KGPSS 1500KW2T串联双供电一拖二中频磁轭液压熔炼炉.docx
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KGPSS1500KW2T串联双供电一拖二中频磁轭液压熔炼炉
1500KW/2T串联双供电一拖二中频磁轭液压熔炼炉
（12脉串联谐振设备技术方案及报价）
全套系统介绍
3.1中频熔炼设备的概述
本套串联谐振中频电源总功率采用的是12脉KGPS-CL2-1500/300，配套变压器容量1600KVA，中频电源总功率采1500kW、300Hz。
中频电源对两台炉体同时供电时，功率可以根据生产情况任意分配，但其总功率不能超过额定功率1500KW，其中一台炉体用于熔炼、一台炉体用于保温、调质或者两台炉体同时熔炼，以上为一拖二的说明。
高压开关柜
整流变压器
低压柜1
低压柜2
闭式冷却机（含备用水泵）
12脉冲整流柜
直流滤波电容器柜
串联逆变柜2
串联逆变柜1
逆变电容柜2
逆变电容柜1
备用水泵
2号炉体
1号炉体
开式冷却塔
大功率整流器都会对输出交流电网产生非正弦波电流，既对电网产生有害的电流畸变谐波。
由于我公司电源采用的是串联谐振电压反馈式的控制方式，输出功率的大小是靠调节逆变器触发频率来控制的，不需调节整流可控硅的导通角度来调节功率，致使整流可控硅始终处于全开放状态，故功率因数始终大于0.95，谐波含量小，整流输出电压恒定不变，波形好，因此设备的运行效率高，可以节约10～20%电能，节能效果明显。
完全能达到国家GB/T14549-93的用电标准要求。
3.2本套电炉设备的技术参数
名称
单位
参数
备注
电炉参数
额定容量
t
2
电气参数
整流、逆变形式
串联
变压器容量
KVA
1600
整流变压器
变频电源额定输出功率
Kw
1500
变频电源额定输出频率
Hz
300
变频电源整流线路形式
12脉冲
功率因数
≥
0.95
变频电源的变换效率
≥
0.97
进线电压
V
380×2
直流电压
V
1000
直流电流
A
1500
中频电压
V
2300~2500
综合参数
出炉温度
C
1450
熔化能力（1200KW计算）
t/60min
2-2.3
热炉，面包铁，不含工艺时间
启动成功率
%
100
工作噪音
db
≦80
故障率
%
<1.0
液压系统
液压站容量
L
200
使用工作压力
Mpa
10
液压介质
液压油
冷却水系统
电炉冷却水流量
m3/h
≥100
炉体冷却水出水温度
℃
≤60
电源冷却水流量
m3/h
≥20
电源冷却水出水温度
℃
≤40
供水压力
Mpa
0.15~0.25
进水温度
C
<28
出水温度
C
<60
应急水进水温度
C
<35
应急水进水压力
Mpa
0.15
应急水流量
m3/h
≥40
3.4中频电源介绍
整机可实现傻瓜式操作，避免操作失误造成事故。
高功率因数，低谐波干扰。
整机功率因数comφ≥0.95，无需配置无功补偿和消谐波装置,降低建厂投资.
逆变脉宽和换流死区时间均可灵活调整，以适应各种负载频率。
高可靠性：
众所周知，串联逆变最令人头痛的是直通保护困难，而产生直通的原因80%来自负载突变，控制线路为能够及时适应，或外磁场杂波干扰等造成逆变脉冲触发错位。
本线路采用电压电流双重锁控脉冲位置，从根本上解决产生直通的因素。
高启动成功率:
任何负荷状态均可100%启动,具有极高的负载适应性能：
即便在冻炉（冷炉）状态下仍可高功率因数满负荷输出
启动方式：
采用它激扫频启动，启动成功后转自激，有电压信号锁定相位，电流信号锁定相位，大大提高了设备的稳定性。
极高的节电效果：
由于串联谐振属于自然换流，无换流重叠角，所以不存在关断损耗；又由于串联谐振逆变电路，逆变输出的每一分电流都流经感应负载，并且无功分量极小，极大程度降低了槽路损耗，再加上低谐波无功损耗，相对并联谐振节电率达20~30%，每吨节电100-300度，对于中频熔铁。
环保性能好：
相对并联谐振，整机运行声音平稳轻脆，无杂波噪音。
对电网中频谐波极小。
高频率特性：
用普通KK逆变硅（关断时间20uS），工作频率能达到4KHz，如果用KA或KG可控硅，频率能达到15KHz，达到超音频感应加热效果。
由此可实现大功率超音频电源的生产。
其成本远低于同等功率的IGBT电源，但其稳定性又远高于IGBT电源。
高组合性，轻松实现一拖二（十二脉与六脉），实现功率的自由分配。
控制板自带频率数显，直接可以观察频率。
启动过流检测，最大程度减少启动失败。
限流与过流分开，调节更加容易，并具有过流减半功能。
启动电压信号与电流信号先后投入，解决启动初期电流信号不稳定的现象。
整流逆变板保护信号采用光耦隔离，提高抗干扰。
可以外接功率分配板，可以实现更加线性的功率分配，功率从大到小都可以自由分配。
3.4.1串联谐振中频电源原理介绍
可控硅串联逆变电源由进线变压器、整流器、滤波电容器、逆变器、谐振电容器、感应线圈及CL控制器组成，具有主回路控制简单，故障率低、维护方便、设备运行效率高等优点。
3.4.2电源整流器
中频电源控制系统采用CL芯片技术，目前最先进的控制方式。
串联谐振电源具有功率因数高（≥0.95），谐波含量小，电效率高，整流控制简单，设备启动成功率100%（在任工况下不存在启动困难的现象）。
整流器的作用是把交流电能转换成直流电能；串联谐振的整流部分是采用三相桥式整流器，整流晶闸管工作时完全处于全开放状态（其工作状况如同二极管组成的三相桥式整流器），输出端由电容器滤波，所以电压输出平稳，不会降低功率因数和增加谐波干扰。
整流器的输入电路采用快速断路器和快速熔断器作为短路保护。
并且在电源故障报警时，可控硅全控整流桥相当于一个固态控制开关，会立即切断主回路，对电源主要器件进行最有效的保护。
3.4.3电源滤波器
过滤直流电源上的纹波信号，使直流电压更为平稳，抑制中频交变分量对工频电网的影响，为逆变器稳定工作提供了有力保障。
滤波电容器是自愈式水冷电容器，通过外接循环水冷却，过载能力大，可靠程度高，运行稳定。
3.4.4电源逆变器
本线路采用的是逆变扫频启动电路，它激转自激，主要有IC发出两路逆变信号，送到有IC10和IC11构成的逆变脉冲信号分配器和整形电路，再由IC14（556）驱动功放管，最后输出接到逆变脉冲触发板。
自激信号有两路组成，一路是取自逆变电流的电流信号，另一路是取自谐振电容器上的电压信号。
两路信号相位相差90度。
启动演算电路
本电路采用是它激转自激启动，由于串联逆变启动成功率高，只需向逆变桥发出一定频率的脉冲就可以起振，启动的最高频率有W4控制，它激频率的范围一般是低于谐振频率，大约在60%左右，调节最低频率应该是谐振频率的20%左右
启动前，先在逆变桥给予一定的直流电压，此电压有整流板给定电位器控制，此时发出逆变两路它激信号，如果此时检测到了逆变的电流电压信号，逆变启动成功，如不成功，逆变重复扫频，扫描速度是0.5秒一次，可以改变逆变器电压电流相位，直到启动为止，启动成功后，启动灯和扫频灯灭。
IC1与周围电路构成给定积分器，实现全电压启动，实行慢升快降，更符合中频感应加热设备的操作。
逆变控制板共有三个调节器组成，分别实现限压，中频限流，交流限流的实现，有IC2周围电路实现，并有相应的指示灯指示，便于观察。
IC7周围电路构成了逆变移相角调节器，根据负载自动调节逆变移相角，并和IC8A组成了逆变扫频电路。
保护电路
过压保护：
过压保护设定在限压保护的1.2倍左右，增大R75可以增大比值。
过压电路有IC3A（556）组成。
输出过流保护：
输出过流保护设定在输出限流保护的1.5倍左后，增大R76可以增大比值，过流电路有IC3B（556）组成。
交流过流保护：
交流过流有电位器W2调节，过流电路有IC4B（556）组成。
保护线路在得到保护信号后，分成两路，一路送往整流部分用与整流拉逆变，将整流能量拉回电网。
一路送往逆变，封锁逆变脉冲，逆变停止工作。
整流保护：
有整流过来的保护信号，比如说缺相、水压低和充电保护，这时候封锁逆变脉冲，逆变器不能工作。
启动过流保护:
中频启动时，如启动失败会产生较大的直流电流，这里是启动不成功如达到额定电流70%（最大，启动电流可有W5调整），S2-2可以关闭此功能。
所以在一拖二开机时，一台设备要开始要将另一台功率降低，防止过流保护功能起控，启动成功后和中频停止后，保护将关闭。
3.5串联电源与并联电源的比较
3.5.1串联中频感应熔炼炉特点
图1为串联逆变中频感应熔炼炉（以下简称串联电路）主回路电路图。
该种供电方式是一台电源可以同时向两台电炉馈电熔炼，亦可以一台炉子熔炼，另一台保温。
以我公司生产的一拖二串联谐振中频感应电炉为例，由图1可知，逆变部分是由2个半桥式逆变电路相串联。
这种串联电路在使用过程中，整流电路一直处于全导通状态，所以功率因数≥0．95（整流输出电压
Ud恒定不变），串联电路功率输出是通过调节逆变导通角大小来控制的。
这里所指的功率因数是：
COS￠=P／S
式中：
P有功功率。
S视在功率￠——电路中电压与电流之间相位差。
3.5.2并联中频感应熔炼炉的特点
图2为并联电路中频感应电炉主回路电路图，逆变部分为并联电路。
这种并联电路在使用过程中，功率输出是通过调节整流导通角大小来控制的，整流电路一直处于被调节状态（整流输出电压处于不断的变化中）。
并联电路的功率因数与整流导通角成正比例，当电炉打新炉衬烘炉或新开炉时，小功率输出时间较长，整流导通角前移很小，功率因数严重不达标。
影响变压器
的利用率，同时也严重影响生产率。
当用大、小中频电源（并联电路）加换炉开关切换的方式时，存在换炉开关的工作电流过大，换炉开关的工作电流产生集肤效应（工作频率50Hz）以及频繁切换等问题，因而难以稳定工作。
通常换炉开关的工作电流=中频电流×Q（品质因数系数为12）。
3.5.3串联电路中频感应电炉的新特点
1新型无功功率补偿变频技术的运用，负载串联谐振时，变频电源中的
整流桥工作在全导通状态，系统功率因数>0.95。
2功率控制与多供电分配技术的有机结合，（一台变压器）一套整流系统在额
定范围内可将电能无级分配给多台逆变器，逆变器再根据工艺需要无级调功给感应电炉供电。
3系统成套自动化程度高、优化组合功能完备。
4节能效果显著
①采用并联逆变技术的变频电炉平均COS￠≥0.8，采用串联逆变技术其COS￠≥0.95，可节能10%。
②与其他电路相比，负载回路的电流要小10一12倍，可节约运行电耗3％。
③无需大容量滤波电抗器，又可节约电耗1％。
④每台感应熔炼炉由一组逆变器独立供电，无需安装大电流换炉开关切换，可节约电耗l％。
⑤串联逆变器，在运行功率特性曲线中，不存在功率凹角部分即功率损失
部分，使之熔炼时间明显缩短，既增加产量又节省电耗，可节能7％
⑥上述5项共节能（电）22％。
3.5.4国际应用情况分析
由于一拖二的串联谐振中频感应电炉具有以上特点和优势，很适合于铸
造行业使用，属于铸造行业熔炼设备的发展方向。
目前国际上铸造行业并联谐振中频电炉产品已逐步被淘汰，国内新上项目中也很少使用，已都在使用串联谐振中频感应电炉。
四、钢结构液压倾炉炉体
4.1炉体结构
钢结构带液压倾炉中频炉体结构，由炉体固定架和炉体本体组成，炉固定架和炉体采用整体性开放式骨架结构。
此种结构强度高、刚度好、便于散热、能防止倾炉时炉衬产生应力变形，同时便于接近炉体，对其重要部分进行检查维修。
炉体的倾转是由液压系统控制，靠炉体两侧的两个液压缸顶起实现的，采用这种方式是考虑到倾炉时的匀速平稳、操作方便，炉体的复位是靠炉体的自重产生的压力实现的。
炉膛中铁液的高度和直径比较大。
本炉膛吸收国外先进炉型的优点，在计算机分析的基础上确定的，采用串联逆变式电路，因此功率因数得到改善，电效率得到提高。
4.2线圈
线圈是感应熔化系统的核心，是由横截面壁厚恒定的重型铜管制成的，使用重型铜管可防止线圈变形。
感应器线圈在电流的作用下产生强大的磁场，此磁场使炉膛内的金属产生涡流而发热。
线圈是电能转换成热能的关键所在，所以线圈的设计非常重要。
本炉的线圈是结合感应炉的实际使用情况，根据电磁场原理，是富有理论知识及多年设计经验的工程师通过计算机专业软件的计算而确定的最佳方案，感应线圈的设计功率与实际运行功率的误差不大于5％，线圈的绝缘，特别是匝间绝缘采用新型线圈锁紧办法来保证（如下图），专用复合支撑按一定间距与线圈连接并固定，这不仅增加了线圈的刚度，而且当线圈需要取出维修或检查时，还有助于处理线圈。
我们公司的感应器是按照以下的工艺要求严格制作：
绕制→整形→酸洗→钝化→浸漆→皂化→烘烤→干燥等，经过3倍于常规压力的水压（0.6MPa）实验历时30分钟无渗漏才可装配。
4.3磁轭
磁轭的特点：
磁轭制作采用半弧结构，使磁轭更好的贴合线圈外壁，避免损伤线圈和磁轭中间的石棉板和环氧树脂板，双层绝缘可减少磁轭的发热量保护硅钢片的绝缘，从而延长磁轭的使用寿命（见下图）。
磁轭包容面积高达70%以上，超出国外10%以上。
磁扼的作用：
磁轭在钢壳感应炉中发挥很重要的作用，主要有一下几方面。
其一：
是节能降耗，感应炉的工作原理是：
用交变的磁力线穿过被加热物料，被加热物料电磁场的作用下，产生巨大的涡流电流，涡流电流使物料产生热能从而使物料被融化。
电炉效率的高低除了在感应器匝数的设计和负载连接方式以外，磁轭就起到很关键的作用，它将发散的磁力线集中起来，在设备节能环节起到很大的作用。
其二：
是磁屏蔽的作用，在感应线圈周围分布若干条磁轭，将发散的磁力线集中起来，尽量减少漏磁通，避免外部钢构件穿过磁力线，产生电磁感应而发热。
其三：
是作为感应线圈的径向紧固与支承作用，使磁轭、线圈与炉壳连成刚性体。
磁轭采用优质高硅晶粒有取向的冷轧矽钢片叠制而成；在两侧用不锈钢制作水冷夹板，给磁轭降温并使磁轭强度提高。
4.4水电引入系统
在炉体冷却水入口处，设有电接点压力表，以控制和监测冷却水压力的变化，在炉体冷却水出口的每一个支路上各设一个双金属信号温度计，用以监控冷却水水温的变化。
炉体引电采用水冷电缆，电缆头扣压成形，接触电阻小、连接可靠、夹布胶管更换方便。
感应器与电源的最终连接是通过水冷电缆进行连接的，电缆的长度以及布置方式对整体效率也有一定影响，过去的结构大多采用后出线方式，为满足正常使用，水冷电缆必须有足够的长度。
此外，在倾炉过程中，由于电缆摆动幅度大，连接处长期反复受力，影响使用寿命。
我公司的电炉采用的是侧出线方式，即水路、电路均从炉体侧边引出，通过靠近旋转中心位置与导电铜排以及汇水器连接，这样就缩短了电缆的长度，最大限度减少了电缆的摆动，既提高了效率，又提高了寿命。
4.5液压系统
液压系统由液压站、液压缸及液压操作台和液压电控箱组成；
炉液压系统提供的动力源履行提升、将炉子向前倾出钢水。
炉体可以倾转95度，倒出全部金属液，并可以根据需要在倾转的过程中的任意位置停留。
4.5.1双系统液压站
液压系统采用双系统，就是在液压箱上安装两套液压元件，设备正常运行是只需要一套系统，另外一套系统备用。
由于炉体内的钢水温度到达出炉温度时万一液压系统出现问题是很危险的，这时就要启动另外一套系统，这样就不会影响正常的生产。
液压系统包括控制系统、油泵、液压阀和油箱。
液压泵和液压阀选用国内著名液压件厂元件，安全性好，保证系统运行的平稳。
4.5.2炉前操作台
操纵台是控制液压系统的运行，当一套系统出现故障是马上启动备用系统，液压站油泵起动加载均采用转换开关电动控制便于操作，过程中由于操作人员的疏忽，经常出现非工作状态，高压溢流运行，造成油温上升，介质性能下降，系统易产生故障等。
我公司采用多路换向阀后，彻底避免了上述现象，油泵开启后，系统仍处于卸载状态，只有操作手柄工作时，才可升高压力，工作完毕，系统自动处于卸装状态，从而彻底避免了因操作失误而产生的油温升高现象。
4.6中频炉总体结构特点
炉体设计必须有炉衬顶出装置,具有快速拆除炉衬的功能。
感应器必须用牌号为T2的优质紫铜管在专用工具上绕制而成,并经整体浸漆.真空烘干等绝缘处理。
磁轭采用牌号为Z11的日本进口冷轧无取向矽钢片或武钢的高矽钢片叠制而成。
倾炉系统采用液压式,倾炉缸采用倒装式安装.进油口要有限速切断阀,炉体倾炉耳轴要有良好的润滑装置。
所有液压元件均采用国内优质品牌产品。
炉体部分具有漏炉报警,冷却水失压及冷却水超温保护措施。
中频电源主回路应采用可控硅串联谐振电路,并应满足输出功率旋纽在任何位置均可启动,且启动成功率不得低于100%。
中频电源所有可控硅保证工作电流不得大于元件额定电流的50%。
中频电源具有过流.过压.缺相及水温.水压等保护措施。
炉体框架必须保证足够的强度,防止因变形而导致炉衬寿命短等一系列问题,炉壳下部设有炉衬顶出机构的固定支架。
磁轭采用优质冷轧硅钢片叠制,用不锈钢夹紧,设有良好的水冷散热装置,磁轭对感应圈覆盖面积要达到60%以上。
水冷电缆连接要牢固耐用,更换维修方便。
坩埚模采用厚钢板卷制而成,确保同心度及焊接面平整。
液压泵采用双机双泵机组（一套工作,一套备用）,该机组用卧式机组,油泵外置式,必须要有油液过滤装置.液压操作台,可控制炉体在0—95度范围内倾动及炉衬推出,系统工作可靠.平稳,无冲击及爬行现象,速度可调并可在任意位置停留。
五、产品质量及制造能力的保证体系
1）我公司的主要机械及电气设计工程师在中频感应加热行业都有十年以上的设计、制造，现场调试经验，不断探讨国内外同行业的现状及新思想，以依靠科技进步、诚信务实发展为原则，把设备品质、性能、节能贯穿在整个设计、制造、生产中，不断为用户提供优质产品、优质服务，始终坚持质量第一，用户至上。
２）生产设备的原材料外配件在长期的生产中，建立了稳定合格的供应方，保证了原材料和外配件的质量。
３）在生产过程中，每个零部件都有质量标准及负责人，对于关键的零部件如感应器的制造、安装等都有专门的工艺守则，确保制造安装一步到位，避免质量事故。
４）产品从制造到投产都要经过出厂前检验，出厂检验的内容包括：
模拟带载试验，外观检查，机械尺寸检查，感应器线圈的绝缘检查，耐压试验和水压试验，动力系统的检查和中频电源各参数试验。
所有检查合格后由检查员填写产品合格证书与相关文档统一编号，并将各种试验数据记录存档，保证产品质量有可追溯性，投产检验主要是按照技术要求的标准进行各种参数测试。
5）对所有外购配套设备都经过严格测试选用，确保各配套设备严格执行国家相关标准生产。
六、售后服务
7.1根据用户生产车间现状，以最快的时间提供全套设备的平面布置和基础设计。
7.2向用户提供与设备有关的所有外部参数，包括水，电，气等的要求，协助用户对外围设备或材料进行选型。
7.3对用户的操作人员和维修人员进行免费技术培训，确保操作人员能够熟练操作设备，维修人员能够对设备进行例行检查，判断设备的故障点和要更换的损坏元器件。
免费负责全套设备的调试和试运行。
7.4保修期为一年，终身有偿服务及维修。
7.5在接到用户维修要求后立即作出响应，表明处理问题的态度，24小时内前往用户现场尽快处理问题。
7.6全套设备由我公司工程技术人员现场指导安装并调试。
七．本系统：
12脉1500KW/2T串联双供电一拖二设备供货清单与报价：
序号
设备名称
型号
数量
1
进线控制柜
KGPS-CL2-1500KW/300HZ
2台
2
12脉串联中频电源柜
（含电源外控操作台）
1套
3
中频电容器柜
2台
4
钢壳液压炉体
GW-2t
2套
5
水温、水压报警系统
CL-WY
2套
6
液压泵站
双机双泵
1台
7
液压倾炉操作箱
双控
1套
8
坩埚模
2T配套
2只
9
水冷电缆
炉体水冷电缆
8根
升级会员 