新型节能电源.docx
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新型节能电源
新型节能电源
感谢您选用建德巨龙电炉有限公司生产的KGPSⅡ系列新型节能型中频电源。
为了更好地使用和维护本装置，请在使用前仔细阅读本说明书。
晶闸管中频电源在我国诞生于70年代，是一种静止变频装置，中频电源是一种将工频50Hz交流电转变成150~10000Hz的中频电源装置。
KGPSⅡ系列新型节能电源是我公司最新开发的产品。
主要用于大吨位的金属的熔炼炉、保温炉、也非常适合大型金属（钢、铜、铝等）工件和型材（管、板、带、棒等）的升温加热。
一.新型节能电源的技术特点：
1．由两组三相全控整流桥相串联构成12脉波变流器向并联逆变器供电的装置，是一种新型的中频电源，由于采用了我公司开发的新技术，其最大优点是有很高的功率因数，即使是在烘炉阶段，其功率因数也能保持在0.70以上；而目前使用的中频电源（无论是十二脉波还是六脉波电源），烘炉阶段的功率因数都只能处于0.2左右。
2．新型节能电源的电路结构，使得在电网侧的谐波大为减少，且平均功率因数又高，因此，可大大减轻无功功率补偿装置的容量，甚至可以省掉无功功率补偿装置。
3．成套供应的新型节能电源、中频熔炼（加热）设备，其负载部分为经过精细计算后的结构，可节省大量电能。
4．新型节能电源的进线电压低，380V进线即可获得1000V的直流电压，660V的进线电压即可满足很大功率装置的供电要求。
这样工频侧的电器，如开关、熔断器等均可按标准电器安全配置，且电器之使用寿命延长，维修工作量大为减少。
5．因两组整流桥是串联的，故它们的电流是一样的，没有均流问题，因此，非特征谐波又会大大减少，进一步说明可减少或不用无功功率补偿设备的原因。
6．上述可知，流经整流变压器绕阻的直流分量电流几乎为零，即使得整流变压器的利用率提高。
换言之，可减小供电变压器的容量，以降低成本。
7．在现用常规中频设备中，为了两组相并联的整流桥中的电流相接近，必须设置很大的直流滤波电抗器,这使得设备体积庞大,发热及损耗严重；新装置中，两组电流是相等的，不但调试简单，而且还减小直流滤波电抗器的有功损耗，提高设备效率。
8．新型节能电源中的电路设计可显著提高并联逆变器起动性能。
设备的启动成功率接近100%。
综上所述，采用新型节能电源与老式的电源装置相比，其运行,维护成本下降。
用户的运行维护费用可节约12％，可节电9％。
举例说明之：
装置容量：
6000KW，二班制，每班工作7小时，则一天的用电量是：
Q=6000×2×7=84000度；设一年的作日为360天，则一年的电量
度，按9％节电计，节约2721600度，每度电价按0.40元计，即2721600×0.40=109万元。
二．使用条件
1．海拔不超过2000米。
2．环境温度-5℃～+35℃。
3．相对湿度不超过90%（25℃时）。
4．没有导电和易燃、易爆尘埃，没有腐蚀金属和损坏绝缘气体的场合。
5．无剧烈振动和冲击的室内。
6．电网电压波动不大于±10%。
三．技术参数
常用电源电气参数表：
参数
型号
输入电压
中频电压
中频功率
中频频率
用途及配套熔炼炉容量
KGPSⅡ-1000
6φ380V
1400V
1000KW
500Hz-2500Hz
熔炼：
750kg-1.5t；透热。
KGPSⅡ-1500
6φ380V
1400V
1500KW
500Hz-1000Hz
熔炼：
1-2t；透热。
KGPSⅡ-2000
6φ380V
1400V
2000KW
500Hz-1000Hz
熔炼：
1.5-3t；透热。
KGPSⅡ-2500
6φ380V
1400V
2500KW
300Hz-500Hz
熔炼：
2-4t；透热。
KGPSⅡ-3000
6φ440V
1500V
3000KW
300Hz-500Hz
熔炼：
3-5t
KGPSⅡ-4000
6φ575V
2100V
4000KW
300Hz-500Hz
熔炼：
5-8t
KGPSⅡ-5000
6φ575V
2100V
5000KW
250Hz
熔炼：
8-10t
KGPSⅡ-6000
6φ575V
2100V
6000KW
250Hz
熔炼：
8-10t
KGPSⅡ-8000
6φ660V
2300V
8000KW
150Hz-250Hz
熔炼：
10-15t
KGPSⅡ-10000
12φ750V
2800V
10000KW
150Hz-250Hz
熔炼：
15-20t
KGPSⅡ-12000
12φ850V
3100V
12000KW
150Hz-250Hz
熔炼：
20-25t
KGPSⅡ-15000
12φ850V
3210V
15000KW
150Hz-250Hz
熔炼：
30t
KGPSⅡ-20000
12φ900V
3300V
20000KW
150Hz-250Hz
熔炼40t
（本公司可根据用户要求另行设计制造非标产品）
四．主回路工作原理
1、KGPSⅡ系列新型节能电源整流回路原理：
（以十二脉波电路为例）
本装置的工作原理：
把两组不同相位的三相工频交流电源经由（每组）六臂晶闸管组成的三相桥整流后转换为六脉波直流电压；两桥相串后，构成十二脉波直流电压。
经直流电抗器滤波后输出为逆变桥的电源。
采用两桥相串联的12脉变流器，见图1。
采用此线路，有以下优点：
图1,两桥相串结构的12脉整流
Fig.1,12pulsesrectifyingsystemoftwinbridgeinseries
A.两桥无需均流
因为同一整流变压器的两个整流桥的电流相等，而每一桥的电压是由各自整流变压器的次级电压决定的，故无须设置各自独立的电流调节器进行电流平衡调节，两桥中一桥为全电压输出，即工作在全开放状态，输出单桥额定电压；而另一桥设置电流调节器进行系统电流调节。
因此，桥串整流器没有桥间均流问题。
B.功率因数大为改善
由于桥串变流器有一组桥是全开放的，即工作在
，称之为非调节桥（桥1）；参与系统电流调节的一组桥称为可调节桥（桥2）。
当整流输出电压为额定值的一半时的网侧功率因数为最低值0.75左右。
大大改善在截流区时的网侧功率因数，装置的效率亦明显提高。
C.功率因数补偿装置成本降低
桥串变流器的最低功率因数为0.75,而桥并变流器的最低功率因数约为0.2左右，显然，功率因数补偿装置几乎没有冗置容量，可明显降低功率因数补偿装置成本。
D.网侧电压低、单桥电流大
桥串结构的单桥电压低、阀侧工频电压可降低一半。
装置的晶闸管电压额定亦可减小一半，但晶闸管电流增大一半；其突出的好处是：
即使负载回路不采用电容升压时，桥串变流器的入端主开关也能采用低压电器。
低电压大电流晶闸管要比高电压的便宜易买、且运行更可靠。
2、逆变及谐振回路
由整流桥输出的直流电压施加到四只晶闸管组成的单相逆变桥的输入端,经过逆变变换后，成为单相150Hz—10000Hz的中频交流电。
图2.逆变及逆变触发取样信号电路
Fig.2,inverterschematicdiagramanditssignalsamplingcircuit
3、控制电路原理
系统控制电路由模拟运算集成电路和数字集成电路组成。
除整流、逆变末级触发功放单元外，做成一块印刷电路板结构。
包括整流触发、电流调节器、电压调节器、调功控制、保护电路、逆变、启动等功能。
A.系统控制电路
系统控制电路主要由非调节控制及调节控制两大部分组成。
后者的给定电压受制于前者，即调节控制电路的给定电压只能在非调节控制电路的给定电压中获得。
这样就确保非调节控制的整流桥工作在整流区，才能得到调节控制电路的给定电压。
即两整流桥的控制实行连锁。
◎非调节控制电路
其输出电压调节桥1相控电路的压控振荡器的频率，以控制桥1整流触发脉冲的发生时刻。
◎调节控制电路
调节控制系统电压由调功电位器输出电压，中频电压反馈信号
，电流反馈信号
按一定的程序的比例组合后作为调节桥2相控电路的压控振荡器频率，以控制桥2整流触发脉冲的发生时刻。
◎给定连锁电路
当有调功电位器给定值存在，且其值大于调功电位器位置判断比较器的门槛电压时，继电器J1吸合，常闭触点J1-2断开，主电路不能合闸。
以防酿成事故。
当调功电位器给定电压为零或很小时，允许主开关合闸，主开关的辅助常开触点与J1-2相并联。
解锁后，给定电压升高也不会受影响。
系统故障时，由保护电路产生的故障电平Ugzk驱动线路中电子开关4066接通，使两控制信号
两整流桥因相控角
而进入有源逆变状态。
B.相控电路
相位控制波形关系示于图3。
本装置的整流触发同步信号由同步变压器提供，经RC滤波及比较放大，找出触发同步信号的过零点，再由数字计数器计数延时。
触发脉宽由556构成的单稳态触发器确定，输出宽度为
，并由与非门4011进行高频调制，调制脉冲由4046产生，其频率可整定在8000～12000Hz。
以减小触发脉冲变压器的体积。
本触发电路具有抗干扰能力强、延时准确、调试方便、触发可靠的优点。
调制脉冲经由前置倒相OC放大器1413，其输出成为三相六路已予功放的调制脉冲。
实施调制宽脉冲触发的主要目的是提高大容量设备运行的可靠性、缩小脉冲变压器体积、尚能降低成本。
整流相控功放电路
整流相控功放电路采用发射极偏压以图抗干扰；发光二极管有指示的话，说明对应晶闸管的控制极回路正常。
若晶闸管已被击穿，则控制极也已被烧毁短路，因此，发光二极管熄灭，交流进线的主开关不允许合闸。
以防重大事故发生。
图3.相控电路的波形关系图
Fig.3waveformgraphofphasecontrollingcircuit
C.逆变控制电路
图4逆变控制电路波形关系图
Fig.4,waveformgraphofinvertercontrollingcircuit
逆变控制电路的波形关系见图4。
取自中频电压互感器T3次级的电压信号Ku
与谐振糟路电容器电流Ki
相叠加，产生合成电压
，由信号变压器XB送到电压比较器N601、N602,它们的输出端（7）为相位互差180°的矩形波电压。
图4可知，合成电压曲线的过零点应是引前触发脉冲产生处。
比较器的输出经阻容下跳微分后送到N603（8、5）,使得（10、4）输出一定宽度的正脉冲，经两级放大后由脉冲变压器NMB输出。
脉冲宽度由微分电路参数调定。
为方便起见，可调整C605、C609值以获得合适的脉冲宽度。
复位继电器的常开触点J2-2闭合时，内部控制电路被复位。
N604作压控振荡器用，当微型拨动开关SW601合上时，可检查逆变控制电路的工作情况。
D.保护电路
中频电源的保护功能是针对电源的各种异常和故障而设计的。
主要有过电流保护电路和过电压保护电路，冷却水温度、冷却水压力、流量检测保护电路。
整流触发移相角α>90︒的状态称为整流桥的逆变工作状态，其实质是负载向电网反馈能量，利用这一特点，可实现电源的自我快速保护。
例如，当电源出现负载短路或逆变桥直通时，直流电流和电网输入电流将迅速增加，保护电路监测到此信号后，立即将整流移相角增大至大于90︒（一般设定在150︒左右），滤波电感中储存的能量全部反馈回电网，电流迅速下降，从而起到保护作用。
过电流保护电路监视三相进线电网电流。
当电流超过整定值时，由过电流保护电路产生的故障电平Ugzk驱动线路中电子开关4066接通，使两控制信号
两整流桥因相控角
而进入有源逆变状态。
该信号使压控振荡器停振（此时整流触发移相角增至150︒），即整流桥进入逆变工作状态，同时点亮过流指示灯报警。
过电压保护电路用于保护逆变晶闸管免受中频电压（即并联补偿电容的电压过高）的损坏，其工作原理与电流保护电路是一样的，但过电压信号除使压控振荡器停振和点亮过电压指示灯外，来自保护电路的故障高电平Ugz使或非门U603（11）出0,压控振荡器U605（5）为0，使U605起振，（4）便输出脉冲列，使得逆变器晶闸管全被触发，对逆变器晶闸管进行保护。
其好处在于当系统过电压时，转化为过电流机制进行保护。
冷却水温度、冷却水压力、流量等开关量信号是经由光电耦合器来变换信号的。
其后电路雷同。
4、控制电源电路
控制电源电路。
YB1是把非标准电压变换为380V,以便后续电路可按标准电压配套，便于生产。
TB是同步变压器，30V次级电压作相控电路的同步电压及相序保护电路的取样信号。
电源变压器YB2提供±15V、±12V及逆变控制用-12V所需交流电源。
电源变压器YB3提供整流功放及逆变功放电源电压。
5、继电接触控制电路
继电接触控制电路图，接触器XC1、XC2用以对通断2组三相全控整流桥主电源开关KK*1、KK*2（以DW15为例）进行灭弧。
当主开关触点闭合时XC1、XC2接通，使得主开关的触头两端并联100Ω,100W的电阻，使主触点因啮合不好而产生的电弧被吸收，避免被电弧拉毛、烧坏,保护主触点，延长触点寿命。
接触器的电流容量为50～100A。
接触器K1、K2分别控制#1、#2桥的控制电源，只有合上控制电源后，触点K1-4闭合后方可续后操作。
主电源开关KK*1、KK*2是以贮能型DW15为例绘制的。
主电路合闸有三项连锁：
冷却水开、无故障、给定电压为零。
主开关合闸后由辅助触点KK*1-7、KK*2-7及KK*1-8、KK*2-8自保。
与《主电路分闸》按钮并联的继电器常开触头J1-1，确保装置在运行中不会误停车。
C1～Cn是短接平波电抗器及逆变器换流电感用的。
电源变压器YB4是380V/24V,即信号灯均用24V。
其中过电压及过电流由《保护电路》直接连接，电压亦为24V。
4、电器原理图（图5）
图5,桥串变频器主电路原理图
Fig.5,mainschematicdiagramofMFconvertertwinbridgeinseries
五、安装与使用
1、装置拆箱后应检视各元器件有否在运输过程中受震损坏脱落和有否受潮等现象，如发现上述时应进行修整，待缺陷排除后方可使用。
2、本装置应安装在通风良好，不受雨水侵袭的室内，并应与墙壁保持一定的距离。
3、使用前应检测电气线路是否良好，元器件是否损坏，各接触点是否有否松动和脱开等现象，如有上述情况发生应在消除故障后方能使用。
4、检查水路、水温、水质应符合本装置的要求，检查水管各连接处有否松动和脱开等现象，水管是否破裂或堵塞，并不准在机时有漏水现象，如有上述情况发生时，应及时予以修复后方可使用。
5、本装置与负载感应线圈之间的连接线应用铜排或水冷电缆进行连接，连接处接触应保护良好可靠，铜排或水冷电缆的截面积不得小于本装置中频输出铜排的截面积。
6、本装置使用前应先开进水阀或水泵，察看欠水压指示灯有否熄灭并观察各路冷却水是否正常。
7、本装置的开机、停机程序有严格的规定，因有连锁装置，故必须按程序进行。
8、在本装置运行过程中如发现水路和水冷元件等有漏水或堵塞现象，应停机后检查原因修理，待修复后方可继续使用。
9、为保证安全生产，操作者或司炉工应脚垫橡胶绝缘垫，防止炉子漏电而发生触电事故。
六、维护与检修
1、本装置应每月检查一次，清除尘土灰垢，检查电源系统的连接处和触头等有否松动损蚀现象，并及时加固。
2、由于晶闸管的过载能力较低，故不允许过载使用。
3、在本装置使用过程中，不允许机内或炉子感应圈等有短路碰线现象，否则会导致本装置因短路而损坏。
4、快速熔断器熔断后应换上同型号的熔断器。
5、调换晶闸管时，当装置有晶闸管串联或并联情况下，应注意晶闸管的配对，并严格控制晶闸管的各项技术参数，应不低于晶闸管的原值。
6、用户单位应配有专门操作维修人员，其它人员不得乱动，以防发生人为故障或扩大故障范围。
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