可以描述為:在感應爐爐料直徑固定、爐料物理性質不變的情況下，電效率會隨著電流頻率的增加而顯著增加，但當頻率繼續(xù)增加時， 隨著頻率的變化，電效率將不再接近飽和階段。因此，我們可以斷言，在爐料和感應器材料的物理性質相同的條件下，一定尺寸的感應爐一定存在一個臨界頻率。正是因為以上原因，電爐廠家才會根據爐子的大小來選擇頻率?？紤]電爐的電效率和熱效率，選擇合適的頻率。爐子容量小的時候頻率要高一些，容量大的時候要低一些，一般在200Hz - 8000Hz范圍內。
2可控硅中頻電源的工作原理
在介紹中頻電爐逆變器晶閘管燒損的常見故障之前，我們先簡單了解一下晶閘管中頻電源的基本工作原理:交流電流通過一個三相橋式整流電路，將50Hz工頻交流電流整流成DC，再通過濾波器(DC電抗器)濾波，DC由逆變器轉換成單相中頻交流電(200Hz~8000Hz)供給負載。所以這個中頻電源的工作原理其實就是:電網交流-整流DC-中頻交流。
我們以3噸中頻電爐為例來說明中頻電源的工作原理:3噸中頻電爐的電源是公司電網經過一個變壓器，570V工頻50Hz交流電輸送到電爐控制電源。570V交流電經三相橋式整流后，整流成750V左右的直流電，經電抗器濾波后，再通過逆變電路，由逆變晶閘管的兩個橋臂交替連接。獲得1000V中頻電源。經補償電容倍壓后，向感應線圈輸送2000V左右的中頻交流電源，利用磁軛集中和渦流原理熔化鐵水。
3中頻電爐逆變橋晶閘管燒損故障排除
逆變晶閘管燒損是中頻電爐常見而又棘手的故障。無論是過電壓還是過電流引起的晶閘管燒損，一般都需要用消除法來縮小故障范圍，消除故障。
另外，主要原因是電流和大電壓失控，導致高壓失控。中頻電爐原理當電壓升高到一定值時，逆變器無法在高阻抗下運行，元器件耐壓降低或冷卻效果不好，系統(tǒng)絕緣性能降低。中頻感應電爐電壓升高，機器對地短路。檢查中頻電容器和熔爐。也可能造成干擾，逆變器觸發(fā)線高于主電路。另外大電流失控，中頻電壓背壓角太小，觸發(fā)電路是否接觸不良，要注意關斷時間的一致性。
下面總結一下，維修技術人員在檢修逆變晶閘管時，可以按照以下步驟，逐步排查，縮小故障范圍。
步驟:爐體
(1)感應線圈絕緣層是否損壞。
(2)感應線圈與磁軛之間的絕緣是否良好。
(3)水冷電纜是否鼓包，接頭是否松動。
(4)爐體冷卻水管是否漏水或堵塞。
(5)接地保護是否完好。
注意:確認所有檢測點完好后，切換爐體，送至功率測試爐。
第二步:更換爐子開關
(1)將換爐開關完全分開，且無導體搭接。
(2)換爐開關的觸點應光滑并有效結合。
(3)換爐開關的水冷管道暢通。
注意:斷電后，仔細檢查換爐機各部件。
第三步:排出銅
(1)分隔銅排的膠木是否碳化
(2)確保銅條之間沒有重疊。
(3)銅排接口處的水冷管道完好、暢通。
注意:在檢測點檢查所有項目，確保正常。
步驟4:補償電容器
(1)檢查補償電容器是否泄漏和膨脹。
(2)輕敲電容器外殼，聽聲音，判斷電容器內是否有空隙。
(3)電容器的水冷管是否有泄漏或堵塞。
(4)用能測量電容的萬用表測量電容的通斷。
(5)放電電抗器接線完好
注意:按照檢查要點逐一檢查和修理。
第五步:濾波電抗。
(1)過濾反應器水冷管必須完好。
(2)電抗器線圈內的鐵芯沒有位移。
注意:按照檢查要點逐一檢查和修理。
第六步:翻轉橋梁。
(1)檢查晶閘管的安裝同心度和緊密度。
(2)檢查晶閘管阻容保護是否完好。
(3)檢查電壓互感器是否正常
注:可以準備一套逆變橋，在地面組裝，在電源上更換。
步驟7:整流橋
(1)檢查晶閘管的安裝同心度和緊密度。
(2)檢查晶閘管阻容保護是否完好。
(3)檢查電流互感器是否正常。
注意:按照檢查要點逐一檢查和修理。
第八步:主板
(1)電爐完好時，給晶閘管一份主板各參數的復印件。電爐出現故障時，根據參數是否一致，是否有漂移進行調整。
(2)仔細檢查主板上的插頭是否斷開和松動。
注:更換主板備用。
但是現在制造的電子元件質量已經過了標準，工藝好的話可靠性已經很高了。逆變器可控硅是比較弱的部件。頻繁損壞的逆變器晶閘管也可以重點檢查。
逆變管阻容吸收電路重點檢查吸收電容是否開路。這時要用能測電容的數字萬用表來檢測電容，只測其通斷是不夠的。如果逆變吸收電路壞了，很容易損壞逆變管。
1)檢查管道的電氣參數是否符合要求，杜絕使用不合格廠家流入的元器件。
2)逆變電路的水冷套等冷卻水通道是否堵塞的情況很少，但確實有，而且容易被忽視。
3)注意負載是否對地沖擊，會形成突如其來的高壓，導致逆變管擊穿。
4)工作角度過大或過小，都會造成逆變管頻繁過流，從而損壞燈管，容易造成性損傷。
5)在不影響啟動的情況下，適當增加中頻逆變電源到爐體的中頻回路的接線電感，可以減輕逆變管di/dt過大造成的損壞。