在我國的鑄造行業(yè)中，習慣對配置可控硅(SCR)全橋并聯(lián)逆變固體電源的中頻感應電爐通常俗稱為中頻爐。而對配置(IGBT)或(SCR)半橋串聯(lián)逆變固體電源的中頻感應電爐通常俗稱為變頻爐（這個稱呼并不確切，只是為了與前者相區(qū)別）。由于這二種感應電爐的逆變供電電源不同，所以它們的工作性能也有很大的區(qū)別。

SCR全橋并聯(lián)逆變固體電源的中頻爐（PS系列電源），IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源的變頻爐（CS或CA系列電源）。下文將對它們的優(yōu)缺點和適用范圍作一簡單比較(見表1)，以使用戶能夠根據各自的工藝要求正確選擇這二種不同類型的電爐。

表1二種固體電源的主要性能比較

比較項目	SCR全橋并聯(lián)逆變固體電源（PS系列電源）	IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源（CS或CA系列電源）
產品規(guī)格范圍	160 ～ 4000 kW	50 ～ 2500 kW
電網側功率因數	額定功率時接近于1 功率減小時功率因數降低	始終接近于1
諧波干擾	相同	相同
變換效率	中功率時相同, 大功率時略低	中功率時相同, 大功率時略高
負載適應范圍	一般	寬廣
恒功率輸出能力	冷料啟動階段輸出功率較低；改進逆變控制后可接近恒功率運行，但控制技術復雜	整個熔化過程中始終可以保持恒功率運行，控制簡單
工作頻率范圍	高至2500 Hz 主要用于感應熔化和保溫	最高可達100 kHz 適用于感應熔化和保溫，也適用于透熱和淬火
工作穩(wěn)定性	高。中頻電流自成回路，觸發(fā)可控硅必須有一定的電流，抗干擾能力強	較高。中頻電流必須通過IGBT構成回路，IGBT是電壓控制器件，外界干擾電壓可能誤觸發(fā)IGBT
器件過流容量和過流保護	過流容量大，保護電路簡單	過流容量小，保護電路復雜，技術要求高
配置電源變壓器的余量要求	較大。變壓器配置容量約為固體電源最大輸出功率的1.25倍	小。變壓器配置容量約為固體電源最大輸出功率的1.1倍
電源功率共享可能性	不能	可以
設備價格	較低	CS系列的價格通常比PS系列高30%左右。最近西安機電研究所研制開發(fā)的CA系列電源具有較高的性能價格比，電源容量在1100kW以下，其價格比PS系列略高出20%左右。
備件價格	低	較高

根據上表1，二種固體電源的適用范圍如下表2所示,供用戶選型參考。

表2二種固體電源適用范圍

電爐類型	固體電源類型	優(yōu)點
中、小功率熔化爐	IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源	高性能
中、小功率熔化爐	SCR 全橋并聯(lián)逆變固體電源	低價格
大功率熔化爐	SCR 全橋并聯(lián)逆變固體電源	高可靠性
DX型雙向供電電爐	IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源	唯一選擇
保溫電爐	IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源	高功率因數
透熱爐	IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源	溫度穩(wěn)定
表面淬火爐	IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源	唯一選擇

3.中頻電源與電爐的配置

如表1所述，采用中頻無心感應電爐實現批料熔化法可以使電源的輸出功率從爐料被加熱起至澆注前保持在最大的負載水平。但是在其后的澆注作業(yè)周期及其它非生產性作業(yè)周期（例如撇渣、取樣、等待化驗結果等），系統(tǒng)中沒有功率輸出或者僅需少量功率輸出，以保持一定的澆注溫度。為了適應各種不同的鑄造工藝需要，同時也為了充分提高電源的功率利用系數（將在下節(jié)詳細討論），出現了許多形式的中頻電源與電爐的配置方案，現列于表3介紹如下。

表3 中頻電源與電爐的配置方案示例

序號

配置方案

評論

1

單臺電源配單爐

簡單可靠，適用于電爐內金屬液熔化后迅速倒空，再重新加料熔化的作業(yè)條件，或作業(yè)不頻繁的場合。

僅對小容量及較低功率的電爐適合。

該配置方案的作業(yè)功率利用系數（K2值，見下述）低。

2

單臺電源配二爐（通過開關切換）

常見的經濟性配置方案。

一臺電爐熔化作業(yè)，另一臺爐澆注作業(yè)或維修、筑爐。

在作小容量多次澆注作業(yè)時，可將向熔化作業(yè)電爐供電的電源短時間內切換到澆注作業(yè)的電爐作快速升溫，以補償澆注溫度的下降。二臺電爐的交替作業(yè)（熔化和澆注、加料作業(yè)）保證了向澆注作業(yè)線持續(xù)供應高溫合格金屬液。

該配置方案的作業(yè)功率利用系數（K2值）較高。

3

二臺電源（熔化電源和保溫電源）配二爐（通過開關切換）

該配置方案采用SCR 全橋并聯(lián)逆變固體電源，通過切換開關實現二臺電爐交替與熔化電源和保溫電源相連。該方案目前被用戶廣泛接受并采用，它可以達到與配置方案5相同效果，但是投資卻大大降低。

電源切換是借助于電動切換開關完成，操作方便、工作可靠性較高。

該方案的不足之處是，保溫電源為了能與同一感應線圈匹配工作，它需要以稍高于熔化電源的頻率工作。由此導致合金化處理時的攪拌作用可能較小，有時需短時間將熔化電源切換過來以增強合金化過程。

該配置方案的作業(yè)功率利用系數（K2值）較高。

4

單臺雙供電源配二爐

該配置方案又可以稱為功率共享電源系統(tǒng)。它是目前國內外被用戶廣泛采用的一種先進的配置方案。西安機電研究所自1998年開發(fā)出這種系統(tǒng)以來，至今已向國內用戶提供了30余套，足見它受歡迎的程度。

該方案的優(yōu)點是：

1. 每臺電爐可以根據各自的工況選擇合適的功率；

2. 無機械切換開關，工作可靠性高；

3. 作業(yè)功率利用系數（K2值）高，理論上可達1.00，從而大幅度地提高了電爐的生產率；

4. 由于采用IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源，如表2所述，在整個熔化過程中始終能以恒功率運行，所以其電源功率利用系數（K1值，見下述）也高；

5. 單臺電源僅需一臺變壓器和冷卻裝置，與方案3相比較，主變壓器的總安裝容量小，占用空間也小。

4.電爐熔化率與生產率的關系

需要指出，一般電爐制造商在樣本或技術規(guī)格上提供的電爐熔化能力數據是熔化率。電爐的熔化率是電爐本身的特性，它與電爐的功率大小及電源類型有關，與而生產作業(yè)制度無關。而電爐的生產率則除了與電爐本身的熔化率性能有關外，還與熔化作業(yè)制度有關。通常，熔化作業(yè)周期內存在一定的空載輔助時間，如：加料、撇渣、取樣化驗和等待化驗結果（與化驗手段有關）、等待澆注等。這些空載輔助時間的存在減少了電源的功率輸入，即減低了電爐的熔化能力。

5.電爐選型時對系統(tǒng)的各項功能的評估

作為鑄造車間的重要熔化設備，感應電爐的投資在鑄造車間的總投資中占有不小的比例。因此，電爐系統(tǒng)的選型除了上面需要考慮的各類因素外，尚應結合鑄造車間本身的投資規(guī)模、技術先進性、管理水平等背景對所選的電爐系統(tǒng)的安全性、先進性、經濟性、對環(huán)保的適應性等系統(tǒng)的各項功能作一個全面的分析和評估。以下對上述幾個方面略作討論：

1.系統(tǒng)的安全性 – 系統(tǒng)的機械方面的完整的保護功能應該具備：閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的采用，冷卻水溫度及流量的監(jiān)控和報警，應急冷卻水柜和管路的設置、液壓系統(tǒng)的安全措施（軟管破裂保護措施、雙液壓泵的配置、阻燃油的采用），爐體的鋼架結構堅固性。系統(tǒng)的電氣方面完整的保護功能有：功能完備和可靠的全數字化控制板和故障自診斷功能、爐襯檢測（或漏爐檢測）功能、電源（包括電容器等）的可靠冷卻措施等。

2.系統(tǒng)的先進性 – 它應與整個鑄造車間的設備先進程度及管理水平背景相匹配。采用全數字化控制系統(tǒng)的中頻電源將大大提高電爐系統(tǒng)的作業(yè)（包括爐襯壽命和熔化作業(yè)）穩(wěn)定性和可靠性。此外，近年來在鑄造業(yè)逐漸被廣泛接受和采用的功率共享電源系統(tǒng)（俗稱一拖二電爐系統(tǒng)）、電源的遠程控制系統(tǒng)、電爐的計算機熔化過程自動控制管理系統(tǒng)、舊爐襯快速推出機構、爐襯搗筑質量穩(wěn)定的錘擊式氣動筑爐機、鐵水自動稱量系統(tǒng)、爐襯自動烘爐控制系統(tǒng)等先進裝置也大大提高了電爐系統(tǒng)的作業(yè)穩(wěn)定性和可靠性，體現了鑄造車間的技術和管理水平的先進性，也為鑄造生產的質量管理體系提供了有效的手段。

3.系統(tǒng)的經濟性 – 應該全面、合理地評估選用先進電爐系統(tǒng)所支付的較高的一次性投資額與該系統(tǒng)的較低的日常運行、維護費用及生產率提高之間的關系。可從以下幾個方面來評估這種關系：

a)根據因先進的熔化單耗指標計算得到電爐每年運行費用的節(jié)約數值來評估投資額差價的回收周期；

b)根據先進的電爐系統(tǒng)性能，如電源功率共享系統(tǒng)所具有較高的功率/作業(yè)利用系數所引起的相同功率配置情況下電爐生產率的提高來評估整體經濟效益的大��；

c) 從先進的和安全性好的電爐系統(tǒng)在日常維護方面減少的費用以及設備使用壽命提高二方面進行投資的綜合評估；

d) 從采用具有先進功能的裝置，如爐襯自動烘爐控制系統(tǒng)和錘擊式氣動筑爐機，提高了爐襯壽命，降低的作業(yè)方面的各項成本來評估其經濟性。

4.環(huán)境的改善 – 現代化的鑄造車間大都具有較大的生產能力，因此電爐的功率也較大，這可能對電網帶來高次諧波的污染。中頻固態(tài)電源對于電網的諧波干擾程度主要取決于它向電網的公共連接點注入的諧波是否超過國家頒布的標準（見GB/T14549-93, 電能質量·公用電網諧波）。減少抑制電源向電網公共連接點注入諧波電流的措施有：

a)增加電源的整流相數。該措施可以消除5、7、17、19次諧波；

b)裝設諧振濾波器，將主要諧波電流濾除，如裝設5、7、11次濾波器;

c)改變供電點，將中頻電源接到短路容量較大的公用電網上。

此外，某些工藝條件下的有色金屬和鑄鐵熔化所產生的煙霧和粉塵也對環(huán)境產生污染。此時，排煙罩的設置對于環(huán)境的改善是必要的。

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