中频、工频、谐波.doc

中频电炉在现代化铸造生产中的地位及其发展方向现代机械制造技术和冶金技术的飞速发展对铸件提出了优质、精化和节能等要求，高性能的球铁铸件、蠕状石墨铸铁及铝合金铸件等优质铸件的大量应用，使得感应电炉在现代化铸造生产中的地位日益重要。铸造车间改造和新建铸造车间中，感应电路的改造和添置往往放在首先考虑的位置。 高效、可靠和作业灵活的感应电炉的制造技术的发展，确立感应电炉在铸造生产中的重要地位。从表1.看出，与工频感应电炉相比，无论从技术性能还是从投资方面来说，中频感应电炉具有无可争议的优势地位。这使得它自20世纪80年代后期在欧、美等发达国家得到广泛应用，基本上替代了工频感应电炉。自20世纪90年代起，随着中国电子技术的飞速发展，大功率的国产固态中频电源已得到成功的开发、生产和应用。因此，工频感应电炉在中国也已逐渐在市场上消失，铸造车间内现存的工频感应电炉也在技术改造中逐步被中频感应电炉替代。表1.中频与工频感应电炉的性能比较（以铸铁件为例）序号比较指标中频感应电炉工频感应电炉评论1功率密度6001400kw/t300kw/t每吨炉容的配置功率密度允许值随频率变化，见表22熔化作业方法批料熔化法残液熔化法见注13对加入炉料要求要求小要求高指料块大小，炉料干燥程度等加料要求4熔化单耗500540kw/t500600kwh/t由于中频炉的功率密度大，热损失小，熔化时间短，其总效率高5功率调节范围0100%无级调节有级调节工频炉的功率调节还涉及三香平衡的调节，较复杂6功率自动调节可以困难功率自动调节功能是实现节能模式作业和恒率输出的前提7溶液的搅拌效应可调大且固定中频炉的搅拌效应大小随频率变成而逆向变化，因此对于铝合金熔化可以提高工作频率来减小的搅拌，降低铝液在熔化过程中的氧化烧损8实现节能模式作业的可能性能不能以节能模式运行的电炉除了节能外，尚可以避免溶液的热处理9实现恒力功率输出的可能性能困难实现熔化周期内恒功率输出可以提高电炉的生产，降低熔化单耗10冶金作业特性溶液无多次过热现象溶液存在多次过热现象这是由于工频炉须实行残液熔化作业,每次浇注后嵌锅内须留存1/3左右的残留溶液11故障诊断及保护功能完全,强部分中频电炉可实现自我故障诊断和保护,减少维修时间和工作量12与计算机可网可能性可以困难中频电炉可以与计算机熔化过程自动控制管理系统连接13对于电网的高次谐波污染有无中频电源对网的高次谐波污染可以采取措减小或消除14电源占用空间比率3040%100%15总投资比率8590%注:1.以批料熔化方法作业的中频炉可以每次将溶液倒空，冷炉起炉时不需起熔块，对块料尺寸和状态限制小，炉料过热时间短。这些都是以残液熔化法作业的工频炉所缺乏的优势。、配置高功率密度的电炉的开发和应用电炉功率愈高，其功率密度值愈高。由于同样容量的电炉配置高功率后，其单位时间内输入到炉料中有效能量增加，熔化时间降低，使得电炉的总效率得以提高，熔化单耗也降低。此外，具有同样生产能力的此类电炉的容量小，占有空间也小，总投资也有所减少。这就是为什么近年来国外大力发展中频感应炉的原因。目前，国外制造的中频感应熔化炉的功率密度通常配置到600 kw800kw/t,小容量熔化炉的功率密度配置可高达1000 kw/t以上，国内制造中频感应熔化炉的功率密度通常配置到600 kw/t左右，从制造技术来说，配置更高的功率密度并没有什么大的困难。目前这样受到炉衬的使用寿命和生产管理配套设备2个因素的限制。因为在高功率密度情况下工作的炉衬受到强烈的溶液搅拌效应的冲刷，对炉衬的要求相应提高，目前国内的炉衬质量尚未能与之相适应。此外，由于配置高功率密度的的感应熔化电炉的生产能力大，需要配置相应的自动化加料装置；否则电路的功率利用系数将大大降低，失去高功率密度的意义。减小中频电源对于电网的高次和谐波的污染措施固态中频电源由整流器和逆变器二部分组成，由于整流器的存在，输入电流（变压器二次电流）不在是正弦波。因此，固体中频电源在工作时产生的谐波电流不可避免的注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，影响其他设备的正常工作。现代化的铸造车间大都具有较大的生产能力，因此电炉的功率也较大（目前国内生产的感应电炉用中频电源已达到6000kw以上），其他工作时产生的谐波电流对于电网的影响已经成为受严重关注的问题。中频固态电源对于电网的谐波与干扰程度重要取决于它向电网的公共连接点处的谐波是否超出国家颁布的标准（见GB/T14549-93）。减少抑制电源向电网公共连接点注入谐波电流的主要措施有：l 增加电流的整流相数。该措施可以消除5、7、17、19次谐波（常用方式）；l 装设谐振滤波器，将主要谐波电流滤除，如装设5、7、11次滤波器（需定制，设备成本高，增加了故障点）；l 改变供电点，将中频电源接到短路容量较大的公用电网上（国内电器元件部分不能满足设计要求）；我公司在中频电源对于电网的高次谐波的污染主要在电源变压器和整流器部分采取了有效措施，消除5次和7谐波电流并低了11次及余下个次谐波电流的数值，从而满足了国家标准中对于电能质量的要求。目前国内中频感应电炉的能耗指标分析中频电炉在铸铁、铸钢及有色金属熔化等方面的国内外熔化单耗指标（kwh/t）比较，见表3. 铸铁、铸钢及有色金属中频电炉熔化国内外熔化单耗指标（kwh/t）序号熔化金属种类国外先进指标国内先进指标国家或行政指标备注1铸铁（1450）490500510550545750110t炉容2铸钢（1600）52554056056078915t3铝及铝合金（700）5005105505456750.45t炉容4铜（1250）*400440510570110t 如前分析，影响熔化单耗指标的因素主要有：l 感应电炉功率密度配置的高低；l 熔化周期内恒功率输出时间的比例大小；l 感应电炉的效率及感应线圈的电效率高低。