KGPS中频电源检查与调试

贺长安 何莉莉 薛亮 何屾

【摘 要】为确保某放射性废物处理设施中频炉安全稳定运行，在熔炉投入运行前需要对其电源部分进行检查和调试。论文介绍了该设施的中频电源原理、组成，阐述了对各个电气元件及电路部分的调试检查程序及方法。

【Abstract】In order to ensure safe and stable operation of intermediate frequency furnace in a radioactive waste disposal facility， before the furnace is put into operation， it is necessary to check and debug its power supply. This paper introduces the principle and composition of the medium frequency power supply facilities， describes the inspection and debugging method of various electrical components and circuits.

【关键词】中频电源；可控硅；检查；调试

【Keywords】 medium frequency power supply； silicon controlled； inspection； debugging

【中图分类号】TM307 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）04-0146-03

1 引言

某放射性固体废物处理设施设置了两台中频感应炉用于低放射性污染金属熔炼去污作业，其配备的KGPS中频电源主要是为熔炼炉的炉体部分提供符合运行要求的中频交流电，使炉体内低放射性金属废物在电磁感应作用下加热熔化。为保证中频炉能够安全、稳定、可靠运行，确保熔炼去污工作顺利完成以及现场工作人员的安全，在熔炉运行前须对电源部分进行检查调试。

2 中频电源组成、工作原理

中频电源型号为KGPS-1000/0.5s，额定功率1000kW，频率500Hz，由整流电路、逆变电路、滤波电抗器、炉体及控制电路组成，采用水冷方式对炉体进行冷却[1]。如图1所示，三相全控桥式整流电路（V1-V6）将输入工频交流电整流为直流电，经电抗器Ld滤波后，成为一个恒定的直流电送往并联型逆变电路（V7-V10），把直流电流逆变成频率为500Hz中频电流提供给感应线圈L，在线圈内通过电磁感应产生的热量使炉体内的低放射性金属废物金属R熔化。感应线圈为感性负载会产生大量无功功率，电容器C为电路提供无功补偿[2]。

整流电路为三相全控桥式整流，电源的功率设定以及调节都是通过对整流桥可控硅晶闸管的控制角的控制来实现（根据公式 Ud=2.34UCosα）[3]，Ud 是整流输出电压，α是整流可控硅晶闸管的控制角，U是输入电压。从公式可知，在输入电压一定情况下，通过调整可控硅晶闸管控制角就可以调整输出电压，从而实现对功率的调整。逆变电路中的两对起逆作用的可控硅晶闸管交替开通与关断，实现了直流电与交流中频电的转换。

中频电源工作可靠性取决于控制电路对主电路控制可靠与否，控制电路集成制作于一块PCB板上产生一定幅度、一定宽度的触发脉冲使整流及逆变可控硅晶闸管导通，通过调整整流电压高低，实现输出功率调节。在检修后以及每次启炉运行前都应对主电路及控制触发电路进行檢查，确保电气元件完好、触发电路能发出使主电路正确导通和关断的触发信号，以保证电路安全正常工作。

3 检查与调试步骤与方法

根据电源组成对主电路和控制电路进行检查调试，调试用仪器：一台20MHz双踪示波器、万用表、兆欧表、耐压250V的灯泡4只及其他电工器具。

3.1 主电路电气检查

首先应对主电路电气元件进行检查，确认相关元器件处于完好状态下再对控制系统进行调试，电气元器件检查项目如表1所示。除检查元器件是否完好，还应检查控制柜与电气线路的绝缘是否符合要求，检查各类控制按钮动作是否灵活、检查熔断器情况、检查电路及炉体冷却水是否满足要求，电气连接线路是否有开线，尤其是不要把三条电缆线以捆绑的形式靠在机壳上，这样容易损失电能。

3.2 控制电路调试

在完成上述检查并确认电路所有的电气元器件完好后，对控制电路进行检查调试。

3.2.1 整流调试

整流电路触发形式可分为单脉冲触发和双脉冲触发，KGPS-1000/0.5s中频电源采用双脉冲数字集成双脉冲触发，调试前把平波电抗器的一端断开使逆变电路不能工作、送上电源二次冷却水、控制电路送电、观察控制柜内PCB板上的指示灯显示，有无缺相、冷却水压不足情况。

①脉冲检查

KGPS-1000/0.5s使用可控硅进行整流，如果没有触发脉冲，或者触发脉冲电压不满足可控硅要求时，就可能造成可控硅不导通，整流电路不工作。对整流触发电路进行检查，检查内容见表2。

检查时，中频电源主回路开关不工作，断开PCB主控板上6号逆变触发引脚连接线，使在整流调试时逆变不能工作，将功率调节旋钮左旋到底零位（控制角调为0），控制电路送电。

示波器置于内同步，选择双通道检测，示波器CH1探头用于测量进线电压，将CH1探头选择为×10档，与PCB板上A相测试点、公共点N上测得电压。CH2探头用于测量可控硅晶闸管触发信号，CH2探头选择×1档，将探头连接在整流管V1的脉冲放大电路G和K上，然后将功率旋钮右旋到底观察触发脉冲移相范围，正常情况下检查到的波形如图2所示。所示电压波形如不正常调节PCB主控板上限压、限流电位器或检查线路是否有误接。同理检查B、C相脉冲，用示波器的一个探头逐个依次检测六个控硅晶闸管，如果每相触发脉冲不在60度时，调节PCB板上的脉冲调节电位器。

②整流输出的检查

工频三相电流经整流后输出应为直流电流，断开整流电路与逆变电路之间的连接铜排、使主控板逆变触发不工作，如图3所示在整流输出接上电阻性负载（电灯泡）。

将功率旋钮左旋到头，启动主电路和控制电路，观察控制柜上直流电压表指示是否为零（即整流可控硅晶闸管控制角α=90度），然后缓慢匀速顺时针旋转功率调节旋钮，示波器探头连接在灯泡两端，观察整流输出电压波形，应显示为平滑的脉动直流电压波形，不应该有缺波的现象。同时直流电压表指针由零平稳上升到最高直流电压（即整流输出直流电压Ud=1.35Ucosα，E为相电压的有效值）。控制角α=0度时，输出电压为最高，灯泡的明亮发生变化，说明整流输出电压正常。

3.2.2 逆变调试

在完成整流部分调试后，拆下灯泡，将整流电路与逆变电路以及逆变触发电路接上，开始检查调试逆变电路。

同整流电路一样，逆变电路可控硅的导通也需要在其控制极施加触发信号， 如图4所示逆变触发控制信号取自负载端，采用集成电路产生触发信号，位于PCB印制电路板上。

逆变管导通和关断是通过逆变触发角来控制，逆变触发角出现得早，会使中频电压过高损坏电气元件，出现太晚，会因逆变器换相而导致逆变管短路。对逆变电路进行检查时主电路不送电，连接上PCB主控板上逆变触发连接线，控制电路送电，将PCB板上逆变触发电路中的它激检测开关置于检测触发脉冲位置，启动控制柜上“逆变启动”，将示波器的探头分别接在逆变可控硅的控制极和公共点，观察逆变触发脉冲波形，波形如图5所示，脉冲幅度应在4V以上，脉冲宽度50～100μS。

3.3 启动电路

完成上述检查调试后，合上主电路开关，缓慢旋转功率调节电位器，进行试启动，观察直流电压表、电流表和中频电压变化情况。调节使直流输出电压为200～450V之间任一电压不动，10～20s后，装置产生中频嘘叫声，中频电压表有相应指示，中频电压与直流电压读数之比为1.3～1.5，则逆变起动成功如果直流电流表超过100A时仍未听见中频啸叫声，应立即将功率调节电位器调至零位，将逆变重新启动。

在调试中如发现整流、逆变触发脉冲正常而电路无法启动，可能的原因是可控硅晶闸管损坏或是补偿电容被击穿，需检查并更换损坏电气元件；如气件完好而整流和逆变无触发脉冲，说明主控板损坏，将备用PCB主控板换上，新换上的控制板仍然需要经过上述调试检查才能进行工作。

4 结语

通过对中频电源的检查和调试，可以有效发现和减少影响安全运行的隐患，使输出的电流满足熔炉运行的需要。总之调试和检查是保证KGPS中频电源可靠运行的重要手段，可以有效确保中频炉运行期间的电气安全。

【参考文献】

【1】唱鹤鸣.感应炉熔炼与特种铸造技术[M].北京：冶金工业出版社，2002.

【2】王兆安.电力电子技术[M].北京： 機械工业出版社， 2009.

【3】梁文林.感应加热装置[M].北京：机械工业出版社，2008.