概述
可控硅中频电源装置简称可控硅中频装置, 是利用可控硅的开关特性把50Hz 的工频电流变换成中频电流的一种电源装置(2.0KHz--8.0KHz)主要是在感应熔炼, 感应加热, 感应淬火等领域中广泛应用。它的优点是: 效率高
可控硅电源装置具有相当高的变换效率(90-95%),输出功率低时, 电源转换效率并不降低, 特别是在热处理行业中, 有些被加热工件需要分段加热, 频繁开机和停机, 在停机状态下无损耗。因此, 在感应加热行业中采用可控硅中频装置可节约能源。
体积小重量轻
可控硅变频装置由半导体元件组成, 没有复杂的机械旋转部分无震动, 噪音小, 安装时对地面基础无特殊要求。
操作方便
可控硅装置的功率调节范围大。频率可随负载参数改变而自动变化(既所谓频率跟踪) 。负载回路保持在近乎谐振状态, 既在最佳状态下工作。再加上它有一系列的自动保护装置, 使它的工作稳定可靠。 启动灵活
可控硅变频装置一般采用零压软启动, 启动成功率高无冲击, 快而平稳。
基于以上几个方面, 并伴随着新的专有集成电路的开发成功, 其高度的稳定性及结构紧凑性, 深受大家的欢迎。
感应加热的原理
中频无铁芯感应电炉的基本原理是属于空气芯变压器的一种类型, 感应圈相当于变压器的初级绕组, 而坩埚内部的金属炉料则相当于变压器的次级绕组(既负载) 当在初级绕组中通过中频电流(2000Hz —8000Hz) 就在电磁场的作用和应响下, 产生磁力线切割次级绕组, 致使炉料产生感应电势, 并在垂直于感应圈轴线的表面内引起感应电流(称涡流), 从而使炉料本身发热将金属熔化。用于锻造的加热到锻造温度。
根据变压器互感应的理论, 在次级绕组(既炉料) 内的感应电势的有效值(用E2表示) 与频率及交变磁通的最大值两个参数有关, 在这个感应电势E2的作用下, 炉料所形成的闭和回路中, 便有涡流通过, 涡流的数值大小, 与感应电势E2成正比, 与炉料回路的阻抗成反比, 当炉料的阻抗已确定的情况下, 则发热与感应电势成比例。无铁心感应电炉由于没有导磁的物体存在, 所以磁力线必须经过空气而闭合, 但是空气的磁阻很大, 会减少有效的磁通量, 为了要获得所必须的感应电势, 就要求增加磁力线的切割速度, 这就要求增加通过感应线圈电流的频率, 来达到发热效果显著的目的。但在实际情况下炉料中感应电流的流动, 也会形成磁场, 但其方向是与感应器的磁场相反, 二个磁场迭加一起的结果将削弱整个的作用。随着不断被削弱的磁场继续向炉料内部深入分布并不断产生电流, 而电流的去磁作用又促使炉料中感应的电场强度和电流密度自表面向中心剧烈的减小, 电流的频率愈高, 这种现象也愈显著, 这也就是所谓集肤效应作用的结果。
为了提高炉料的发热量, 如果无**的增高频率, 一则受到电源装置复杂性的**,更重要的是由于上述集肤效应的原因, 涡流发热随着电流频率的升高, 只局现在炉料周围的表面层, 而炉料中心的热量是由表面传导进来的, 所以加热时间将拉长了, 电效率不再上升。电源的频率与电效率之间的关系可以这样来描述, 在感应电炉炉料直径固定, 炉料的物理性能不变的情况下, 电效率将随着电流频率的增加而显著上升, 但当频率继续增加时, 电效率将不再随频率变化而近于饱和阶段。因此, 我们可以作一断言, 对于一定尺寸的感应炉, 并在炉料和感应器材料的物理性质为同一条件下, 则必定有一临界频率的存在。正是以上原因的存在, 电炉生产厂家将根据炉子的大小来选定频率的高低。考虑到炉子的电效率和热效率, 选定合适的频率。炉子容量较小时频率选高些, 容量较大时选低些, 一般在2000Hz--8000Hz 范围内
无铁芯感应炉对可控硅中频电源的要求
感应炉对可控硅中频电源的输出功率要求。
可控硅中频电源的输出功率必须满足感应炉的最大功率, 还要考虑到输出功率能很方便的调节, 这是因为通常感应炉的坩埚的寿命约熔炼数十炉后就损坏了, 必须重新修筑坩埚炉衬, 而新的坩埚炉衬筑好后必须对 1
其进行低功率烘炉, 通常烘炉是从10-20%的额定功率开始, 然后每隔一定时间升高10%功率, 直至额定功率。再则, 熔炉过程中, 当炉料熔化后, 必须对炉料的成分进行化验, 而化验期间为不使炉料熔化后沸腾剧烈, 这时中频电源必须减小输出功率, 使炉料保温。鉴于以上情况, 所以要求可控硅中频电源能从10%-100%额定输出功率的范围内方便的调节。用于锻造与热处理的透热炉不存在烘炉的过程。
感应炉对可控硅中频电源的输出频率要求。
感应炉的电效率与频率之间的关系是相关连的。从电效率出发可以决定可控硅中频电源的输出频率。例如我们称这一频率为fo 。感应器实际上是一个电感线圈，而为要补偿线圈的无功功率, 在线圈的两端并联电容, 这就组成了LC 震荡回路。当可控硅逆变器的输出频率f 等于感应炉回路的固有震荡频率fo 时, 则此时回路的功率因数等于1 。感应炉内将得到最大的功率。从以上可以看出, 回路的固有震荡频率与L 和C 的数值有关, 一般补偿电容C 的值是固定不变的, 而电感L 则因炉料的导磁系数变化而变化, 例如炼刚时, 冷炉钢的导磁系数μ很大, 所以电感L 较大, 而当钢的温度高到过居里点时钢的导磁系数 μ=1,所以电感L 减小, 因而感应炉回路的固有震荡频率 fo 将有低变高。为了使感应炉在熔炼过程中始终都能得到最大的功率, 这就要求可控硅中频电源的输出频率f 能随着 fo 的变化而变化，始终保持频率自动跟踪。
可控硅中频电源的工作原理
可控硅中频电源的基本工作原理, 就是通过一个三相桥式整流电路, 把50 Hz的工频交流电流整流成直流, 再经过一个滤波器(直流电抗器) 进行滤波, 最后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载, 所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器, 其基本线路如图2 。
三相桥式全控整流电路的原理与工作过程
三相桥式全控整流电路共有六个桥臂, 在每一个时刻必须2个桥臂同时工作, 才能够成通路, 六个桥臂的工作顺序如图3 。现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为60o 电角度，既相当于一个周波的1/6)此时SCR1和SCR6同时工作(图3(a)中涂黑的SCR), 输出电压即为VAB 。到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通, 而SCR6则受BC 反电压而关闭, 将电流换给了SCR2, 这时SCR1和SCR2同时工作, 输出电压即为VAC, 到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通，SCR1受到VAB 的反电压而关闭, 将电流换给了SCR3,SCR2和SCR3同时工作, 输出电压为VBC, 据此到时刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分别为 SCR3和SCR4, SCR4和SCR5, SCR5和SCR6 同时工作, 加到负载上的输出电压分别为 VBA,VCA,VCB, 这样既把一个三相交流进行了全波整流, 从上述分析可以看出, 在一个周期中, 输出电压有六次脉冲。这种整流电路由于在每一瞬间都有两个桥臂同时导通, 而且每个桥臂导通时间间隔为60o, 故对触发脉冲有一定要求, 即脉冲的时间间隔必须为60o, 而且如果采用单脉冲方式, 脉冲宽度必须大于60o, 如果采用窄脉冲, 则必须采用双脉冲的方法, 既在主脉冲的后面60o 的地方再出现一次脉冲。
三相同步及触发线路
1, 三相同步的选取及整形
根据三相桥式全控整流过程的有关要求, 首先要保证触发电路与三相电源严格同步。既有A 相产生的触发脉冲必须接于整流电路1号,4号可控硅(称为正A 负A ),B相产生的触发脉冲接于3号,6号可控硅(称为正B 负B),C 相产生的触发脉冲接于5号,2号可控硅(称为正C 负C) 。一般通过通过降压电阻降压, 进入由三个电位器W1,W2,W3和三个电容器C1,C2,C3组成的三相同步滤波, 整形, 平衡电路。它的特点是由W,C 组成积分电路。电容量一定, 改变阻值大小就可改变时间常数其作用有:
(1)滤除网电杂乱尖峰波干扰, 使同步信号纯正, 定位准确, 避免整流可控硅误动作。
(2) 调整三相不平衡度, 调节移相范围可达12o 使整流桥输出平衡。
2, 整流可控硅的选取。
1, 由于三相全控整流桥工作在较低的频率范围, 所以普遍选用普通整流可控硅, 即KP 系列可控硅。
2, 跟据三相全控整流电路的理论计算, 流过每一个可控硅的电流是整流输出总电流的0.334倍。所以在使用 2
中为了留有足够的富裕量, 一般选用与电源的额定电流值相同大小的可控硅。
3, 进相电源电压为三相380V 的机型中, 选定耐压值为1200V —1400V 的KP 硅。进相电压为三相660V 的机型中, 选定耐压值为2000V —2500V 的KP 硅.
三相可控硅中频电源装置的逆变电路
两种逆变器电路
无论是感应加热或是感应熔炼, 负载的功率因数都是很低的, 也就是感应的Q 值很高, 在感应熔炼炉
来说Q 值一般在10-14之间, 对感应加热来说, 则根椐偶合程度Q 值为5-9之间。
什么是Q 值,Q 值是指线圈的感抗和线圈的电阻之比。也就是炉子的无功功率和有功功率之比。举例来说,250Kg 的感应熔炼炉, 其需要的有功功率为160kw. 假定Q 值为10, 则其无功功率为1600 kfar,这样大的无功功率, 很显然不能有电网供给, 那样电网的容量将非常庞大而不经济, 因此, 必须用能提供无功功率的
电容器进行补偿, 这个原理就象一般工厂里补偿功率因数一样。
无功功率的补偿方法有二种, 一种是补偿电容器和炉子串联, 叫作串联补偿, 补偿电容器和炉子并联的叫做并联补偿。针对二种不同的补偿方法, 可以有两中不同的逆变线路, 一种叫作串联逆变器, 一种叫作
并联逆变器, 如图
图中可控硅SCR1-SCR4组成了一个桥式线路,Ld 为直流电抗器,L 为感应炉,C 为补偿电容, LC 组成一个并联谐振线路。这个线路是如何工作, 又是怎样把直流变为中频电流呢; 我们首先来研究分析一下线路正常情况下是如何工作的。图7表示一个工作循环的情况。假设在图7(a)中, 先是(1) (2)导通(3)(4)截止, 则直流电流Id 经电抗器Ld, 可控硅(1)(2)流向LC 谐振回, 由于Ld 的电感值比较大,Id 受Ld 的限止基本上不变化而保持恒定,LC 谐振回路受到一个恒定电流的激励, 而产生谐振, 震荡电压为正弦波, 也就是说电容器两端的电压为正弦波,(这相当于图7(a)及图8中时刻t1前的电流电压波形) 假定在这一时刻电容器两端的电压极性左端为正, 右端为负。电容器两端电压将按正弦波规律变化, 如果我们在电容器两端电压尚未过零之前的某一时刻(图8中的时刻t1) 触通可控硅(3)与(4),此时可形成可控硅(1)(2)(3)(4)同时导通的状态,(如图7(b)),由于可控硅(3)(4)的导通, 电容器两端的电压通过可控硅(3)(4)加在可控硅(1)(2)上, 阳极电压为负, 阴极电压为正, 可控硅(1)(2)两端由于承受一个反向电压而迅速关断, 也就是说可控硅(1)(2)将电流换给可控硅(3)(4).换流以后, 直流电流经电抗器Ld, 可控硅(3)(4),从相反方向激励了谐振回路。电容器两端电压继续按正弦规律变化, 而电容器两端电压的极性变成左端为负, 右端为正,(如图7(c)),对应的波形图位图8中的t2—t3时刻。在负载回路中的电流也改变了方向。当电容器右端的正电压再要过零之前的某一时刻(这相当于图8中的t3时刻), 再将可控硅(1)(2)触通则再次形成4个桥臂可控硅(1)(2)(3)(4)同 3
时导通状态, 但在此时使可控硅(3)(4)承受一个反向电压, 而将电流换给了可控硅(1)(2),这就完成了一个工作循环。从上述换流过程中我们可以看出, 当可控硅(1)(2)导同时电流自一个方向流入负载, 当可控硅
(3)(4)导通时电流从相反方向流入负载, 可控硅(1)(2)与(3)(4)相互轮流导通和关断, 就把一个直流变成了交流, 可控硅(1)(2)与(3)(4)交替工作的次数也就决定了输出交流电的频率。这种变频线路因其换流过程是受负荷控制的, 所以不需要外加另外的强迫换流装置, 这是它和其它变频线路的不同之点, 由于不需外加换流装置, 因之这种变频线路的效率较高。适合在大功率的感应熔炼及加热中应用, 所以这种线路对负载的依赖性也是较大的。
从上述分析的逆变器的换流过程还可以看出, 换流过程必须在电容器电压过零之前的某一时刻进行, 也就是电流必须超前电压某一时间。这一点在所介绍的线路中非常重要, 不满足这一点, 这种逆变线路是不能正常工作的。我们习惯上, 把电流过零之点到电压过零之点这一段时间叫做引前触发时间tf ,为了保证可控硅(1)(2)与(3)(4)之间能可靠地进行换流, 必须有一定的数值, 不能太小。这主要是从下述三点考虑:1在换流过程中, 为了确保即将换流的SCR 可靠关断, 必须加上足够的反向电压, 反向电压过低则可能关不断。2必须确保一定的换流时间tr, 在上面的分析中, 假定换流是瞬时进行的, 但实际上可控硅受一定的允许
di/dt耐量的**,换流是不能瞬时进行的, 必须有一定的换流时间tr, 这一点在后面还要叙述。3要有足够的关断时间toff 使即将关断的可控硅进行关断。
什么是可控硅的关断时间, 可控硅在导通状态下, 它的三个结上积蓄有载流子, 可控硅在关断时, 需要一定的时间, 使这些残留载流子, 作为反向电流释放出来, 才能使可控硅承受正向电压。(这种残留载流子的消失时间与可控硅的构造, 结温, 及关断前流过可控硅的电流等有关) 如果残留载流子尚未完全消失, 既加上正向电压, 可控硅将重新再度导通。因此, 引前触发时间tf 必须大于换流时间tr 与关断时间toff 之和, 既tf>tr+toff,不然的话, 则可控硅尚未完全关断又将承受正向电压而再度导通, 这就会造成非常危险的直通短路。但是，安全换流时间tr 所对应的超前角α也不能太大, 主要是考虑下面两个原因；(1)α角度增大, 电容器两端电压Uc 就要增高, 这将受到电容器和可控硅所能承受电压的**,在单相桥式逆变线路中, 当直流输入电压为Ud, 中频输出电压为Uc, 则在Ud 和Uc 的有效值之间存在下述关系；Uc=1.1Ud/cosα。从式中可以看出, 在输入直流电压Ud 相同的条件下, 当α角度增大, 则cos α值减小,Uc 将增大, 也既加于电容器和可控硅两端的电压将增高。这一点受到所选用的电容器即可控硅的耐压**。(2)中频输入的有功功率与α的关系：中频输出的有功功率P=Uc.ILcosα。式中可以看出在相同的中频电压电流条件下ɑ角愈大, 有功功率输出愈小, 如果要保持一定的输出功率，则ɑ角度愈大, 则必须使输出中频电压, 电流愈大, 这样恶化了可控硅的工作条件。
晶闸管的保护
1 、过电压保护
由于晶闸管的击穿电压接近工作电压，线路中产生的过电压容易造成器件电压击穿，正常工作时凡发生超过晶闸管能承受的最高峰值电压的尖脉冲等统称为过电压。产生过电压的外部原因主要是雷击、电网电压激烈波动或干扰，内部原因主要是电路状态发生变化时积累的电磁能量不能及时消散。过电压极易造成模块损坏，因此必须采取必要的限压保护措施，把晶闸管承受的过电压**在正反向不重复峰值电压 VRSM 、 VDSM 值以内。常用的保护措施如下：
※ 晶闸管关断过电压（换流过电压、空穴积蓄效应过电压）保护
当晶闸管关断、正向电流下降到零时，管芯内部会残留许多载流子，在反向电压的作用下会瞬间出现反向电流，使残留的载流子迅速消失，形成极大的 di/dt。即使线路中串联的电感很小，由于反向电势V = -L di/dt，所以也能产生很高的电压尖峰（或毛刺），如果这个尖峰电压超过晶闸管允许的最大峰值电压，就会损坏器件。对于这种尖峰电压一般常用的方法是在器件两端并联阻容吸收回路，利用电容两端电压不能突变的特性吸收尖峰电压。阻容吸收回路要尽可能靠近晶闸管 A 、K 端子，引线要尽可能短，最好采用无感电阻，千万不能借用门极回路的辅助阴极导线（因辅助阴极导线的线径很细，回路中过大的电流会将该线烧断）。 4
阻容无件的参数可按以下的经验值和公式选取：
晶闸管阻容吸收元件经验数据
模块 I TAV（A ） 1000 800 500 200 100 50 20 10 电阻 R （Ω） 1 2 5 10 20 40 80 100
电容 C （uF ） 2 1 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1
上表中电阻的功率由下式确定：
P R= fCU 2 m×10 -6
式中 : PR －－－－-电阻功率（W ）
f －－－－－－ 频率（50Hz ）
C －－－－- 串联电容（uF ），其耐压一般为晶闸管耐压的1.3倍；
U m－－－－-晶闸管工作峰值电压（ V ）；
※ 交流侧过电压及其保护
由于交流侧电路在接通断开时出现暂态过程，因此产生过电压。例如交流开关的开闭，交流侧熔断器熔断等引起的过电压。对于这类过电压保护，目前普遍的保护方法是并接阻容吸收电路和压敏电阻。
阻容吸收保护应用广泛，性能可靠，但正常运行时电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积较大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。
压敏电阻是一种非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻，漏电流仅有 100uA 左右，但过电压时发生的电子雪崩使其呈低阻，电流迅速增大从而吸收了过电压。一般情况下，其在 220 VAC 电路里使用标称 470～680V ，在380VAC 电路里使用标称 780～1000V 的压敏电阻，由于其吸收电能的功率跟其直径有关，直径大的功率就大，一般选用直径 ф12～20的即可。
2 、过电流保护
电力半导体开关器件对温度的变化较为敏感，过电流会使半导体芯片过热而造成品质下降，寿命降低甚至永久性损坏。虽然模块在 10ms 内可以承受额定电流10倍以上的非重复的浪涌电流，但很多时候过电流的时间都大于此值，很容易造成成永久性损坏。因而，过电流的保护是很重要的，过电流的保护方法很多，像在交流进线串接漏抗大的整流变压器、接电流检测和过流继电器和装直流快速开关等措施，但关键在于反映速度要快。对于小于模块浪涌电流值的过电流，常用的电子过流保护电路可以立即切断可控硅的触发脉冲，使可控硅在电流过零时换向时关断，但对于在 10/8.3ms（50/60HZ）以内超过SCR 的浪涌电流承受值的浪涌电流和短路电流，一般的保护电路是无效的，应考虑采用半导体器件专用的快速熔断器。熔断器的标称熔断电流不应超过模块标称电流值的 1.57倍。即小于模块的通态电流的有效值。市售的快熔种类较多，质量差异较大，选择时应慎重。
与普通熔断器比较，半导体专用快速熔断器是专门用来保护电力半导体功率器件过流的元件，它具有快速熔断的特性，在流过 6倍额定电流时其熔断时间小于工频的一个周期（20ms ）。
快速熔断器可接在交流侧直流侧或与晶闸管桥臂串联，后者直接效果最好。一般说来快速熔断器额定电流值（有效值）应小于被保护晶闸管的额定方均根通态电流（即有效值） ITRMS 即 1.57ITAV ,同时要大于流过晶闸管的实际通态方均根电流（即有效值）IRMS 。即 1.57ITAV ≥ IRD ≥ IRMS
3 、电压及电流上升率的保护
※ 电压上升率（ dv/dt）
晶闸管阻断时，其阴阳极之间相当于存在一个 PN 结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电容电流，此电流可能导致晶闸管误导通。因此，对晶闸管施加的最大正向电压上升率必须加以**。常用方法是在晶闸管两端并联阻容吸收元件。
※ 电流上升率（ di/dt）
晶闸管开通时，电流是从靠近门极开始导通然后逐渐扩展到整个阴极区直至全部导通，这个过程需要一定的时间。如果电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管芯的有效 PN 结面，造成门极附近的阴极区局部 5
电流密度过大，发热过于集中，PN 结的温度迅速上升形成热点，使其在很短的时间内超过额定结温导致晶闸管工作失效甚至烧毁，所以必须限定晶闸管通态电流上升率（ di/dt）。一般是在桥臂中串入电感或铁淦氧磁环。
4 、过热保护
电力半导体模块和其它功率器件一样，工作时由于自身功耗而发热。如果不采取适当措施将这种热量散发出去，就会引起模块管芯 PN 结温度急剧上升, 致使器件特性恶化，直至完全损坏。晶闸管的功耗主要由导通损耗、开关损耗、门极损耗三部分组成。在工频或 400Hz 以下频率的应用中最主要的是导通损耗。 为了确保器件长期可靠地工作，设计时散热器及其冷却方式的选择与电力半导体模块的电流电压的额定值选择同等到重要，千万不可大意！
散热器的常用散热方式有：自然风冷、强迫风冷、热管冷却、水冷、油冷等。考虑散热问题的总原则是：控制模块中管芯的结温不超过产品数据表给定的额定结温。
实际上，元件的结温不容易直接测量，因此不能用它作为是否超温的判据。通过控制模块底板的温度（即壳温）来控制结温是一种有效的方法。由于 PN 结的结温T j 和壳温 T c 存在着一定的温度梯度，知道了壳温也就知道了结温，而最高壳温是限定的，由产品数据表给出。借助温控开关可以很容易地测量至与散热器接触处的模块底板温度（温度传感元件应置于模块底板温度最高的位置）。从温控开关测量到的壳温 （Tc 不超过 75－80℃）可以判断模块的工作是否正常。若在线路中增加一个或两个温度控制电路，分别控制风机的开启或主回路的通断（停机），就可以有效地保证晶闸管模块在额定结温下正常工作。
需要指出的是，温控开关测量到的温度是模块底板表面的温度，易受环境、空气对流的影响，与模块和散热器的接触面上的温度，还有一定的差别（大约低几度到十几度），因此其实际控制温度应低于规定值。用户可以根据实际情况和经验决定控制的温度。
中频电源设计实例(100KW)
1 给定数据
KGPS100型熔炼用中频电源的数据为：
（1） 电源输出功率：PH=100KW，PHM=101PH=110KW；
（2） 电源额定频率：ｆ=1KHZ；
（3） 逆变器功率因数：COSΦ=0.81，Φ=36度；
（4） 整流器最小控制角：Αmin=15度；
（5） 无整流变压器，电网线电压：U=380V；
（6） 电网波动系数：A=0.95～1.10；
2整流侧电参数计算
（1） 直流功率PDM ：设电源效率为95％，则
PDN=PHM/η=1.1PH/0.95=115.8KW；
（2） 直流输出电压：若忽略重叠角引起的压降，有
UDM=1.35AU1COSαMIN=1.35×0.95×380×0.966=470.78V；
（3） 直流电流：
ΙDM=ΡDM/UDM=115.8/470.78×10=245.9A
（4） 整流桥晶闸管电压：
UDRM=KVA√2U1=709V 其中K=1.2，A=1.1，U1=380V，取UDRM=URRM=800V。
（5） 整流桥晶闸管电流平均值ΙTAV：忽略换流过程，且滤波电感LD 足够大，则流经晶闸管电流为τ/ΤS=1/3的方波，ΤS=20MS，方波电流平均值为
ΙαV=1/3ΙDM=1/3×245.9=81.95A
等效平均值 ΙαV=ΚｆBΙαV，
式中ΚｆB 为方波波形修正系数，在τ/ΤS=1/3条件下，
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ΚｆB=0.91×81.95=74.6A
晶闸管平均电流
ΙTαV=ΚIΙαV=1.5×74.6=111.9A
选择KP200型晶闸管，ΙαV=200A。
（6） 滤波电感LD ：LD 的计算应满足：电流连续、电流脉动小、短路时故障电流峰
值ΙDSM≤ΙDMο从保持电流连续性出发：
LD1≥K1U2/IDL×10 （H ）
式中ΙDL---电流临界平均值，ΙDL=0.1ΙDM；
U2---相电压方根值；
Κ1--电路常数，对三相全控样式电源 Κ1=0.407。
从**电流脉动出发：
LD2≥Κ2（U2/Κ3ωdΙdm）
式中Κ2=UD1/U2=0.46
Κ3=ΙD1/-ΙDM=0.05
ωd=Mω=12πｆ （M=6）
而UD1—最大基波电压峰值；；
ΙD1—最大基波电流峰值；
ΙDN—直流电流额定值。
从**短路电流出发：
LD3≥2.04（U2/ωΙdn） （H ）
分别计算以上电感量得
LD 1=3.6MH， LD 2=4.3MH， LD 3=5.8MH
按LD 3设计电感器
3 逆变侧电参数计算
（1） 逆变输电压方均根值计算：忽略换流过程：
UH=UD/0.9COSφ=645.8V
（2） 逆变桥晶闸管电压：
UDRM=√2ΚVUH=1095.8V │KV=1.2
选择UDRM=URRM=1100V
（3） 逆变晶闸管正向峰值电流ΙTM
ΙTM=Κ1ΡDM/UD
取K1=1.2，则ΙTM=293A │ｆ=1KHZ，τ/Tα=1/2
（4） 关断时间计算：
Tα=Κβ（Tφ-PHM/2UDDI/Dτ）
己知Tφ=φ/ω=100Μs， ΡHM=110KW， UD=470V
选择：DI/Dτ=30A/Μs的KK 型元件，Κβ=1.2
Tα=54Μs
选择 Tα=50Μs
（5） 换流电感的计算：
LK≈UHMSINφ/2DI/Dτ≈12.3μH，
取 LK=13μH，
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（6） 补偿电容CH 计算：CH 必须提供全部无功功率
QC=QPHM（1+TGφ/Q）
设 Q=10，则
QC=10×100×10（1+TG36 /10）=1072.6KVAR
按上述计算逆变输出电压和负载溶炼炉的额定电压： U0=750V（GGW-型），选择RYS-0.75-90-1.0型中频电容器，其技术参数为：额定电压UC=750V，额定频率ｆC=1KHZ，额定功率QCO=90KVAR，CHO=25.46Μf
需用中频电容器台数为
NO=QC/QCO=1072/90=11.9
选择N=12台，负载电容器量为
CH=NCH0=12×25.46=305.5μF
中频电源检查
中频电源板不带负载电感线圈检查实际就是一个空机的调试，调试进入到这以后应就是一些逆变元件（热
电容、电感、水套等的普通绝缘检查及在机根据电感线圈逆变角度调整了）。
准备工作：
1、在机柜上检查出损坏元件并更换坏了的元件（特别注意现一些采购员所采回的逆变管，如中频电压
稍高炸管，此管就有可能为伪劣可砸开看看）。
2、确认无故障元件后，先做好一个检修整流用的串接灯（用塑铜单线1.5平方将两个150W/220V白灯泡串起来）当然也可用电炉但没这直观，见下图。另还需备好20M/6平方及30M 左右/50平方塑铜线后面
要用。
3、在整流输出分流器后端接上前做好一个检修整流用的串接灯，按上图接好示波器。将示波器测试表笔放在10：1上，探头输入放在直流， X档打在5V/格 Y打在1ms/格。
4、如是新手拆去后级铜排的两个连接逆变罗栓使之和下级不发生关系（稍懂的人可不用就拆，找到逆变板上的触发线即G 线全部断开），使逆变部分不能工作（有些机上带开关可使逆变停止）。
5、打开水阀，并把功率电位器放到原始位（最小功率处），找到中频板上的过电流微调电位器交它旋至灵敏最高端（最小电流）位置，以防调试过程中发生短路故障时提供过流保护。
一， 调校三相整流电流
1， 示波器Y 轴放在直流输入测试探头置10*1档，探头两端挂在一个灯泡上，看6个整流电流波形是否高度，宽度一致，否则需进行调校成相同如调不到相同应找出整流故障点(这步修机一定要进行, 以做到心中有数).
2，功率电位器放置最小，调整启动移相角度为150度；返回再校一下整流电流波形，然后去掉灯。 二，调过流保护
1，用6平方塑铜线约20M ，挂接在整流输出两端，平放松开在地上。
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2，放开限流，将过流电位器（顺时钟大，逆时钟小）反时钟转到底，将工作与检修开关，放在检修位置，启动逆变开关，转动功率电位器，然后开机一次调一下，开机一次调一下，一步一步慢慢校向上调，使过流点在240A 左右过流保护动作，指示灯亮。
3，然后再将限流电位器，启动逆变开关，转动功率电位器，然后开机一次调一下，开机一次调一下，一步一步慢慢校向上调，使的逆时钟校调限流点在200A 左右电流不再上升。如果上调试能够完成，则说明整流部分已正常
三，调启动环节
1，将检修与工作开关转换在‘工作’状态，逆变开关放在‘关’位置。
2，按下逆变开关，看直流电压表直流电压是否在100V 左右，如不是需进行调整到100V 左右，正常后看3秒钟转换后直流电压是否到400V ，若等于500V 则说明为满载功率启动，需将电压校整回到400V 。 3，以上正常说明调试工作的预充电环节符合要求，否则需检查充电回路。
四，逆变检查
1，示波器接在中频炉体两端，[应先检查电抗器（对地大20K ），电缆，电容，炉体正常]正常后按下逆变开关，仔细观察中频电压表瞬间有没向上摆一点，示波器有无瞬间交流正弦流，有则说明逆变满足振荡条件，说明引前角度不对需校整电压与电流角度，如果无论样调整都始终不能启动，故障然为‘过流’则应主要查引前脉冲上的元件上的电流互感器，中频电压信号变压器，电流电压板前电位器是否有问题。 2，检查中频信号变压器是否开路与短路或人为故障（该故障常忽略），示波器接线圈两端看有无瞬间启动脉冲，无说明有故障。
3，检查电流互感器是否开路与短路或人为故障（该故障常忽略），示波器接线圈两端看有无瞬间启动脉冲，无说明有故障。
4，检查信号环节上的各个回路，是否有人为故障，是否有开路与短路，取样电容是否正常，无说明有故障。 5，磁板电位器是否正常。示波器接线两端看有无瞬间启动脉冲，无说明有故障。
6，示波器挂接逆变管KK 触发线圈初级两端看有无瞬间启动逆变脉冲，无说明有故障。
五，仿炉体
以上环节都正常后，仍然不能启动逆变报过流后。断开炉体，用塑铜线BV-0.5-50的导线仿感应线圈，即导线绕7~10圈，直径为300~500毫米。接在转换板前，断开真空炉，开机来断真空炉是否有短路故障，如逆变成功则说明真空炉有短路故障。
六，中频电压与直流电压值
机器能启动后，开机后中频电压与直流电压比值大调整困难，用万用表交流档测4个逆变管KK 的压降是否一至，逆变管KKJ 是否用错（用上伪劣商品或整流管），中频信号变压器线接错，可调换一试。如果以上均没问题；中频电压与直流电压比仍为2.0左右，不能调到1.3~1.5。只有将取样电流线圈上的电容量减少一半试试。
中频电炉功率上不去故障分析
设备工作正常，但功率上不去分析处理：设备工作正常，只能说明设备各部件完好。功率上不去说明设备各参数调整不合适，影响设备功率上不去的主要原因有： 1、炉体与电源不配套，严重影响功率输出 2、整流部分没调好，整流管未完全导通，直流电压没达到额定值，影响功率输出 3、中频炉输出回路的分布电感和谐振回路的附加电感过大，也影响最大功率输出 4、中频炉电压值调得过高过低，影响功率输出 5、截流、截压值调节得不当，使得功率输出低 6、补偿电容器配置得过多或过少，都得不到电效率和热效率最佳的功率输出，即得不到最佳的经济功率输出.
中频电源板不带负载电感线圈检查实际就是一个空机的调试，调试进入到这以后应就是一些逆变元件（热电容、电感、水套等的普通绝缘检查及在机根据电感线圈逆变角度调整了）。
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中频电源系统维护与维修
一、中频电源系统维护
系统维护分为三大部分：水路系统，机械系统和电气系统，重点是电气系统的维护。
实践证明：中频电源系统绝大多数故障的发生与水路有直接关系。因此，水路要求水质、水压、水温、流量务必达到设备规定要求。
电气系统的维护: 电气系统必须定期检修，由于主回路连接部分容易发热，从而引起打火，出现许多莫名故障。
二、中频电源系统常见故障的检测方法（只介绍电气系统）
㈠. 检测常用仪器仪表:.
数字式万用表, 绝缘摇表, 电感电容表, 示波器(专业人员用) 。
㈡. 系统主回路方框原理图:
断路器 三相全波整流和滤波 逆变和中频负载三相交流输入
㈢. 系统检测
系统检测分四部分.,
1.控制系统的检测(断路器及其控制部分
这部分检测比较简单. 一般电工根据断路器说明书和系统主回路图中的控制原理图即可检测. 检测结果应为断路器操作正常, 门板按钮和指示灯正常.
2.整流部分的检测
首先, 系统必须通水, 将主回路从滤波电抗器前级断开, 在三相全波整流输出两端接一个≤500Ω,≥500W的电阻性负载(常用2个或4个150W 灯泡串联) 。开机后，直流电压表应能指示在大约1.35×Ul 位置（Ul ：交流输入线电压）。
3．逆变和中频负载检测
控制系统和整流部分正常后，接入逆变和中频负载，若不能正常开机启动，先检查主电路板接线, 对掉114，115后重新启动，若无法启动须更换主电路板，若还不能正常开机，应为逆变和中频负载有问题。其检测须逐个元件检测。
㈣．主要元器件的检测
1．可控硅的检测方法
用数字式万用表200KΩ挡测可控硅正反向电阻，应在10KΩ～100KΩ之间（阻值受水路影响）, 用数字式万用表200Ω挡测可控硅门极电阻，应在10Ω～20Ω之间。
2．电容器的检测方法
拆开电容器的连接铜排。用500V 绝缘摇表测试各电容器每个柱子是否充放电，正常应能充放电。注意：选用的绝缘摇表电压不能大于电容器额定电压。用电感电容表测各电容器每个柱子容量值是否正常, 并注意用BV-0.5-1.5导线将摇表摇充过电的放掉电（可对比各组电容放电强度观察好坏）
3．炉子的检测方法
观察匝间是否短路：线圈对保护地绝缘是否良好。
4．电路板检测须专业人员用示波器检测，怀疑其有问题时，可直接更换。
㈤．中频感应加热电源常见故障与维修
中频电源广范应用于熔炼透热淬火焊接等领域，不同的应用领域对中频电源有不同的要求，因此中频电源的控制电路和主电路有不同的结构形式，只有在熟练掌握这些电路的基本工作原理和功率器件的基本特性的基础上，才能快速准确地分析判断故障原因采取有效的措施排除故障。在此仅对典型电路和常见故障进行探讨。
1、开机设备不能正常起动
1.1故障现象：起动时直流电流大，直流电压和中频电压低，设备声音沉闷过流保护。
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分析处理：逆变桥有一桥臂的晶闸管可能短路或开路造成逆变桥三臂桥运行。用示波器分别观察逆变桥的四个桥臂上的晶闸管管压降波形，若有一桥臂上的晶闸管的管压降波形为一线，该晶闸管已穿通；若为正弦波，该晶闸管未导通，更换已穿晶闸管，并查找晶闸管未导通的原因。
1.2 故障现象
起动时直流电流大，直流电压低中频电压不能正常建立。
分析处理 :补偿电容短路. 断开电容, 查找短路电容, 更换短路电容。
1.3 故障现象
重载冷炉起动时, 各电参数和声音都正常, 但功率升不上去, 过流保护。
分析处理：
（1） 逆变换流角太小。用示波器观看逆变晶闸管的换流角，把换流角调到合适值；
（2） 炉体绝缘阻值低或短路，用兆欧表检测炉体阻值。排除炉体的短路点
（3） 炉料钢铁相对感应圈阻值低，用兆欧表检测炉料相对感应圈的阻值；若阻值低重新筑炉。
1.4 故障现象： 零电压扫频起动电路不好起动,
分析处理：
（1） 电流负反馈量调整得不合适，检查电流互感器同名端：
（2） 信号线是否过长过细；
（3） 中频变压器和隔离变压器是否损坏，特别要注意变压器匝间短路，重新调整电流负反馈量，更换已损坏的部件。
1.5 故障现象 零电压它激扫频起动电路不好起动。
分析处理：
（1）扫频起始频率选择不合适，重新选择起始频率；
（2）扫频电路有故障，用示波器观察扫频电路的波形和频率，排除扫频电路故障。
1.6 故障现象： 起动时各电参数和声音都正常，升功率时电流突然没有，电压到额定值过压过流保护。
分析处理：负载开路检查负载铜排接头和水冷电缆。
2.设备能起动但工作状态不对
2.1 故障现象： 设备空载能起动，但直流电压达不到额定值，直流平波电抗器有冲击声并伴随抖动。 分析处理： 关掉逆变控制电源，在整流桥输出端上接上假负载，用示波器观察整流桥的输出波形，可看到整流桥输出缺相波形，缺相的原因可能是：
（1）整流触发脉冲丢失；
（2）触发脉冲的幅值不够宽度太窄，导致触发功率不够，造成晶闸管时通时不通；
（3）双脉冲触发电路的脉冲时序不对或脉冲丢失；
（4）晶闸管的控制极开路/短路/接触不良。
2.2 故障现象：
设备能正常顺利起动，当功率升到某一值时过压或过流保护。
分析处理： 分两步查找故障原因：
（1）先将设备空载运行，观察电压能否升到额定值；若电压不能升到额定值并且多次在电压某一值附近过流保护，这可能是补偿电容或晶闸管的耐压不够造成的，但也不排除是电路某部分打火造成的,,
（2） 电压能升到额定值，可将设备转入重载运行，观察电流值是否能达到额定值；若电流不能升到额定值，并且多次在电流某一值附近过流保护，这可能是大电流干扰，要特别注意中频大电流的电磁场对控制部分和信号线的干扰。
3. 设备正常运行时易出现的故障
3.1 故障现象： 设备运行正常，但在正常过流保护动作时烧毁多只KP 晶闸管和快熔。
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分析处理：
过流保护时为了向电网释放平波电抗器的能量，整流桥由整流状态转到逆变状态，这时如果α＞120度; ，就有可能造成有源逆变颠覆，烧毁多只晶闸管和快熔，开关跳闸，并伴随有巨大的电流短路爆炸声，对变压器产生较大的电流和电磁力冲击，严重时会损坏变压器。
3.2 故障现象：
设备运行正常，但在高电压区内某点附近设备工作不稳定，直流电压表晃动，设备伴随有吱吱的声音，这种情况极容易造成逆变桥颠覆烧毁晶闸管。
分析处理： 这种故障较难排除，多发生于设备的某部件高压打火：
（1）连接铜排接头螺丝松动造成打火；
（2）断路器主接头氧化导致打火；
（3）补偿电容接线桩螺丝松动，引起打火，补偿电容内部放电阻容吸收电打火；
（4）水冷散热器绝缘部分太脏或炭化对地打火；,
（5）炉体感应线圈对炉壳/炉 底板打火，炉体感应线圈匝间距太近，匝间打火或起弧。固定炉体感应线圈的绝缘柱因高温炭化放电打火，
（6）晶闸管内部打火。
3.3 故障现象： 设备运行正常但不时地可听到尖锐的嘀—嘀声，同时直流电压表有轻微地摆动。 分析处理：
用示波器观察逆变桥直流两端的电压波形，一个周波失败或不定周期短暂失败，并联谐振逆变电路短暂失败可自恢复周期性短暂，失败一般是逆变控制部分受到整流脉冲的干扰，非周期性短暂失败一般是由中频变压器匝间绝缘不良产生。
3.4 故障现象： 设备正常运行一段时间后出现异常声音，电表读数晃动设备工作不稳定。 分析处理：
设备工作一段时间后出现异常声工作不稳定，主要是设备的电气元器件的热特性不好，可把设备的电气部分分为弱电和强电两部分，分别检测。先检测控制部分，可预防损坏主电路功率器件，在不合主电源开关的情况下，只接通控制部分的电源，待控制部分工作一段时间后，用示波器检测控制板的触发脉冲，看触发脉冲是否正常。
在确认控制部分没有问题的前提下，把设备开起来，待不正常现象出现后，用示波器观察每只晶闸管的管压降波形，找出热特性不好的晶闸管；若晶闸管的管压降波形都正常，这时就要注意其它电气部件是否有问题，要特别注意断路器、电容器、电抗器、铜排接点和主变压器，
3.5 故障现象： 设备工作正常但功率上不去。
分析处理：
设备工作正常只能说明设备各部件完好，功率上不去，说明设备各参数调整不合适。影响设备功率上不去的主要原因有：
（1）整流部分没调好，整流管未完全导通，直流电压没达到额定值影响功率输出；
（2）中频电压值调得过高/过低影响功率输出；
（3）截流截压值调节得不当使得功率输出低；
（4）炉体与电源不配套严重影响功率输出；
（5）补偿电容器配置得过多或过少都得不到电效率和热效率最佳的功率输出，即得不到最佳的经济功率输出；
（6）输出回路的分布电感和谐振回路的附加电感过大，也影响最大功率输出。
3.6 故障现象： 设备运行正常但在某功率段升降功率时，设备出现异常声音抖动，电气仪表指示摆动。 分析处理：这种故障一般发生在功率给定电位器上，功率给定电位器某段不平滑跳动，造成设备工作不稳定严重时造成逆变颠覆烧毁晶闸管。
3.7 故障现象： 设备运行正常但旁路电抗器发热烧毁。
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分析处理：造成旁路电抗器发热烧毁的主要原因有，
(1）旁路电抗器自身质量不好；
（2）逆变电路存在不对称运行，造成逆变电路不对称运行的主要原因来源于信号回路。
3.8 故障现象： 设备运行正常经常，击穿补偿电容。
分析处理 故障原因：
（1）中频电压和工作频率过高，
（2）电容配置不够；
（3）在电容升压电路中，串联电容与并联电容的容量相差太大，造成电压不均击穿电容；
（3） 却不好击穿电容。
3.9 故障现象： 设备运行正常但频繁过流。
分析处理：
设备运行时各电参数波形声音都正常，就是频繁过流。当出现这样的故障时要注意，是否是由于布线不当产生电磁干扰和线间寄生参数耦合干扰，如强电线与弱电线布在一起，工频线与中频线布在一起，信号线与强电线、中频线汇流排交织在一起等。
4. 直流平波电抗器
故障现象： 设备工作不稳定，电参数波动，设备有异常声音，频繁出现过流保护和烧毁快速晶闸管。 分析处理： 在中频电源维修中，直流平波电抗器故障属较难判断和处理的故障。直流平波电抗器易出现的故障有：
(1）用户随意调整电抗器的气隙和线圈匝数，改变了电抗器的电感量，影响了电抗器的滤波功能，使输出的直流电流出现断续现象，导致逆变桥工作不稳定，逆变失败烧毁逆变晶闸管。随意调整电抗器的气隙和线圈匝数, 在逆变桥直通短路时，会降低电抗器阻挡电流上升的能力，烧毁晶闸管. 随意改变电抗器的电感量还会影响设备的起动性能；
（2）电抗器线圈松动。电抗器的线圈若有松动，在设备工作时电磁力使线圈抖动, 电感量突变, 在轻载起动和小电流运行时易造成逆变失败；
（3）器线圈绝缘不好。对地短路或匝间短路，打火放电造成电抗器的电感量突跳和强电磁干扰，使设备工作不稳定。产生异常声音频繁，过流烧毁晶闸管，造成线圈绝缘层绝缘不好. 短路的原因有：a 冷却不好, 温度过高导致绝缘层绝缘变差打火炭化；b. 电抗器线圈松动，线圈绝缘层与线圈绝缘层之间、线圈绝缘层与铁心之间，相对运动摩擦造成绝缘层损坏；c. 在处理电抗器线圈水垢时，把酸液渗透到线圈内，酸液腐蚀铜管并生成铜盐破坏绝缘层。
5. 晶闸管
5.1 故障现象： 更换晶闸管后一开机就烧毁晶闸管。
分析处理：
设备出故障烧毁晶闸管，在更换新晶闸管后不要马上开机，首先应对设备进行系统检查排除故障，在确认设备无故障的情况下，再开机，否则就会出现一开机就烧毁晶闸管的现象。在压装新晶闸管时一定要注意压力均衡，否则就会造成晶闸管内部芯片机械损伤，导致晶闸管的耐压值大幅下降，出现一开机就烧毁晶闸管的现象，
5.2 故障现象：更换新晶闸管后开机正常，但工作一段时间又烧毁晶闸管。
分析处理 ：发生此类故障的原因有：
（1）控制部分的电气元器件热特性不好；
（2）晶闸管与散热器安装错位；
（3）散热器经多次使用或压装过小台面晶闸管，造成散热器台面中心下凹，导致散热器台面与晶闸管台面接触不良而烧毁晶闸管；
（4） 热器水腔内水垢太厚导热不好造成元件过热烧掉；
（5）快速晶闸管因散热不好温度升高，同时晶闸管的关断时间随着温度升高而增大，最终导致元件不能 13
关断造成逆变颠覆，烧掉晶闸管；
（6）晶闸管工作温度过高，门极参数降低抗干扰能力下降，易产生误触发损坏晶闸管和设备；
（7）查阻容吸收电路是否完好（这个特注意：逆变吸收电容应用2500V 绝缘摇表就充电，然后用导线就对比放电状况，找出容量失效的出来换掉，用万用表测可能不能找出坏的来）。
以上只是中频电源系统常用的检测方法和常见故障，供大家参考。由于中频电源系统钟对家维人来在电路上看并不复杂，但实际上是比较复杂的大家不要小看了它。检测维修中频电源维修人员必须要具备相当的电路理论基础知识和丰富的实践经验，能修好它就是硬道理。其故障现象是多种多样千奇百怪的，对具体故障要做具体分析。必要时，须请专业人员现场检测维修中频电源。
最后我们一定要切记在更换晶闸管后一定要仔细检测设备做好笔记，即使在故障排除后也要对设备进行系统检查!
实例一、晶闸管换相过压故障处理
故障的产生和处理
1 故障的产生
在做定子一相整流柜空升压检修时(一套可逆三相全控整流桥) ，释放正组脉冲，控制触发角度由150°逐步向前推移，用示波器看负载电流波形，发现5号桥臂位置波形幅值明显高于其他桥臂(几乎2倍) ，
由于先前脉冲检查正常，遂一开始检查故障原因。
2 故障原因的查找和处理
1）怀疑正组晶闸管有问题，试验反组桥，现象一样，可以推断晶闸管完好(正反组同时出故障几
率很小) ，排除此种可能。
2）由于主回路整流变压器与调试的控制室相临，而且又是高压，每次合高压时，都能听到整流装置发出很大的“吭吭”声，所以怀疑合变压器时有磁场干扰。但旁边的两套系统配置相仿，而且变压器容量更
大，都没有发生这样的现象，所以排除高压对系统干扰的可能性。
3）工厂电网一般都不太好，波动较大，所以怀疑电网干扰。由于电压高在测量时需要接衰减板，测量主回路进线，电压波形正常，用万用表测量电压值，在允许范围之内，且三相较平衡，证明电网波动较小
没有问题，排除电网干扰的可能性。
4）可能的外部原因一一排查，下一步应该考虑整流装置内部原因，由于整流装置均作过检测，首先考虑应该没问题，所以起初想不到找内部原因。停电检查整流装置，终于发现正组3号晶闸管上并联阻容吸
收的电容一端开焊。焊好，重试，故障排除。
3 故障原因分析
忽略反组，见图1，晶闸管在关断时其电流变化很大，会在变压器漏感中感应出较高电压，抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法。加上阻容后，当晶闸管关断时，变压器电流可通过RC 续流，减小了di/dt，从而抑制过电压。电阻可阻尼LC 振荡，并**关断的晶闸管再导通
时电容向晶闸管放电而产生的电流上升率di/dt[2]。
图1 电阻负载不可逆三相全控整流桥
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晶闸管存在载流子集蓄效应，由于变压器漏感和进线交流电感的作用，当3号管子准备关断，5号管子准备开放时，必然有一个过渡过程，此时3号管子两端产生一个反向过压，由于阻容断开，此过压无法吸收。同时C 相电压高于B 相电压，遂C, 5号管子,3号管子，B 形成回路，三号管子上流过反向电流。此时在负载电阻上的电压为正常的UCA 再叠加一个3号管子上未吸收的反压，从而导致5号管子位置波形幅值偏高。
晶闸管有一个重要特性参数，即断态电压临界上升率dV / dt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能发生这种情况。因为晶闸管可以看作是由3个PN 结组成。
在晶闸管处于阻断状态下，因各层相距很近，其J2结结面相当于一个电容C0。当晶闸管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容C0，并通过J3结，这个电流起了门极触发电流作用。如果晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则C0的充电电流越大，就有可能造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，即常说的硬开通，这是不允许的。因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。 为了限 制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联RC 阻容吸收，利用电容两端电压不能突变的特性来**电压上升率。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感) ，所以与电容C 串联电阻R 可起阻尼作用，它可以防止R 、L 、C 电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。由于晶闸管过流过压能力很差，如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。RC 阻容吸收就是常用的保护方法之一, 不可缺少。
实例二、某厂的一台[上海华一03机]一拖二真空电炉，开机跳过流故障。
根据与该厂多年的打交道，悉知该厂有一位修炉好手，电话找到我可能不是一般性的故障。到他厂后问知此机已修了十多天代换所有能替的元件，并更进行了中频变压器替换始终没有查出故障原因，故把我找来修理。
接手后（先进行了一下元器件检查，并将检修开关旋到检修位置），按中频炉检修步骤进行了下检查与校正。
1、三相交流整流电压波形的检测与校正移相150度。
2、拉过流（压）与限流（压）保护（此项必做以防厂家维修人员调出保护，造成经济损失）并校正在正常值。
3、复原电路将检修开关旋回正常位置，逆变开关转到关掉逆变处，开机启动逆变（看启动环节是否正常）直流电压表先在约100伏3秒钟后跳到400伏，说明启动与预充电环节正常。
4、打开逆变（逆变开关转到正常逆变处），再次开机启动逆变还是跳过流故障。
5、断开炉体用BV-0.5-50的铜线，约30CM 直径15圈仿感应线圈，再次开机中频表上还是没有电压产生启动不成功。通过这样检测说明炉体是正常的应是引前角度元件问题。
此机到这时再应回到信号元件检查（此前该厂维修员检查过），并开机看中频电压表是否有跳动，如有则说明逆变满足振荡条件，应是引前角度元件（电流互感器、取样电容、中频信号变压器等）有故障，如无则说明有短路。由于没看到中频电压表瞬间跳动，只得用示波器接在炉体L 上看瞬间是否有形成的交流波形，如无则说明有短路。
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接上示波器在炉体L 上后开机启动逆变，在示波器上瞬间呈现一条交流波形然后还原为一直线。此时说明该机有振荡条件，只是引前环节有问题，根椐引前的几个元件一个一个地排查，最终发现电流互感器损坏内部有短路（此互感器外表如新看不出损坏），换之后开机还不能启动，对调互感器二线后开机逆变启动成功，重校中频电压与直流电压比为1.42。试机到80KW ，电流180A 生产4炉后收工回家，造成问题机理留给看家分析。
附TC787相位控制集成块资料：
TC787(A，B) 、TC788(A，B) 是采用先进IC 工艺设计制作的单片集成电路，可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相可控硅移相触发电路和三相三极管脉宽调制电路，以构成多种调压调速和变流装置，该电路作为KJ785的换代产品，与目前国内市场上流行的KJ 系列电路相比，具有功耗小，功能强，输入阻抗高、抗干扰性能好，移相范围宽，外接元件少等优点；而且装调简便，使用可靠，只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块KJ785或五块KJ 系列器件组合(三块KJ009或KJ004，一块KJ041，一块KJ042) 才能具有的三相相移功能，因此TC787，TC788可广泛应用于三相全控，三相半控，三相过零等电力电子，机电小型化产品的移相触发系统，从而取代KJ785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042等同类电路，为提高整机寿命，缩小体积，降低成本提供了一种新的更加有效的途径。
一、特点：
1．电路单双电源均可工作，单电源8V —18V ，双电源±4V —±9V 。
2．三相触发脉冲调相角可在0—1800之间连续同步改变。
3．识别零点可靠，可方便地用作过零开关。
4．器件内部设计有交相锁定电路，抗干扰能力强。 ’
5．可用于三相全控触发(6脚接VDD) ，也可用于三相半控触发(6脚接地) 。
6．电路具有输出保护禁止端，可在过流过压时保护系统安全。
7．TC787输出为调制脉冲列，适用于触发可控硅及感性负载。
8．TC788输出为方波，适用于驱动三极管电路。
9．A 型器件典型应用于同步信号为50HZ ，B 型器件典型应用于同步信号为400HZ 。
10．调制脉冲或方波的宽度可根据需要通过改变电容CX 而选择。
二、电路原理和逻辑框图：
1．电路组成：由三路相同的部分：同步过零和极性检测、锯齿波形成、锯齿波比较，经过抗干扰锁定，脉冲形成等电路形成三相触发调制脉冲或方波，由脉冲分配电路实现全控，半控的工作方式，再由驱动电路完成输出驱动。
2．电路原理：三相同步电压经过T 型网络进入电路，同步电压的零点设计为1／2电源电压(电路输入端同步电压峰峰值不宜大于电源电压) ，通过过零检测和极性判别电路检测出零点和极性后，在Ca 、Cb 、Cc 三个电容上积分形成锯齿波，由于采用集中式恒流源，相对误差极小，锯齿波有良好的线性，电容的选取应相对误差小，产生锯齿波幅度大且不平顶为宜，锯齿波在比较器中与移相电压比较取得交相点，移相电压由4脚通过电位器或外电路调节而取得，抗干扰电路具有锁定功能，在交相点以后锯齿波或移相电压的波动将不能影响输出，保证交相唯一并且稳定。
脉冲形成电路是由脉冲发生器给出调制脉冲(TC787)，或方波(TC788)，调制脉冲宽度或方波宽度可通过改变Cx 电容的值来确定，需要宽则增大Cx ，1000P 电容约产生100μs的脉冲宽度，被凋制脉冲的频率=8／调制脉冲宽度。
脉冲分配及驱动电路是由6脚控制脉冲分配的输出方式，6脚接低电平VL 。输出为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A 、-C 、B 、-A 、C 、-B 的单触发脉冲，6脚接高电平VH ，输出为全控方式，分别输入A 、-C ；-C 、B ；B 、-A ；-A 、C ；C 、-B ；-B 、A 的双触发脉冲，用户可选择，5脚还可以用作过零触发系统的控制端，输出端可驱动功率管，经脉冲变压器触发可控硅；也可直接驱动光电耦合器，经隔离触 16
发可控硅或驱动三极管。
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概述
可控硅中频电源装置简称可控硅中频装置, 是利用可控硅的开关特性把50Hz 的工频电流变换成中频电流的一种电源装置(2.0KHz--8.0KHz)主要是在感应熔炼, 感应加热, 感应淬火等领域中广泛应用。它的优点是: 效率高
可控硅电源装置具有相当高的变换效率(90-95%),输出功率低时, 电源转换效率并不降低, 特别是在热处理行业中, 有些被加热工件需要分段加热, 频繁开机和停机, 在停机状态下无损耗。因此, 在感应加热行业中采用可控硅中频装置可节约能源。
体积小重量轻
可控硅变频装置由半导体元件组成, 没有复杂的机械旋转部分无震动, 噪音小, 安装时对地面基础无特殊要求。
操作方便
可控硅装置的功率调节范围大。频率可随负载参数改变而自动变化(既所谓频率跟踪) 。负载回路保持在近乎谐振状态, 既在最佳状态下工作。再加上它有一系列的自动保护装置, 使它的工作稳定可靠。 启动灵活
可控硅变频装置一般采用零压软启动, 启动成功率高无冲击, 快而平稳。
基于以上几个方面, 并伴随着新的专有集成电路的开发成功, 其高度的稳定性及结构紧凑性, 深受大家的欢迎。
感应加热的原理
中频无铁芯感应电炉的基本原理是属于空气芯变压器的一种类型, 感应圈相当于变压器的初级绕组, 而坩埚内部的金属炉料则相当于变压器的次级绕组(既负载) 当在初级绕组中通过中频电流(2000Hz —8000Hz) 就在电磁场的作用和应响下, 产生磁力线切割次级绕组, 致使炉料产生感应电势, 并在垂直于感应圈轴线的表面内引起感应电流(称涡流), 从而使炉料本身发热将金属熔化。用于锻造的加热到锻造温度。
根据变压器互感应的理论, 在次级绕组(既炉料) 内的感应电势的有效值(用E2表示) 与频率及交变磁通的最大值两个参数有关, 在这个感应电势E2的作用下, 炉料所形成的闭和回路中, 便有涡流通过, 涡流的数值大小, 与感应电势E2成正比, 与炉料回路的阻抗成反比, 当炉料的阻抗已确定的情况下, 则发热与感应电势成比例。无铁心感应电炉由于没有导磁的物体存在, 所以磁力线必须经过空气而闭合, 但是空气的磁阻很大, 会减少有效的磁通量, 为了要获得所必须的感应电势, 就要求增加磁力线的切割速度, 这就要求增加通过感应线圈电流的频率, 来达到发热效果显著的目的。但在实际情况下炉料中感应电流的流动, 也会形成磁场, 但其方向是与感应器的磁场相反, 二个磁场迭加一起的结果将削弱整个的作用。随着不断被削弱的磁场继续向炉料内部深入分布并不断产生电流, 而电流的去磁作用又促使炉料中感应的电场强度和电流密度自表面向中心剧烈的减小, 电流的频率愈高, 这种现象也愈显著, 这也就是所谓集肤效应作用的结果。
为了提高炉料的发热量, 如果无**的增高频率, 一则受到电源装置复杂性的**,更重要的是由于上述集肤效应的原因, 涡流发热随着电流频率的升高, 只局现在炉料周围的表面层, 而炉料中心的热量是由表面传导进来的, 所以加热时间将拉长了, 电效率不再上升。电源的频率与电效率之间的关系可以这样来描述, 在感应电炉炉料直径固定, 炉料的物理性能不变的情况下, 电效率将随着电流频率的增加而显著上升, 但当频率继续增加时, 电效率将不再随频率变化而近于饱和阶段。因此, 我们可以作一断言, 对于一定尺寸的感应炉, 并在炉料和感应器材料的物理性质为同一条件下, 则必定有一临界频率的存在。正是以上原因的存在, 电炉生产厂家将根据炉子的大小来选定频率的高低。考虑到炉子的电效率和热效率, 选定合适的频率。炉子容量较小时频率选高些, 容量较大时选低些, 一般在2000Hz--8000Hz 范围内
无铁芯感应炉对可控硅中频电源的要求
感应炉对可控硅中频电源的输出功率要求。
可控硅中频电源的输出功率必须满足感应炉的最大功率, 还要考虑到输出功率能很方便的调节, 这是因为通常感应炉的坩埚的寿命约熔炼数十炉后就损坏了, 必须重新修筑坩埚炉衬, 而新的坩埚炉衬筑好后必须对 1
其进行低功率烘炉, 通常烘炉是从10-20%的额定功率开始, 然后每隔一定时间升高10%功率, 直至额定功率。再则, 熔炉过程中, 当炉料熔化后, 必须对炉料的成分进行化验, 而化验期间为不使炉料熔化后沸腾剧烈, 这时中频电源必须减小输出功率, 使炉料保温。鉴于以上情况, 所以要求可控硅中频电源能从10%-100%额定输出功率的范围内方便的调节。用于锻造与热处理的透热炉不存在烘炉的过程。
感应炉对可控硅中频电源的输出频率要求。
感应炉的电效率与频率之间的关系是相关连的。从电效率出发可以决定可控硅中频电源的输出频率。例如我们称这一频率为fo 。感应器实际上是一个电感线圈，而为要补偿线圈的无功功率, 在线圈的两端并联电容, 这就组成了LC 震荡回路。当可控硅逆变器的输出频率f 等于感应炉回路的固有震荡频率fo 时, 则此时回路的功率因数等于1 。感应炉内将得到最大的功率。从以上可以看出, 回路的固有震荡频率与L 和C 的数值有关, 一般补偿电容C 的值是固定不变的, 而电感L 则因炉料的导磁系数变化而变化, 例如炼刚时, 冷炉钢的导磁系数μ很大, 所以电感L 较大, 而当钢的温度高到过居里点时钢的导磁系数 μ=1,所以电感L 减小, 因而感应炉回路的固有震荡频率 fo 将有低变高。为了使感应炉在熔炼过程中始终都能得到最大的功率, 这就要求可控硅中频电源的输出频率f 能随着 fo 的变化而变化，始终保持频率自动跟踪。
可控硅中频电源的工作原理
可控硅中频电源的基本工作原理, 就是通过一个三相桥式整流电路, 把50 Hz的工频交流电流整流成直流, 再经过一个滤波器(直流电抗器) 进行滤波, 最后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载, 所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器, 其基本线路如图2 。
三相桥式全控整流电路的原理与工作过程
三相桥式全控整流电路共有六个桥臂, 在每一个时刻必须2个桥臂同时工作, 才能够成通路, 六个桥臂的工作顺序如图3 。现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为60o 电角度，既相当于一个周波的1/6)此时SCR1和SCR6同时工作(图3(a)中涂黑的SCR), 输出电压即为VAB 。到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通, 而SCR6则受BC 反电压而关闭, 将电流换给了SCR2, 这时SCR1和SCR2同时工作, 输出电压即为VAC, 到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通，SCR1受到VAB 的反电压而关闭, 将电流换给了SCR3,SCR2和SCR3同时工作, 输出电压为VBC, 据此到时刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分别为 SCR3和SCR4, SCR4和SCR5, SCR5和SCR6 同时工作, 加到负载上的输出电压分别为 VBA,VCA,VCB, 这样既把一个三相交流进行了全波整流, 从上述分析可以看出, 在一个周期中, 输出电压有六次脉冲。这种整流电路由于在每一瞬间都有两个桥臂同时导通, 而且每个桥臂导通时间间隔为60o, 故对触发脉冲有一定要求, 即脉冲的时间间隔必须为60o, 而且如果采用单脉冲方式, 脉冲宽度必须大于60o, 如果采用窄脉冲, 则必须采用双脉冲的方法, 既在主脉冲的后面60o 的地方再出现一次脉冲。
三相同步及触发线路
1, 三相同步的选取及整形
根据三相桥式全控整流过程的有关要求, 首先要保证触发电路与三相电源严格同步。既有A 相产生的触发脉冲必须接于整流电路1号,4号可控硅(称为正A 负A ),B相产生的触发脉冲接于3号,6号可控硅(称为正B 负B),C 相产生的触发脉冲接于5号,2号可控硅(称为正C 负C) 。一般通过通过降压电阻降压, 进入由三个电位器W1,W2,W3和三个电容器C1,C2,C3组成的三相同步滤波, 整形, 平衡电路。它的特点是由W,C 组成积分电路。电容量一定, 改变阻值大小就可改变时间常数其作用有:
(1)滤除网电杂乱尖峰波干扰, 使同步信号纯正, 定位准确, 避免整流可控硅误动作。
(2) 调整三相不平衡度, 调节移相范围可达12o 使整流桥输出平衡。
2, 整流可控硅的选取。
1, 由于三相全控整流桥工作在较低的频率范围, 所以普遍选用普通整流可控硅, 即KP 系列可控硅。
2, 跟据三相全控整流电路的理论计算, 流过每一个可控硅的电流是整流输出总电流的0.334倍。所以在使用 2
中为了留有足够的富裕量, 一般选用与电源的额定电流值相同大小的可控硅。
3, 进相电源电压为三相380V 的机型中, 选定耐压值为1200V —1400V 的KP 硅。进相电压为三相660V 的机型中, 选定耐压值为2000V —2500V 的KP 硅.
三相可控硅中频电源装置的逆变电路
两种逆变器电路
无论是感应加热或是感应熔炼, 负载的功率因数都是很低的, 也就是感应的Q 值很高, 在感应熔炼炉
来说Q 值一般在10-14之间, 对感应加热来说, 则根椐偶合程度Q 值为5-9之间。
什么是Q 值,Q 值是指线圈的感抗和线圈的电阻之比。也就是炉子的无功功率和有功功率之比。举例来说,250Kg 的感应熔炼炉, 其需要的有功功率为160kw. 假定Q 值为10, 则其无功功率为1600 kfar,这样大的无功功率, 很显然不能有电网供给, 那样电网的容量将非常庞大而不经济, 因此, 必须用能提供无功功率的
电容器进行补偿, 这个原理就象一般工厂里补偿功率因数一样。
无功功率的补偿方法有二种, 一种是补偿电容器和炉子串联, 叫作串联补偿, 补偿电容器和炉子并联的叫做并联补偿。针对二种不同的补偿方法, 可以有两中不同的逆变线路, 一种叫作串联逆变器, 一种叫作
并联逆变器, 如图
图中可控硅SCR1-SCR4组成了一个桥式线路,Ld 为直流电抗器,L 为感应炉,C 为补偿电容, LC 组成一个并联谐振线路。这个线路是如何工作, 又是怎样把直流变为中频电流呢; 我们首先来研究分析一下线路正常情况下是如何工作的。图7表示一个工作循环的情况。假设在图7(a)中, 先是(1) (2)导通(3)(4)截止, 则直流电流Id 经电抗器Ld, 可控硅(1)(2)流向LC 谐振回, 由于Ld 的电感值比较大,Id 受Ld 的限止基本上不变化而保持恒定,LC 谐振回路受到一个恒定电流的激励, 而产生谐振, 震荡电压为正弦波, 也就是说电容器两端的电压为正弦波,(这相当于图7(a)及图8中时刻t1前的电流电压波形) 假定在这一时刻电容器两端的电压极性左端为正, 右端为负。电容器两端电压将按正弦波规律变化, 如果我们在电容器两端电压尚未过零之前的某一时刻(图8中的时刻t1) 触通可控硅(3)与(4),此时可形成可控硅(1)(2)(3)(4)同时导通的状态,(如图7(b)),由于可控硅(3)(4)的导通, 电容器两端的电压通过可控硅(3)(4)加在可控硅(1)(2)上, 阳极电压为负, 阴极电压为正, 可控硅(1)(2)两端由于承受一个反向电压而迅速关断, 也就是说可控硅(1)(2)将电流换给可控硅(3)(4).换流以后, 直流电流经电抗器Ld, 可控硅(3)(4),从相反方向激励了谐振回路。电容器两端电压继续按正弦规律变化, 而电容器两端电压的极性变成左端为负, 右端为正,(如图7(c)),对应的波形图位图8中的t2—t3时刻。在负载回路中的电流也改变了方向。当电容器右端的正电压再要过零之前的某一时刻(这相当于图8中的t3时刻), 再将可控硅(1)(2)触通则再次形成4个桥臂可控硅(1)(2)(3)(4)同 3
时导通状态, 但在此时使可控硅(3)(4)承受一个反向电压, 而将电流换给了可控硅(1)(2),这就完成了一个工作循环。从上述换流过程中我们可以看出, 当可控硅(1)(2)导同时电流自一个方向流入负载, 当可控硅
(3)(4)导通时电流从相反方向流入负载, 可控硅(1)(2)与(3)(4)相互轮流导通和关断, 就把一个直流变成了交流, 可控硅(1)(2)与(3)(4)交替工作的次数也就决定了输出交流电的频率。这种变频线路因其换流过程是受负荷控制的, 所以不需要外加另外的强迫换流装置, 这是它和其它变频线路的不同之点, 由于不需外加换流装置, 因之这种变频线路的效率较高。适合在大功率的感应熔炼及加热中应用, 所以这种线路对负载的依赖性也是较大的。
从上述分析的逆变器的换流过程还可以看出, 换流过程必须在电容器电压过零之前的某一时刻进行, 也就是电流必须超前电压某一时间。这一点在所介绍的线路中非常重要, 不满足这一点, 这种逆变线路是不能正常工作的。我们习惯上, 把电流过零之点到电压过零之点这一段时间叫做引前触发时间tf ,为了保证可控硅(1)(2)与(3)(4)之间能可靠地进行换流, 必须有一定的数值, 不能太小。这主要是从下述三点考虑:1在换流过程中, 为了确保即将换流的SCR 可靠关断, 必须加上足够的反向电压, 反向电压过低则可能关不断。2必须确保一定的换流时间tr, 在上面的分析中, 假定换流是瞬时进行的, 但实际上可控硅受一定的允许
di/dt耐量的**,换流是不能瞬时进行的, 必须有一定的换流时间tr, 这一点在后面还要叙述。3要有足够的关断时间toff 使即将关断的可控硅进行关断。
什么是可控硅的关断时间, 可控硅在导通状态下, 它的三个结上积蓄有载流子, 可控硅在关断时, 需要一定的时间, 使这些残留载流子, 作为反向电流释放出来, 才能使可控硅承受正向电压。(这种残留载流子的消失时间与可控硅的构造, 结温, 及关断前流过可控硅的电流等有关) 如果残留载流子尚未完全消失, 既加上正向电压, 可控硅将重新再度导通。因此, 引前触发时间tf 必须大于换流时间tr 与关断时间toff 之和, 既tf>tr+toff,不然的话, 则可控硅尚未完全关断又将承受正向电压而再度导通, 这就会造成非常危险的直通短路。但是，安全换流时间tr 所对应的超前角α也不能太大, 主要是考虑下面两个原因；(1)α角度增大, 电容器两端电压Uc 就要增高, 这将受到电容器和可控硅所能承受电压的**,在单相桥式逆变线路中, 当直流输入电压为Ud, 中频输出电压为Uc, 则在Ud 和Uc 的有效值之间存在下述关系；Uc=1.1Ud/cosα。从式中可以看出, 在输入直流电压Ud 相同的条件下, 当α角度增大, 则cos α值减小,Uc 将增大, 也既加于电容器和可控硅两端的电压将增高。这一点受到所选用的电容器即可控硅的耐压**。(2)中频输入的有功功率与α的关系：中频输出的有功功率P=Uc.ILcosα。式中可以看出在相同的中频电压电流条件下ɑ角愈大, 有功功率输出愈小, 如果要保持一定的输出功率，则ɑ角度愈大, 则必须使输出中频电压, 电流愈大, 这样恶化了可控硅的工作条件。
晶闸管的保护
1 、过电压保护
由于晶闸管的击穿电压接近工作电压，线路中产生的过电压容易造成器件电压击穿，正常工作时凡发生超过晶闸管能承受的最高峰值电压的尖脉冲等统称为过电压。产生过电压的外部原因主要是雷击、电网电压激烈波动或干扰，内部原因主要是电路状态发生变化时积累的电磁能量不能及时消散。过电压极易造成模块损坏，因此必须采取必要的限压保护措施，把晶闸管承受的过电压**在正反向不重复峰值电压 VRSM 、 VDSM 值以内。常用的保护措施如下：
※ 晶闸管关断过电压（换流过电压、空穴积蓄效应过电压）保护
当晶闸管关断、正向电流下降到零时，管芯内部会残留许多载流子，在反向电压的作用下会瞬间出现反向电流，使残留的载流子迅速消失，形成极大的 di/dt。即使线路中串联的电感很小，由于反向电势V = -L di/dt，所以也能产生很高的电压尖峰（或毛刺），如果这个尖峰电压超过晶闸管允许的最大峰值电压，就会损坏器件。对于这种尖峰电压一般常用的方法是在器件两端并联阻容吸收回路，利用电容两端电压不能突变的特性吸收尖峰电压。阻容吸收回路要尽可能靠近晶闸管 A 、K 端子，引线要尽可能短，最好采用无感电阻，千万不能借用门极回路的辅助阴极导线（因辅助阴极导线的线径很细，回路中过大的电流会将该线烧断）。 4
阻容无件的参数可按以下的经验值和公式选取：
晶闸管阻容吸收元件经验数据
模块 I TAV（A ） 1000 800 500 200 100 50 20 10 电阻 R （Ω） 1 2 5 10 20 40 80 100
电容 C （uF ） 2 1 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1
上表中电阻的功率由下式确定：
P R= fCU 2 m×10 -6
式中 : PR －－－－-电阻功率（W ）
f －－－－－－ 频率（50Hz ）
C －－－－- 串联电容（uF ），其耐压一般为晶闸管耐压的1.3倍；
U m－－－－-晶闸管工作峰值电压（ V ）；
※ 交流侧过电压及其保护
由于交流侧电路在接通断开时出现暂态过程，因此产生过电压。例如交流开关的开闭，交流侧熔断器熔断等引起的过电压。对于这类过电压保护，目前普遍的保护方法是并接阻容吸收电路和压敏电阻。
阻容吸收保护应用广泛，性能可靠，但正常运行时电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积较大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。
压敏电阻是一种非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻，漏电流仅有 100uA 左右，但过电压时发生的电子雪崩使其呈低阻，电流迅速增大从而吸收了过电压。一般情况下，其在 220 VAC 电路里使用标称 470～680V ，在380VAC 电路里使用标称 780～1000V 的压敏电阻，由于其吸收电能的功率跟其直径有关，直径大的功率就大，一般选用直径 ф12～20的即可。
2 、过电流保护
电力半导体开关器件对温度的变化较为敏感，过电流会使半导体芯片过热而造成品质下降，寿命降低甚至永久性损坏。虽然模块在 10ms 内可以承受额定电流10倍以上的非重复的浪涌电流，但很多时候过电流的时间都大于此值，很容易造成成永久性损坏。因而，过电流的保护是很重要的，过电流的保护方法很多，像在交流进线串接漏抗大的整流变压器、接电流检测和过流继电器和装直流快速开关等措施，但关键在于反映速度要快。对于小于模块浪涌电流值的过电流，常用的电子过流保护电路可以立即切断可控硅的触发脉冲，使可控硅在电流过零时换向时关断，但对于在 10/8.3ms（50/60HZ）以内超过SCR 的浪涌电流承受值的浪涌电流和短路电流，一般的保护电路是无效的，应考虑采用半导体器件专用的快速熔断器。熔断器的标称熔断电流不应超过模块标称电流值的 1.57倍。即小于模块的通态电流的有效值。市售的快熔种类较多，质量差异较大，选择时应慎重。
与普通熔断器比较，半导体专用快速熔断器是专门用来保护电力半导体功率器件过流的元件，它具有快速熔断的特性，在流过 6倍额定电流时其熔断时间小于工频的一个周期（20ms ）。
快速熔断器可接在交流侧直流侧或与晶闸管桥臂串联，后者直接效果最好。一般说来快速熔断器额定电流值（有效值）应小于被保护晶闸管的额定方均根通态电流（即有效值） ITRMS 即 1.57ITAV ,同时要大于流过晶闸管的实际通态方均根电流（即有效值）IRMS 。即 1.57ITAV ≥ IRD ≥ IRMS
3 、电压及电流上升率的保护
※ 电压上升率（ dv/dt）
晶闸管阻断时，其阴阳极之间相当于存在一个 PN 结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电容电流，此电流可能导致晶闸管误导通。因此，对晶闸管施加的最大正向电压上升率必须加以**。常用方法是在晶闸管两端并联阻容吸收元件。
※ 电流上升率（ di/dt）
晶闸管开通时，电流是从靠近门极开始导通然后逐渐扩展到整个阴极区直至全部导通，这个过程需要一定的时间。如果电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管芯的有效 PN 结面，造成门极附近的阴极区局部 5
电流密度过大，发热过于集中，PN 结的温度迅速上升形成热点，使其在很短的时间内超过额定结温导致晶闸管工作失效甚至烧毁，所以必须限定晶闸管通态电流上升率（ di/dt）。一般是在桥臂中串入电感或铁淦氧磁环。
4 、过热保护
电力半导体模块和其它功率器件一样，工作时由于自身功耗而发热。如果不采取适当措施将这种热量散发出去，就会引起模块管芯 PN 结温度急剧上升, 致使器件特性恶化，直至完全损坏。晶闸管的功耗主要由导通损耗、开关损耗、门极损耗三部分组成。在工频或 400Hz 以下频率的应用中最主要的是导通损耗。 为了确保器件长期可靠地工作，设计时散热器及其冷却方式的选择与电力半导体模块的电流电压的额定值选择同等到重要，千万不可大意！
散热器的常用散热方式有：自然风冷、强迫风冷、热管冷却、水冷、油冷等。考虑散热问题的总原则是：控制模块中管芯的结温不超过产品数据表给定的额定结温。
实际上，元件的结温不容易直接测量，因此不能用它作为是否超温的判据。通过控制模块底板的温度（即壳温）来控制结温是一种有效的方法。由于 PN 结的结温T j 和壳温 T c 存在着一定的温度梯度，知道了壳温也就知道了结温，而最高壳温是限定的，由产品数据表给出。借助温控开关可以很容易地测量至与散热器接触处的模块底板温度（温度传感元件应置于模块底板温度最高的位置）。从温控开关测量到的壳温 （Tc 不超过 75－80℃）可以判断模块的工作是否正常。若在线路中增加一个或两个温度控制电路，分别控制风机的开启或主回路的通断（停机），就可以有效地保证晶闸管模块在额定结温下正常工作。
需要指出的是，温控开关测量到的温度是模块底板表面的温度，易受环境、空气对流的影响，与模块和散热器的接触面上的温度，还有一定的差别（大约低几度到十几度），因此其实际控制温度应低于规定值。用户可以根据实际情况和经验决定控制的温度。
中频电源设计实例(100KW)
1 给定数据
KGPS100型熔炼用中频电源的数据为：
（1） 电源输出功率：PH=100KW，PHM=101PH=110KW；
（2） 电源额定频率：ｆ=1KHZ；
（3） 逆变器功率因数：COSΦ=0.81，Φ=36度；
（4） 整流器最小控制角：Αmin=15度；
（5） 无整流变压器，电网线电压：U=380V；
（6） 电网波动系数：A=0.95～1.10；
2整流侧电参数计算
（1） 直流功率PDM ：设电源效率为95％，则
PDN=PHM/η=1.1PH/0.95=115.8KW；
（2） 直流输出电压：若忽略重叠角引起的压降，有
UDM=1.35AU1COSαMIN=1.35×0.95×380×0.966=470.78V；
（3） 直流电流：
ΙDM=ΡDM/UDM=115.8/470.78×10=245.9A
（4） 整流桥晶闸管电压：
UDRM=KVA√2U1=709V 其中K=1.2，A=1.1，U1=380V，取UDRM=URRM=800V。
（5） 整流桥晶闸管电流平均值ΙTAV：忽略换流过程，且滤波电感LD 足够大，则流经晶闸管电流为τ/ΤS=1/3的方波，ΤS=20MS，方波电流平均值为
ΙαV=1/3ΙDM=1/3×245.9=81.95A
等效平均值 ΙαV=ΚｆBΙαV，
式中ΚｆB 为方波波形修正系数，在τ/ΤS=1/3条件下，
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ΚｆB=0.91×81.95=74.6A
晶闸管平均电流
ΙTαV=ΚIΙαV=1.5×74.6=111.9A
选择KP200型晶闸管，ΙαV=200A。
（6） 滤波电感LD ：LD 的计算应满足：电流连续、电流脉动小、短路时故障电流峰
值ΙDSM≤ΙDMο从保持电流连续性出发：
LD1≥K1U2/IDL×10 （H ）
式中ΙDL---电流临界平均值，ΙDL=0.1ΙDM；
U2---相电压方根值；
Κ1--电路常数，对三相全控样式电源 Κ1=0.407。
从**电流脉动出发：
LD2≥Κ2（U2/Κ3ωdΙdm）
式中Κ2=UD1/U2=0.46
Κ3=ΙD1/-ΙDM=0.05
ωd=Mω=12πｆ （M=6）
而UD1—最大基波电压峰值；；
ΙD1—最大基波电流峰值；
ΙDN—直流电流额定值。
从**短路电流出发：
LD3≥2.04（U2/ωΙdn） （H ）
分别计算以上电感量得
LD 1=3.6MH， LD 2=4.3MH， LD 3=5.8MH
按LD 3设计电感器
3 逆变侧电参数计算
（1） 逆变输电压方均根值计算：忽略换流过程：
UH=UD/0.9COSφ=645.8V
（2） 逆变桥晶闸管电压：
UDRM=√2ΚVUH=1095.8V │KV=1.2
选择UDRM=URRM=1100V
（3） 逆变晶闸管正向峰值电流ΙTM
ΙTM=Κ1ΡDM/UD
取K1=1.2，则ΙTM=293A │ｆ=1KHZ，τ/Tα=1/2
（4） 关断时间计算：
Tα=Κβ（Tφ-PHM/2UDDI/Dτ）
己知Tφ=φ/ω=100Μs， ΡHM=110KW， UD=470V
选择：DI/Dτ=30A/Μs的KK 型元件，Κβ=1.2
Tα=54Μs
选择 Tα=50Μs
（5） 换流电感的计算：
LK≈UHMSINφ/2DI/Dτ≈12.3μH，
取 LK=13μH，
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（6） 补偿电容CH 计算：CH 必须提供全部无功功率
QC=QPHM（1+TGφ/Q）
设 Q=10，则
QC=10×100×10（1+TG36 /10）=1072.6KVAR
按上述计算逆变输出电压和负载溶炼炉的额定电压： U0=750V（GGW-型），选择RYS-0.75-90-1.0型中频电容器，其技术参数为：额定电压UC=750V，额定频率ｆC=1KHZ，额定功率QCO=90KVAR，CHO=25.46Μf
需用中频电容器台数为
NO=QC/QCO=1072/90=11.9
选择N=12台，负载电容器量为
CH=NCH0=12×25.46=305.5μF
中频电源检查
中频电源板不带负载电感线圈检查实际就是一个空机的调试，调试进入到这以后应就是一些逆变元件（热
电容、电感、水套等的普通绝缘检查及在机根据电感线圈逆变角度调整了）。
准备工作：
1、在机柜上检查出损坏元件并更换坏了的元件（特别注意现一些采购员所采回的逆变管，如中频电压
稍高炸管，此管就有可能为伪劣可砸开看看）。
2、确认无故障元件后，先做好一个检修整流用的串接灯（用塑铜单线1.5平方将两个150W/220V白灯泡串起来）当然也可用电炉但没这直观，见下图。另还需备好20M/6平方及30M 左右/50平方塑铜线后面
要用。
3、在整流输出分流器后端接上前做好一个检修整流用的串接灯，按上图接好示波器。将示波器测试表笔放在10：1上，探头输入放在直流， X档打在5V/格 Y打在1ms/格。
4、如是新手拆去后级铜排的两个连接逆变罗栓使之和下级不发生关系（稍懂的人可不用就拆，找到逆变板上的触发线即G 线全部断开），使逆变部分不能工作（有些机上带开关可使逆变停止）。
5、打开水阀，并把功率电位器放到原始位（最小功率处），找到中频板上的过电流微调电位器交它旋至灵敏最高端（最小电流）位置，以防调试过程中发生短路故障时提供过流保护。
一， 调校三相整流电流
1， 示波器Y 轴放在直流输入测试探头置10*1档，探头两端挂在一个灯泡上，看6个整流电流波形是否高度，宽度一致，否则需进行调校成相同如调不到相同应找出整流故障点(这步修机一定要进行, 以做到心中有数).
2，功率电位器放置最小，调整启动移相角度为150度；返回再校一下整流电流波形，然后去掉灯。 二，调过流保护
1，用6平方塑铜线约20M ，挂接在整流输出两端，平放松开在地上。
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2，放开限流，将过流电位器（顺时钟大，逆时钟小）反时钟转到底，将工作与检修开关，放在检修位置，启动逆变开关，转动功率电位器，然后开机一次调一下，开机一次调一下，一步一步慢慢校向上调，使过流点在240A 左右过流保护动作，指示灯亮。
3，然后再将限流电位器，启动逆变开关，转动功率电位器，然后开机一次调一下，开机一次调一下，一步一步慢慢校向上调，使的逆时钟校调限流点在200A 左右电流不再上升。如果上调试能够完成，则说明整流部分已正常
三，调启动环节
1，将检修与工作开关转换在‘工作’状态，逆变开关放在‘关’位置。
2，按下逆变开关，看直流电压表直流电压是否在100V 左右，如不是需进行调整到100V 左右，正常后看3秒钟转换后直流电压是否到400V ，若等于500V 则说明为满载功率启动，需将电压校整回到400V 。 3，以上正常说明调试工作的预充电环节符合要求，否则需检查充电回路。
四，逆变检查
1，示波器接在中频炉体两端，[应先检查电抗器（对地大20K ），电缆，电容，炉体正常]正常后按下逆变开关，仔细观察中频电压表瞬间有没向上摆一点，示波器有无瞬间交流正弦流，有则说明逆变满足振荡条件，说明引前角度不对需校整电压与电流角度，如果无论样调整都始终不能启动，故障然为‘过流’则应主要查引前脉冲上的元件上的电流互感器，中频电压信号变压器，电流电压板前电位器是否有问题。 2，检查中频信号变压器是否开路与短路或人为故障（该故障常忽略），示波器接线圈两端看有无瞬间启动脉冲，无说明有故障。
3，检查电流互感器是否开路与短路或人为故障（该故障常忽略），示波器接线圈两端看有无瞬间启动脉冲，无说明有故障。
4，检查信号环节上的各个回路，是否有人为故障，是否有开路与短路，取样电容是否正常，无说明有故障。 5，磁板电位器是否正常。示波器接线两端看有无瞬间启动脉冲，无说明有故障。
6，示波器挂接逆变管KK 触发线圈初级两端看有无瞬间启动逆变脉冲，无说明有故障。
五，仿炉体
以上环节都正常后，仍然不能启动逆变报过流后。断开炉体，用塑铜线BV-0.5-50的导线仿感应线圈，即导线绕7~10圈，直径为300~500毫米。接在转换板前，断开真空炉，开机来断真空炉是否有短路故障，如逆变成功则说明真空炉有短路故障。
六，中频电压与直流电压值
机器能启动后，开机后中频电压与直流电压比值大调整困难，用万用表交流档测4个逆变管KK 的压降是否一至，逆变管KKJ 是否用错（用上伪劣商品或整流管），中频信号变压器线接错，可调换一试。如果以上均没问题；中频电压与直流电压比仍为2.0左右，不能调到1.3~1.5。只有将取样电流线圈上的电容量减少一半试试。
中频电炉功率上不去故障分析
设备工作正常，但功率上不去分析处理：设备工作正常，只能说明设备各部件完好。功率上不去说明设备各参数调整不合适，影响设备功率上不去的主要原因有： 1、炉体与电源不配套，严重影响功率输出 2、整流部分没调好，整流管未完全导通，直流电压没达到额定值，影响功率输出 3、中频炉输出回路的分布电感和谐振回路的附加电感过大，也影响最大功率输出 4、中频炉电压值调得过高过低，影响功率输出 5、截流、截压值调节得不当，使得功率输出低 6、补偿电容器配置得过多或过少，都得不到电效率和热效率最佳的功率输出，即得不到最佳的经济功率输出.
中频电源板不带负载电感线圈检查实际就是一个空机的调试，调试进入到这以后应就是一些逆变元件（热电容、电感、水套等的普通绝缘检查及在机根据电感线圈逆变角度调整了）。
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中频电源系统维护与维修
一、中频电源系统维护
系统维护分为三大部分：水路系统，机械系统和电气系统，重点是电气系统的维护。
实践证明：中频电源系统绝大多数故障的发生与水路有直接关系。因此，水路要求水质、水压、水温、流量务必达到设备规定要求。
电气系统的维护: 电气系统必须定期检修，由于主回路连接部分容易发热，从而引起打火，出现许多莫名故障。
二、中频电源系统常见故障的检测方法（只介绍电气系统）
㈠. 检测常用仪器仪表:.
数字式万用表, 绝缘摇表, 电感电容表, 示波器(专业人员用) 。
㈡. 系统主回路方框原理图:
断路器 三相全波整流和滤波 逆变和中频负载三相交流输入
㈢. 系统检测
系统检测分四部分.,
1.控制系统的检测(断路器及其控制部分
这部分检测比较简单. 一般电工根据断路器说明书和系统主回路图中的控制原理图即可检测. 检测结果应为断路器操作正常, 门板按钮和指示灯正常.
2.整流部分的检测
首先, 系统必须通水, 将主回路从滤波电抗器前级断开, 在三相全波整流输出两端接一个≤500Ω,≥500W的电阻性负载(常用2个或4个150W 灯泡串联) 。开机后，直流电压表应能指示在大约1.35×Ul 位置（Ul ：交流输入线电压）。
3．逆变和中频负载检测
控制系统和整流部分正常后，接入逆变和中频负载，若不能正常开机启动，先检查主电路板接线, 对掉114，115后重新启动，若无法启动须更换主电路板，若还不能正常开机，应为逆变和中频负载有问题。其检测须逐个元件检测。
㈣．主要元器件的检测
1．可控硅的检测方法
用数字式万用表200KΩ挡测可控硅正反向电阻，应在10KΩ～100KΩ之间（阻值受水路影响）, 用数字式万用表200Ω挡测可控硅门极电阻，应在10Ω～20Ω之间。
2．电容器的检测方法
拆开电容器的连接铜排。用500V 绝缘摇表测试各电容器每个柱子是否充放电，正常应能充放电。注意：选用的绝缘摇表电压不能大于电容器额定电压。用电感电容表测各电容器每个柱子容量值是否正常, 并注意用BV-0.5-1.5导线将摇表摇充过电的放掉电（可对比各组电容放电强度观察好坏）
3．炉子的检测方法
观察匝间是否短路：线圈对保护地绝缘是否良好。
4．电路板检测须专业人员用示波器检测，怀疑其有问题时，可直接更换。
㈤．中频感应加热电源常见故障与维修
中频电源广范应用于熔炼透热淬火焊接等领域，不同的应用领域对中频电源有不同的要求，因此中频电源的控制电路和主电路有不同的结构形式，只有在熟练掌握这些电路的基本工作原理和功率器件的基本特性的基础上，才能快速准确地分析判断故障原因采取有效的措施排除故障。在此仅对典型电路和常见故障进行探讨。
1、开机设备不能正常起动
1.1故障现象：起动时直流电流大，直流电压和中频电压低，设备声音沉闷过流保护。
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分析处理：逆变桥有一桥臂的晶闸管可能短路或开路造成逆变桥三臂桥运行。用示波器分别观察逆变桥的四个桥臂上的晶闸管管压降波形，若有一桥臂上的晶闸管的管压降波形为一线，该晶闸管已穿通；若为正弦波，该晶闸管未导通，更换已穿晶闸管，并查找晶闸管未导通的原因。
1.2 故障现象
起动时直流电流大，直流电压低中频电压不能正常建立。
分析处理 :补偿电容短路. 断开电容, 查找短路电容, 更换短路电容。
1.3 故障现象
重载冷炉起动时, 各电参数和声音都正常, 但功率升不上去, 过流保护。
分析处理：
（1） 逆变换流角太小。用示波器观看逆变晶闸管的换流角，把换流角调到合适值；
（2） 炉体绝缘阻值低或短路，用兆欧表检测炉体阻值。排除炉体的短路点
（3） 炉料钢铁相对感应圈阻值低，用兆欧表检测炉料相对感应圈的阻值；若阻值低重新筑炉。
1.4 故障现象： 零电压扫频起动电路不好起动,
分析处理：
（1） 电流负反馈量调整得不合适，检查电流互感器同名端：
（2） 信号线是否过长过细；
（3） 中频变压器和隔离变压器是否损坏，特别要注意变压器匝间短路，重新调整电流负反馈量，更换已损坏的部件。
1.5 故障现象 零电压它激扫频起动电路不好起动。
分析处理：
（1）扫频起始频率选择不合适，重新选择起始频率；
（2）扫频电路有故障，用示波器观察扫频电路的波形和频率，排除扫频电路故障。
1.6 故障现象： 起动时各电参数和声音都正常，升功率时电流突然没有，电压到额定值过压过流保护。
分析处理：负载开路检查负载铜排接头和水冷电缆。
2.设备能起动但工作状态不对
2.1 故障现象： 设备空载能起动，但直流电压达不到额定值，直流平波电抗器有冲击声并伴随抖动。 分析处理： 关掉逆变控制电源，在整流桥输出端上接上假负载，用示波器观察整流桥的输出波形，可看到整流桥输出缺相波形，缺相的原因可能是：
（1）整流触发脉冲丢失；
（2）触发脉冲的幅值不够宽度太窄，导致触发功率不够，造成晶闸管时通时不通；
（3）双脉冲触发电路的脉冲时序不对或脉冲丢失；
（4）晶闸管的控制极开路/短路/接触不良。
2.2 故障现象：
设备能正常顺利起动，当功率升到某一值时过压或过流保护。
分析处理： 分两步查找故障原因：
（1）先将设备空载运行，观察电压能否升到额定值；若电压不能升到额定值并且多次在电压某一值附近过流保护，这可能是补偿电容或晶闸管的耐压不够造成的，但也不排除是电路某部分打火造成的,,
（2） 电压能升到额定值，可将设备转入重载运行，观察电流值是否能达到额定值；若电流不能升到额定值，并且多次在电流某一值附近过流保护，这可能是大电流干扰，要特别注意中频大电流的电磁场对控制部分和信号线的干扰。
3. 设备正常运行时易出现的故障
3.1 故障现象： 设备运行正常，但在正常过流保护动作时烧毁多只KP 晶闸管和快熔。
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分析处理：
过流保护时为了向电网释放平波电抗器的能量，整流桥由整流状态转到逆变状态，这时如果α＞120度; ，就有可能造成有源逆变颠覆，烧毁多只晶闸管和快熔，开关跳闸，并伴随有巨大的电流短路爆炸声，对变压器产生较大的电流和电磁力冲击，严重时会损坏变压器。
3.2 故障现象：
设备运行正常，但在高电压区内某点附近设备工作不稳定，直流电压表晃动，设备伴随有吱吱的声音，这种情况极容易造成逆变桥颠覆烧毁晶闸管。
分析处理： 这种故障较难排除，多发生于设备的某部件高压打火：
（1）连接铜排接头螺丝松动造成打火；
（2）断路器主接头氧化导致打火；
（3）补偿电容接线桩螺丝松动，引起打火，补偿电容内部放电阻容吸收电打火；
（4）水冷散热器绝缘部分太脏或炭化对地打火；,
（5）炉体感应线圈对炉壳/炉 底板打火，炉体感应线圈匝间距太近，匝间打火或起弧。固定炉体感应线圈的绝缘柱因高温炭化放电打火，
（6）晶闸管内部打火。
3.3 故障现象： 设备运行正常但不时地可听到尖锐的嘀—嘀声，同时直流电压表有轻微地摆动。 分析处理：
用示波器观察逆变桥直流两端的电压波形，一个周波失败或不定周期短暂失败，并联谐振逆变电路短暂失败可自恢复周期性短暂，失败一般是逆变控制部分受到整流脉冲的干扰，非周期性短暂失败一般是由中频变压器匝间绝缘不良产生。
3.4 故障现象： 设备正常运行一段时间后出现异常声音，电表读数晃动设备工作不稳定。 分析处理：
设备工作一段时间后出现异常声工作不稳定，主要是设备的电气元器件的热特性不好，可把设备的电气部分分为弱电和强电两部分，分别检测。先检测控制部分，可预防损坏主电路功率器件，在不合主电源开关的情况下，只接通控制部分的电源，待控制部分工作一段时间后，用示波器检测控制板的触发脉冲，看触发脉冲是否正常。
在确认控制部分没有问题的前提下，把设备开起来，待不正常现象出现后，用示波器观察每只晶闸管的管压降波形，找出热特性不好的晶闸管；若晶闸管的管压降波形都正常，这时就要注意其它电气部件是否有问题，要特别注意断路器、电容器、电抗器、铜排接点和主变压器，
3.5 故障现象： 设备工作正常但功率上不去。
分析处理：
设备工作正常只能说明设备各部件完好，功率上不去，说明设备各参数调整不合适。影响设备功率上不去的主要原因有：
（1）整流部分没调好，整流管未完全导通，直流电压没达到额定值影响功率输出；
（2）中频电压值调得过高/过低影响功率输出；
（3）截流截压值调节得不当使得功率输出低；
（4）炉体与电源不配套严重影响功率输出；
（5）补偿电容器配置得过多或过少都得不到电效率和热效率最佳的功率输出，即得不到最佳的经济功率输出；
（6）输出回路的分布电感和谐振回路的附加电感过大，也影响最大功率输出。
3.6 故障现象： 设备运行正常但在某功率段升降功率时，设备出现异常声音抖动，电气仪表指示摆动。 分析处理：这种故障一般发生在功率给定电位器上，功率给定电位器某段不平滑跳动，造成设备工作不稳定严重时造成逆变颠覆烧毁晶闸管。
3.7 故障现象： 设备运行正常但旁路电抗器发热烧毁。
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分析处理：造成旁路电抗器发热烧毁的主要原因有，
(1）旁路电抗器自身质量不好；
（2）逆变电路存在不对称运行，造成逆变电路不对称运行的主要原因来源于信号回路。
3.8 故障现象： 设备运行正常经常，击穿补偿电容。
分析处理 故障原因：
（1）中频电压和工作频率过高，
（2）电容配置不够；
（3）在电容升压电路中，串联电容与并联电容的容量相差太大，造成电压不均击穿电容；
（3） 却不好击穿电容。
3.9 故障现象： 设备运行正常但频繁过流。
分析处理：
设备运行时各电参数波形声音都正常，就是频繁过流。当出现这样的故障时要注意，是否是由于布线不当产生电磁干扰和线间寄生参数耦合干扰，如强电线与弱电线布在一起，工频线与中频线布在一起，信号线与强电线、中频线汇流排交织在一起等。
4. 直流平波电抗器
故障现象： 设备工作不稳定，电参数波动，设备有异常声音，频繁出现过流保护和烧毁快速晶闸管。 分析处理： 在中频电源维修中，直流平波电抗器故障属较难判断和处理的故障。直流平波电抗器易出现的故障有：
(1）用户随意调整电抗器的气隙和线圈匝数，改变了电抗器的电感量，影响了电抗器的滤波功能，使输出的直流电流出现断续现象，导致逆变桥工作不稳定，逆变失败烧毁逆变晶闸管。随意调整电抗器的气隙和线圈匝数, 在逆变桥直通短路时，会降低电抗器阻挡电流上升的能力，烧毁晶闸管. 随意改变电抗器的电感量还会影响设备的起动性能；
（2）电抗器线圈松动。电抗器的线圈若有松动，在设备工作时电磁力使线圈抖动, 电感量突变, 在轻载起动和小电流运行时易造成逆变失败；
（3）器线圈绝缘不好。对地短路或匝间短路，打火放电造成电抗器的电感量突跳和强电磁干扰，使设备工作不稳定。产生异常声音频繁，过流烧毁晶闸管，造成线圈绝缘层绝缘不好. 短路的原因有：a 冷却不好, 温度过高导致绝缘层绝缘变差打火炭化；b. 电抗器线圈松动，线圈绝缘层与线圈绝缘层之间、线圈绝缘层与铁心之间，相对运动摩擦造成绝缘层损坏；c. 在处理电抗器线圈水垢时，把酸液渗透到线圈内，酸液腐蚀铜管并生成铜盐破坏绝缘层。
5. 晶闸管
5.1 故障现象： 更换晶闸管后一开机就烧毁晶闸管。
分析处理：
设备出故障烧毁晶闸管，在更换新晶闸管后不要马上开机，首先应对设备进行系统检查排除故障，在确认设备无故障的情况下，再开机，否则就会出现一开机就烧毁晶闸管的现象。在压装新晶闸管时一定要注意压力均衡，否则就会造成晶闸管内部芯片机械损伤，导致晶闸管的耐压值大幅下降，出现一开机就烧毁晶闸管的现象，
5.2 故障现象：更换新晶闸管后开机正常，但工作一段时间又烧毁晶闸管。
分析处理 ：发生此类故障的原因有：
（1）控制部分的电气元器件热特性不好；
（2）晶闸管与散热器安装错位；
（3）散热器经多次使用或压装过小台面晶闸管，造成散热器台面中心下凹，导致散热器台面与晶闸管台面接触不良而烧毁晶闸管；
（4） 热器水腔内水垢太厚导热不好造成元件过热烧掉；
（5）快速晶闸管因散热不好温度升高，同时晶闸管的关断时间随着温度升高而增大，最终导致元件不能 13
关断造成逆变颠覆，烧掉晶闸管；
（6）晶闸管工作温度过高，门极参数降低抗干扰能力下降，易产生误触发损坏晶闸管和设备；
（7）查阻容吸收电路是否完好（这个特注意：逆变吸收电容应用2500V 绝缘摇表就充电，然后用导线就对比放电状况，找出容量失效的出来换掉，用万用表测可能不能找出坏的来）。
以上只是中频电源系统常用的检测方法和常见故障，供大家参考。由于中频电源系统钟对家维人来在电路上看并不复杂，但实际上是比较复杂的大家不要小看了它。检测维修中频电源维修人员必须要具备相当的电路理论基础知识和丰富的实践经验，能修好它就是硬道理。其故障现象是多种多样千奇百怪的，对具体故障要做具体分析。必要时，须请专业人员现场检测维修中频电源。
最后我们一定要切记在更换晶闸管后一定要仔细检测设备做好笔记，即使在故障排除后也要对设备进行系统检查!
实例一、晶闸管换相过压故障处理
故障的产生和处理
1 故障的产生
在做定子一相整流柜空升压检修时(一套可逆三相全控整流桥) ，释放正组脉冲，控制触发角度由150°逐步向前推移，用示波器看负载电流波形，发现5号桥臂位置波形幅值明显高于其他桥臂(几乎2倍) ，
由于先前脉冲检查正常，遂一开始检查故障原因。
2 故障原因的查找和处理
1）怀疑正组晶闸管有问题，试验反组桥，现象一样，可以推断晶闸管完好(正反组同时出故障几
率很小) ，排除此种可能。
2）由于主回路整流变压器与调试的控制室相临，而且又是高压，每次合高压时，都能听到整流装置发出很大的“吭吭”声，所以怀疑合变压器时有磁场干扰。但旁边的两套系统配置相仿，而且变压器容量更
大，都没有发生这样的现象，所以排除高压对系统干扰的可能性。
3）工厂电网一般都不太好，波动较大，所以怀疑电网干扰。由于电压高在测量时需要接衰减板，测量主回路进线，电压波形正常，用万用表测量电压值，在允许范围之内，且三相较平衡，证明电网波动较小
没有问题，排除电网干扰的可能性。
4）可能的外部原因一一排查，下一步应该考虑整流装置内部原因，由于整流装置均作过检测，首先考虑应该没问题，所以起初想不到找内部原因。停电检查整流装置，终于发现正组3号晶闸管上并联阻容吸
收的电容一端开焊。焊好，重试，故障排除。
3 故障原因分析
忽略反组，见图1，晶闸管在关断时其电流变化很大，会在变压器漏感中感应出较高电压，抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法。加上阻容后，当晶闸管关断时，变压器电流可通过RC 续流，减小了di/dt，从而抑制过电压。电阻可阻尼LC 振荡，并**关断的晶闸管再导通
时电容向晶闸管放电而产生的电流上升率di/dt[2]。
图1 电阻负载不可逆三相全控整流桥
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晶闸管存在载流子集蓄效应，由于变压器漏感和进线交流电感的作用，当3号管子准备关断，5号管子准备开放时，必然有一个过渡过程，此时3号管子两端产生一个反向过压，由于阻容断开，此过压无法吸收。同时C 相电压高于B 相电压，遂C, 5号管子,3号管子，B 形成回路，三号管子上流过反向电流。此时在负载电阻上的电压为正常的UCA 再叠加一个3号管子上未吸收的反压，从而导致5号管子位置波形幅值偏高。
晶闸管有一个重要特性参数，即断态电压临界上升率dV / dt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能发生这种情况。因为晶闸管可以看作是由3个PN 结组成。
在晶闸管处于阻断状态下，因各层相距很近，其J2结结面相当于一个电容C0。当晶闸管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容C0，并通过J3结，这个电流起了门极触发电流作用。如果晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则C0的充电电流越大，就有可能造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，即常说的硬开通，这是不允许的。因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。 为了限 制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联RC 阻容吸收，利用电容两端电压不能突变的特性来**电压上升率。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感) ，所以与电容C 串联电阻R 可起阻尼作用，它可以防止R 、L 、C 电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。由于晶闸管过流过压能力很差，如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。RC 阻容吸收就是常用的保护方法之一, 不可缺少。
实例二、某厂的一台[上海华一03机]一拖二真空电炉，开机跳过流故障。
根据与该厂多年的打交道，悉知该厂有一位修炉好手，电话找到我可能不是一般性的故障。到他厂后问知此机已修了十多天代换所有能替的元件，并更进行了中频变压器替换始终没有查出故障原因，故把我找来修理。
接手后（先进行了一下元器件检查，并将检修开关旋到检修位置），按中频炉检修步骤进行了下检查与校正。
1、三相交流整流电压波形的检测与校正移相150度。
2、拉过流（压）与限流（压）保护（此项必做以防厂家维修人员调出保护，造成经济损失）并校正在正常值。
3、复原电路将检修开关旋回正常位置，逆变开关转到关掉逆变处，开机启动逆变（看启动环节是否正常）直流电压表先在约100伏3秒钟后跳到400伏，说明启动与预充电环节正常。
4、打开逆变（逆变开关转到正常逆变处），再次开机启动逆变还是跳过流故障。
5、断开炉体用BV-0.5-50的铜线，约30CM 直径15圈仿感应线圈，再次开机中频表上还是没有电压产生启动不成功。通过这样检测说明炉体是正常的应是引前角度元件问题。
此机到这时再应回到信号元件检查（此前该厂维修员检查过），并开机看中频电压表是否有跳动，如有则说明逆变满足振荡条件，应是引前角度元件（电流互感器、取样电容、中频信号变压器等）有故障，如无则说明有短路。由于没看到中频电压表瞬间跳动，只得用示波器接在炉体L 上看瞬间是否有形成的交流波形，如无则说明有短路。
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接上示波器在炉体L 上后开机启动逆变，在示波器上瞬间呈现一条交流波形然后还原为一直线。此时说明该机有振荡条件，只是引前环节有问题，根椐引前的几个元件一个一个地排查，最终发现电流互感器损坏内部有短路（此互感器外表如新看不出损坏），换之后开机还不能启动，对调互感器二线后开机逆变启动成功，重校中频电压与直流电压比为1.42。试机到80KW ，电流180A 生产4炉后收工回家，造成问题机理留给看家分析。
附TC787相位控制集成块资料：
TC787(A，B) 、TC788(A，B) 是采用先进IC 工艺设计制作的单片集成电路，可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相可控硅移相触发电路和三相三极管脉宽调制电路，以构成多种调压调速和变流装置，该电路作为KJ785的换代产品，与目前国内市场上流行的KJ 系列电路相比，具有功耗小，功能强，输入阻抗高、抗干扰性能好，移相范围宽，外接元件少等优点；而且装调简便，使用可靠，只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块KJ785或五块KJ 系列器件组合(三块KJ009或KJ004，一块KJ041，一块KJ042) 才能具有的三相相移功能，因此TC787，TC788可广泛应用于三相全控，三相半控，三相过零等电力电子，机电小型化产品的移相触发系统，从而取代KJ785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042等同类电路，为提高整机寿命，缩小体积，降低成本提供了一种新的更加有效的途径。
一、特点：
1．电路单双电源均可工作，单电源8V —18V ，双电源±4V —±9V 。
2．三相触发脉冲调相角可在0—1800之间连续同步改变。
3．识别零点可靠，可方便地用作过零开关。
4．器件内部设计有交相锁定电路，抗干扰能力强。 ’
5．可用于三相全控触发(6脚接VDD) ，也可用于三相半控触发(6脚接地) 。
6．电路具有输出保护禁止端，可在过流过压时保护系统安全。
7．TC787输出为调制脉冲列，适用于触发可控硅及感性负载。
8．TC788输出为方波，适用于驱动三极管电路。
9．A 型器件典型应用于同步信号为50HZ ，B 型器件典型应用于同步信号为400HZ 。
10．调制脉冲或方波的宽度可根据需要通过改变电容CX 而选择。
二、电路原理和逻辑框图：
1．电路组成：由三路相同的部分：同步过零和极性检测、锯齿波形成、锯齿波比较，经过抗干扰锁定，脉冲形成等电路形成三相触发调制脉冲或方波，由脉冲分配电路实现全控，半控的工作方式，再由驱动电路完成输出驱动。
2．电路原理：三相同步电压经过T 型网络进入电路，同步电压的零点设计为1／2电源电压(电路输入端同步电压峰峰值不宜大于电源电压) ，通过过零检测和极性判别电路检测出零点和极性后，在Ca 、Cb 、Cc 三个电容上积分形成锯齿波，由于采用集中式恒流源，相对误差极小，锯齿波有良好的线性，电容的选取应相对误差小，产生锯齿波幅度大且不平顶为宜，锯齿波在比较器中与移相电压比较取得交相点，移相电压由4脚通过电位器或外电路调节而取得，抗干扰电路具有锁定功能，在交相点以后锯齿波或移相电压的波动将不能影响输出，保证交相唯一并且稳定。
脉冲形成电路是由脉冲发生器给出调制脉冲(TC787)，或方波(TC788)，调制脉冲宽度或方波宽度可通过改变Cx 电容的值来确定，需要宽则增大Cx ，1000P 电容约产生100μs的脉冲宽度，被凋制脉冲的频率=8／调制脉冲宽度。
脉冲分配及驱动电路是由6脚控制脉冲分配的输出方式，6脚接低电平VL 。输出为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A 、-C 、B 、-A 、C 、-B 的单触发脉冲，6脚接高电平VH ，输出为全控方式，分别输入A 、-C ；-C 、B ；B 、-A ；-A 、C ；C 、-B ；-B 、A 的双触发脉冲，用户可选择，5脚还可以用作过零触发系统的控制端，输出端可驱动功率管，经脉冲变压器触发可控硅；也可直接驱动光电耦合器，经隔离触 16
发可控硅或驱动三极管。
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