中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程

中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程（精选2篇）

中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程 篇1

中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程

当中频加热炉启动时，突加给定电压，由于电压反馈没有，电压调节器输出迅速增加。由于控制参数漂移，使得电流反馈系数减小，同样的中频电流给定使中频装置输出的瞬间电流比较大，产生冲击电流，只有当电压环超调后，输出电流才开始减小，最终由负载决定。由于中频加热炉中存在很大的电抗，系统调节响应慢。随着给定电压的增加，冲击电流更大;对晶闸管的冲击也大，加快晶闸管的劣化，造成晶闸管疲劳击穿。

随着元器件老化，模拟控制系统参数漂移，使得逆变器控制回路中的晶闸管触发的超前角变大(42.8°)，功率因数低(0.733)，即使输出同样的中频电压与中频电流，但中频加热炉输出的有功功率不高，加热效果差。正常情况下，在中频加热过程中，根据欧姆定律，负载参数随温度升高而变化，如中频等效阻抗增大;但当温度变化缓慢时，中频等效阻抗变化不大。当中频给定电压恒定时，尽管随着加热装置的运行，由于加热效果差，中频等效阻抗变化不大，电压反馈提高得慢，导致中频电流变化缓慢，即系统长时间工作在大电流状态，也易造成晶闸管的劣化。

通过调节定位器，增大电流反馈系数，使电流反馈600A/6V;减小了电流冲击。通过调节逆变回路晶闸管脉冲控制参数，使中频电流超前中频电压的时间为40μs，既保证了晶闸管的可靠关断，又减少了超前(24.4°)，提高了功率因数,为0.91。由于中频装置的输出有功功率提高，芯棒加热功率增大。根据欧姆定律，随着芯棒温度的升高，芯棒电阻增大，中频等效阻抗增加，在同样的中频电流下，中频电压反馈提高;当中频电压给定不变时，电压调节器的输出减少，使中频电炉输入电流也逐步减小。随着给定功率的提高，中频电压提高，中频电流开始也提高，但随着芯棒的加热，中频电流会逐步减小，减小了晶闸管的负担。中频炉维修的全过程

一般情况下，可以把中频炉的故障按照故障现象分为完全不能起动和起动后不能正常工作两大类。作为一般的原则，当出现故障后，应在断电的情况下对整个系统作全面检查，它包括以下几个方面：

（一）电源：用万用表测一下主电路开关（接触器）和控制保险丝后面是否有电，这将排除这些元件断路的可能性。

（二）整流器：整流器采用三相全控桥式整流电路，它包括六个快速熔断器、六个晶闸管、六个脉冲变压器和一个续流二极管。在快速熔断器上有一个红色的指示器，正常时指示器缩在外壳里边，当快熔烧断后它将弹出，有些快熔的指示器较紧，当快熔烧断后，它会卡在里面，所以为可靠起见，可以用万用表通断档测一下快熔，以判断它是否烧断。

测量晶闸管的简单方法是用万用表电阻挡（200Ω挡）测一下其阴极—阳极、门极—阴极电阻，测量时晶闸管不用取下来。正常情况下，阳极—阴极间电阻应为无穷大，门极—阴极电阻应在10—50Ω之间，过大或过小都表明这只晶闸管门极失效，它将不能被触发导通。

脉冲变压器次边接在晶闸管上，原边接在主控板上，用万用表测量原边电阻约为50Ω。续流二极管一般不容易出现故障，检查时用万用表二极管挡测其二端，正向时万用表显示结压降约有500mV，反向不通。

（三）逆变器：逆变器包括四只快速晶闸管和四只脉冲变压器，可以按上述方法检查。

（四）变压器：每个变压器的每个绕组都应该是通的，一般原边阻值约有几十欧姆，次极几欧姆。应该注意：中频电压互感器的原边与负载并联，所以其电阻值为零。

（五）电容器：与负载并联的电热电容器可能被击穿，电容器一般分组安装在电容器架上，检查时应先确定被击穿电容器所在的组。断开每组电容器的汇流母排与主汇流排之间的连接点，测量每组电容器两个汇流排间的电阻，正常时应为无穷大。确认坏的组后，再断开每台电热电容器引至汇流排的软铜皮，逐台检查即可找到击穿的电容器。每台电热电容器由四个芯子组成，外壳为一极，另一极分别通过四个绝缘子引到端盖上，一般只会有一个芯子被击穿，跳开这个绝缘子上的引线，这台电容器可以继续使用，其容量是原来的3/4。电容器的另一个故障是漏油，一般不影响使用，但要注意防火。

安装电容器的角钢与电容器架是绝缘的，如果绝缘击穿将使主回路接地，测量电容器外壳引线和电容器架之间的电阻，可以判断这部分的绝缘状况。

（六）水冷电缆：水冷电缆的作用是连接中频电源和感应线圈，它是用每根直径Φ0.6–Ф0.8紫铜线绞合而成。对于500公斤电炉，电缆截面积为480平方毫米，对于250公斤电炉，电缆截面积采用300至400平方毫米。水冷电缆外胶管采用耐压5公斤的压力橡胶管，里面通以冷却水，它是负载回路的一部分，工作时受到拉力和扭力，与炉体一起倾动而发生曲折，因此时间长后容易在柔性连接处断裂开。水冷电缆断裂过程，一般是先断掉大部分后，在大功率运行时把未断小部分很快烧断，这时中频电源就会产生很高的过电压，如果过电压保护不可靠，就会烧坏晶闸管。水冷电缆断开后，中频电源无法启动工作。如不检查出原因而反复启动，就很可能烧坏中频电压互感器。检查故障时可用示波器，把示波器探头夹在负载两端，观察按启动按钮时有无衰减波形。确定电缆断芯时先把水冷电缆与电热电容器输出铜排脱开，用万用表电阻挡（200Ω挡）测量电缆的电阻值，正常时电阻值为零，断开时为无穷大。用万用表测量时，应把炉体翻到倾倒位置，使水冷电缆掉起，这样使断处彻底脱离，才能正确判断是否断芯。

通过以上几个方面的检查，一般能查出大部分的故障原因，接下来可以接通控制电源，作进一步的检查。中频电源主电路合闸有手动和自动两种。对于自动合闸的系统，应该先将电源线暂时断开，以确保中频电炉的主电路不会合上。接通控制电源后，可以作下面几个方面的检查。

1．将示波器探头接在整流晶闸管的门极和阴极上，示波器置于电源同步，按下启动按钮后即可看到触发脉冲波形，应为双脉冲，幅度应大于2V。按一下停止按钮，脉冲将立即消失。重复六次，将每个晶闸管都看一下，如果门极没有脉冲，可以将示波器的探头移到脉冲变压器的原边看一下，如果原边有脉冲而次边没有，说明脉冲变压器损坏，否则问题可能出在传输线或主控板上。

2．将示波器探头接在逆变晶闸管的门极和阴极上，示波器置于内同步，接通控制电源后可以看到逆变触发脉冲，它是一串尖脉冲，幅度应大于2V，通过示波器的时标读出脉冲周期，算出触发脉冲频率，正常时应比电源柜的标称频率高约20%，这个频率称为启动频率。按下启动按钮后，脉冲的间距加大，频率变低，正常时应比电源柜的标称频率低约40%，按一下停止按钮，脉冲频率立即跳回启动频率。通过上列检查，基本上能排除完全不能启动的故障。启动以后工作不正常，一般表现在下列几个方面：

1．整流器缺相：故障表现为工作时声音不正常，最大输出电压升不到额定值，且电源柜怪叫声变大，这时可以调低输出电压在200V左右，用示波器观察整流器的输出电压波形（示波器应置于电源同步），正常时输入电压波形每周期有六个波形，缺相时会缺少二个，如图2所示。这一故障一般是由于整流器某只晶闸管没有触发脉冲或触发不导通引起的，这时应先用示波器看一下六个整流晶闸管的门极脉冲，如果有的话，关机后用万用表200Ω档测量一下各个门极电阻，将不通或者门极电阻特别大的那只晶闸管换掉即可。

2．逆变器三桥臂工作：故障表现为输出电流特别大，空炉时也一样，且电源柜工作时声音很沉重，启动后把功率旋钮调到最小位置，会发现中频输出电压比正常时高。用示波器依次观察四个逆变晶闸管的阳极—阴极之间的电压波形，正常时每一只的波形都如图3所示。如果三桥臂工作，可以看到逆变器中有相邻的二只晶闸管的波形正常，另外相邻的二只有一只没有波形，另一只为正弦波，如图4所示，KK2触发不通，其阳极—阴极之间的波形就是正弦波；同时KK2不导通会导致KK1无法关断，所以KK1二端就没有波形。

3．感应线圈故障：感应线圈是中频电源的负载，它采用壁厚3至5毫米的方形紫铜管制成。它的常见故障有以下几种：

感应线圈漏水，这可能引起线圈匝间打火，必须及时补焊才能运行。

钢水粘在感应线圈上，钢渣发热、发红，会引起铜管烧穿，必须及时清除干净。

感应线圈匝间短路，这类故障在小型中频加热炉上特别容易发生，因为炉子小，在工作时受热应力作用而变形，导致匝间短路，故障表现为电流较大，工作频率比平常时高。

为了能采用正确的方法进行中频炉的故障维修，就必须熟悉中频炉常见故障的特点及原因，才能少走弯路，节省时间，尽快的将故障排除，恢复中频炉的正常运行，从而保证生产的顺利进行。

中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程 篇2

目前，科研生产单位使用较多的西安爱科公司的ACS400系列和艾普斯公司的AMF系列中频逆变电源。这两种系列电源操作简单、性能可靠、对负载的适应性高、可维护性好，在军用和民用领域均有良好的运用。

1 电路组成及工作原理

中频逆变电源的基本组成框图如图1所示。主电路采用交-直-交结构，用IGBT作为开关元件，PWM方式对逆变器进行控制；控制电路包括驱动保护和主控两大部分，辅以检测电路，共同完成输出电压、频率及波形的控制，IGBT驱动，故障检测及保护，状态显示等功能。

1.1 整流逆变主电路

输入整流电路通常有二极管不控整流、晶闸管半控整流和晶闸管全控整流等不同的方式。ACS400系列中频电源采用晶闸管半控整流电路：电源开机时通过调节导通角使整流电压逐渐上升到最大值，限制冲击电流不超过电源满载时的额定电流，实现软启动；A M F系列中频电源采用二极管构成的全桥电路进行整流：开机时先启动限流电阻，将冲击电流限定在一定的范围内，实现输入限流缓启动，此时逆变器的驱动信号是关闭的，然后通过操作者手动按下复位按钮，短路启动电阻，逆变器驱动信号同时送出，电源正常工作。

为提高不平衡负载的适应能力，两种三相电源主电路按照三套独立的单相电源设计：三套完全相同的逆变器、变压器、LC滤波器，共用一条直流母线，输出互差120°，在变压器副边接成星型，输出所需三相交流电。

1.2 控制电路

中频电源的控制电路，主要包括P W M波形成、IGBT驱动及各类保护电路，并辅以检测或集中控制电路。由于采用不同的控制策略，这部分电路，不同厂家采用不同的设计方法。

1.2.1 PWM波产生电路

P W M波的产生，是利用基准正弦波和高频三角波的叠加而形成具有高频特性的含基波频率周期的波形。两家公司的中频电源均是采用晶振产生高频信号，经分频器分别送至三角波和正弦波发生器，产生10K H z三角波和400H z正弦波。标准正弦数据存于EPROM中，按输出频率选通EPROM，经D/A转换输出标准正弦信号。由于三相EPROM地址选通为同一信号，所存数据互差120°，因而产生的三路标准正弦波互差120°，从而实现输出电压的相位控制。

艾普斯公司的AMF系列电源内部三相用一块SIN0和两块S I N3电路板来实现波形的生成：频率控制由SIN0板实现，SIN3板可实现相位控制，再送至05板产生PWM信号；而爱科公司的ACS400系列电源是通过三相数据集成在一起的一块波形发生板完成此功能。

1.2.2 驱动电路及保护电路

驱动电路是强电和弱电间的结合部分，关系到器件及整个电源系统的工作性能和可靠性，生产厂家一般直接选用专业公司生产的大功率专用模块。ACS400系列中频电源选用日本三菱公司采用双电源驱动技术的M系列驱动模块，由外部提供+15V/10V的双电源，输出反偏压可达9V，比较高，适合于在高压、大电流的场合应用；A M F中频电源选用日本富士公司的EXB841驱动电路，它被设计放在驱动板上，由外部提供+20V的单电源，负栅压只有5V，比较低，在高电压或大电流的电路应用中可能会降低IGBT工作的可靠性。这两种驱动模块均具有短路保护及软关断的功能。

针对IGBT在逆变器中的核心地位，完善可靠的保护至关重要。两家公司的电源设计均有相应的IGBT过流，直流母线欠压，散热器过热等保护电路。ACS400系列电源将这3种保护统一做在每相对应的驱动板上。而AMF系列中频电源则是通过专门的AMF05板实现保护功能。

1.2.3 其他电路

除了检测采样电路外，两家公司的电源还包含了输出联动保护、输出过载延时、显示操作、调频等其他功能的很多电路。它们被分别设计在一块或多块印制板上，共同实现着对电源设备的控制保护功能。

2 电源常见故障分析及维修实例

前面我们对西安爱科ACS400系列和艾普斯AMF系列中频电源内部各电路的基本原理做了简单介绍。下面，我们通过具体实例，阐述这两种电源易发生的故障现象以及相应的维修方法。

2.1 爱科公司ACS400系列中频电源故障维修

ACS400系列中频电源，开机后，首先风机运转，电源进入待机状态。再按下“运行”键,电源即开始工作，输出电压经软起动后到达设定值。起动后，电源对关键电路和电气参数先进行自检，如果控制系统检测到某个电路有故障或电气参数值超过了安全工作极限，控制系统将自动关闭输出，并显示故障代码。

(1)故障现象：输入错、缺相、过欠压。

故障原因：此类故障报警通常出现在电源开机后，“运行”按键尚未按下的情况下。此时，仅风机运转，电源尚未正常工作。市电输入通过同步变压器变压采样，送至输入保护板，板上的相序检测电路(PH2001)做出相应的相序检测和缺相判断，欠压检测电路做出过欠压判断。此类故障来自于电源输入部分，与其后的功率变换和控制保护电路无关。

处理方法：维修时，应首先考虑是否三相电源的输入相序错误或是某一相掉电？再检查输入同步变压器、输入保护板是否有故障？

例如，某次设备开机报警，故障代码显示输入错、缺相。排除相序错误后，打开机箱，发现输入保护板上发光管一个都不亮(正常状态下，开机后板上红色发光管先亮后灭，然后板上2个绿色发光管常亮)。分析，可能保护板未上电。经查，输入保护板上保险丝断，更换保险丝后，设备正常工作。同样情况，出现过输入同步变压器损坏、输入保护板上继电器损坏、输入保护板上接插件管脚氧化接触不良等各种故障。

(2)故障现象：输出A相、B相或C相过流。

故障原因：引起IGBT过电流的主要原因有：输出短路；负载电路接地短路；逆变器或驱动单元出现故障。

处理方法：首先检测负载回路是否短路？无短路状态下，试将负载分批带载，减小启动冲击电流；检查IGBT是否已坏？驱动板上是否有器件损坏？更换相应逆变单元或驱动板。

例如，某次设备故障总是A相过流，反复检查一切正常。分析后疑点落A相逆变单元上。更换IGBT后，电源正常工作。原来这组IGBT动态性能已变坏，加电工作一段时间后其工作状态不稳定，但在断电情况下用万用表测量是根本无法判断的。

(3)故障现象：故障代码显示输出A相、B相或C相过热。

故障原因：I G B T驱动电路设计得不好；电流过大；开关频率太高；散热状况不良。可以利用温度传感器检测IGBT的外壳温度，当超过允许温度时，使主电路停止工作，实现过热保护。此类现象通常对应电源风机不转或环境温度过高。

2.2 艾普斯公司AMF系列中频电源故障维修

开机后，A M F中频电源首先通过内部限流电阻将冲击电流限定在一定的范围内，同时启动报警系统蜂鸣器鸣叫，此时逆变器尚未工作。然后再通过操作者手动按下复位按钮，短路启动电阻使输入电流不再受限，蜂鸣器停止鸣叫，同时送出逆变器驱动信号，电源开始正常工作。

(1)故障现象：开机不报警，按复位按钮无用，接触器不吸合。

故障原因：开机后，蜂鸣器未响，复位按钮未用，电源工作状态就不正常，说明故障发生在接触器吸合前，此时整流逆变相关电路并未工作，引起故障的原因发生在整个系统的前级。从图2可知，接触器的线圈是通过AFC-05板延时接通上电的，05板本身故障会带来此类现象；另外接触器损坏也会引起该类问题。

处理方法：检查05板上是否有器件烧坏？05板CN11线插是否接好？检查接触器线圈是否已烧坏或线圈的接线是否松动？

(2)故障现象：开机报警，按下复位按钮后，接触器跳脱，报警声响起。

故障原因：按下复位按钮后，交流接触器吸合，电源设备的逆变部分即开始工作。随后接触器跳起，说明故障出现在逆变器工作部分。逆变单元的所有器件、驱动电路的问题都会引起这类故障。

处理方法：检查IGBT是否烧毁，FUSE是否熔断。更换DC FUSE和IGBT之后，必须测试其对应相序的一组驱动板上的驱动信号是否正常。若信号异常则更换驱动板。实际维修中，故障大多为驱动板不良造成；有时也会是IBGT的G1-E1,E2-G2开路造成的信号封锁引起的故障；甚至有时故障的原因仅是驱动板上接插线接触不良带来的。

(3)故障现象：带轻微负载即报警，按复位按钮无用。

故障原因：当驱动板触发信号异常时，空载状态下其输出波形已出现畸变，带上轻微负载就可引起报警；另外，IGBT性能不良，其内置二极管开路，也会引起此现象。

处理方法：先检查驱动板触发信号是否正常？检查IGB内置二极管是否已开路？用示波器观察G1-E1,E2-G2波形是否对称，有无畸变？检查05板是否存在问题？实际维修中，大部分为驱动板触发信号异常造成的。而05板本身异常引起的此类故障，实际维修中并不多见。

例如，一次设备出现上述故障，经用示波器检查，驱动板有一路无驱动信号，在空载情况下，输出波形已出现畸变，带上轻微负载即报警；又如，同样上述故障，经查是由IGBT内部的一内置二极管开路，引起IGBT性能不良而造成的。

(4)故障现象：设备在正常运行过程中，出现接触器跳脱，报警声响起。

故障原因：由图2可知，电源设计有相应的IGBT过流，散热器过热、保险丝断电等保护电路。接触器的跳脱控制，是接收到过载、过热及保险丝断电等检测信号后，通过05板上的自动跳脱保护电路对IGBT做出的保护。所以应依次检查相应的保护原因。

处理方法：首先检查是否电源风机不转或环境温度过高？检查FUSE是否熔断？示波器测量AFC-SIN板上正弦波形是否畸变？驱动板信号波形是否正常？负载是否瞬时电流过大？电源在封闭环境中连续长时间使用，个别风扇不转，机内工作温度过高，散热条件恶化，导致器件烧坏报警。

以上几例仅是很典型的故障现象，在实际工作中，故障情况千变万化，很难用简单的例子来包括。对于我们维修人员来说，首先必须了解设备的电路结构和工作原理，分析故障时不能只看表面现象，而是要找到内在的原因，从根本上予以解决。维修中，根据故障情况，分块进行检查，比较容易判断出故障发生的部位。

3 结束语

通过多年对中频逆变电源的维修实践，笔者有以下几点经验和体会。

(1)工作温度：就中频逆变电源来说，其故障多发生在连续长时间使用时。由于其内部是大功率电子器件，机内工作温度过高，散热条件恶化，会导致器件烧坏，如启动电阻、可控硅、二极管、IGBT等，发生故障时需要重点检查。

(2)环境温度：尽管电源机箱内部风扇仍在正常工作，但温度太高且温度变化较大时，封闭的机器内部可能会出现结露现象。其绝缘性能会大大降低，甚至可能会引发短路事故。必要时需在箱中增加加热器或打开机箱进行工作。

(3)维修中不要忽视一些最简单、最基本的问题，包括连接线的通断、接插头的牢固等，这些问题在电源设备经过移动或受到机械振动和冲击后尤其需要注意。通常很多故障是由最简单的问题所引发的。

(4)某些元器件常温下测量是正常的，但其热性能已变坏，加电就不能正常工作，这一点需引起注意。当维修陷入困境时，必须借助示波器等测量手段捕捉分析是否是某些元器件的热性能已经变坏。

(5)电源设备接地的正确与否，也会直接影响其输出的波形品质。接地正确是抑制噪声能力的重要手段。其接线端子的接地电阻应越小越好；接地线长度要尽量短、截面积尽量大；接地必须与动力设备接地点分开，不能共地。

中频电源在电能变换领域中应用广泛，性能优越。我们只要掌握了它们的工作原理和性能，避免故障的发生，并及时维修，就可以发挥它们更大的作用，提供安全稳定的动力保障。

摘要：介绍了中频电源的工作原理,分析了几种中频电源中常见的故障,并以实例阐述了电源故障的处理方法和维修经验。

关键词：中频电源,故障,维修

参考文献

[1]李爱文,张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京:科学出版社,2000

[2]叶斌.电力电子应用技术[M].北京:清华大学出版社,2006