1、在栅压一定时，阳极电压增量Ua与阳极电流增量Ia之比，称为电子管内阻，即：Ri=Ug=常数（2）放大系数：保持阳极电流不变，阳极电压增量Ua与栅极电压增量之比，称为振荡管的放大系数，即：=Ia=常数放大系数表明了栅压对阳极电流的控制能力比阳极电压对阳极电流的控制作用要强（3100）倍。（3）跨导S：在恒定的阳极电压下，阳极电流增量Ia与栅极电压增量Ug之比称为三极管的跨导，即S=Ua=常数跨导即为栅极特性曲线直线部分的斜率。它表示栅极电压对阳极电流的控制能力。S愈大，控制能力愈强。以上三个参数Ri、S互相关联，即=SRi2.6 三极电子管的放大工作状态（1）甲类工作状态：栅负偏压Eg小于截止栅
2、负偏压Eg0放大器静态工作点为A1点，阳流导通角2=360此状态在特性曲线直线部分，非线性失真小，直流功率耗损很大，放大效率很低；（2）乙类工作状态：栅负偏压Eg2=Ego，静态工作点为A2点，阳流导通角2=180，此状态非线性失真大，直流损耗小，效率较高；（3）丙类工作状态：Eg3Ego，2180，非线性失真很大，但直流损耗更小，效率更高。2.7 电子管自激振荡当不同频率的电流通过LC并联电路时，电路呈现不同的阻抗。只有频率刚好等于谐振频率的电流通过时，电路阻抗最大，此时电路处于谐振状态。谐振电路呈现的纯电性阻抗称为回路的等效外阻，用RD表示，其值由下式决定：RD=由于只有谐振时的阻抗最大，
3、因此只有频率为谐振频率的电流ia通过LC振荡回路时产生的电压降最大，其值iaRD=k。而其它频率的信号通过时回路呈现的阻抗很小，相当于短路，很容易通过。所以，无论何种复杂波形的电流通过LC振荡回路时，它总是选择揩振频率的成分，产生谐振频率的振荡，而将其他频率的分波滤掉。电子管自激振荡器的自激振荡过程就是利用了这一选频特性。2.8 自激振荡条件（1）相位条件：要维持振荡必须使反馈线圈的反馈电压ug和振荡回路电压uk同相位。（2）振幅条件：正反馈太小也不能维持振荡，必须满足一定条件。通常将反馈电压ug和振荡回路电压uk之比称为反馈系数（用表示），值越大，反馈量也越大。因电子管的电压放大倍数k=，所
4、以：k=1要使自激振荡器正常工作，必须满足k1的条件。2.9 双回路振荡大功率高频振荡器多采用双回路自激振荡器，在双回路振荡电路中，第一槽路和第二槽路之间耦合程度借助于LS来调节，而第二槽路与感应圈则通过淬火变压器耦合。淬火变压器又称高频变压器，它是一个无铁芯的空心降压变压器，一次线圈就是第二振荡回路的电感线圈，约10匝，二次线圈为单匝，即淬火感应器。没有第二槽路的振荡器为单回路振荡器，其缺点是不能根据负载的变化调节回路的阻抗匹配，但回路耗损较少，有利于提高整机效率。2.10 电子管振荡器的工作状态及其调整电子管振荡器的工作状态对输出功率大小、电能利用效率及振荡管的使用寿命影响很大。（1）最大
5、功率输出的条件阻抗匹配问题振荡器等效外阻（Ro）与折合内阻（Rn）相等时，振荡器的输出功率最大，也就是所谓负载与电子管实现了匹配。振荡器等效外阻与加热工件大小和第一与第二槽路和耦合程度有关。而折合内阻也不是常数，它受反馈系数影响。（2）高效输出条件三极电子管在丙类工作状态（Eg3Ego，2180时，振荡器的实际效率最高（可达6080%）；而乙类和甲类较低，分别为5060%和2530%。（3）振荡器三种工作状态欠压状态：振荡管栅流比阳流小很多，可忽略不计，所以又叫无栅流或小栅流状态。只有栅压g较小时，栅流才小，故称“欠压”。由于在欠压状态下，振荡管阳极损耗很大，因而效率低。严重的欠压会显著降低振
6、荡管寿命，甚至有烧毁阳极的危险；临界状态：临界状态是指Ro=Rn，即等效外阻和振荡管折合内阻刚好匹配的状态。在一定的振荡电压（Ea）下，振荡器工作于临界状态时，振荡回路高频电压Ua1和Ia1最大，所以振荡功率最大，由于Ua1m大，Ea不变时，阳压利用系数增大。这时，阴极电子在栅极上的分配比例增加，阳极耗损减小，因此效率也增高。临界状态是调整振荡器时要选取的工作状态。过压状态：当RDRn时，振荡回路高频电压Ua1增大而“过压”。由于“过压”，反馈系数不变时，栅压也“过压”。过压造成阳流显著减小，而栅流很大。故过压状态又叫大栅流状态。在过压状态，随着RD的增加，过压程度增加，振荡器效率将继续增大，
7、但输出功率将减小。严重的过压，会使输出功率显著降低。综小所述：振荡器的工作状态以欠压和强过压状态最为恶劣，它不仅不能充分发挥设备潜力，而且会增加电能耗损，降低设备（振荡管）使用寿命，影响产品质量；而临界状态和弱过压状态是输出功率大效率高的最佳工作状态，是高频感应加热作业中所要求的工作状态。2.11 工作状态的调节在高频感应加热工件时，振荡器的RD不可避免地要发生变化。如果工件在开始加热时阻抗是匹配的，则随着工件温度的升高，由于金属电阻率升高导磁率下降，焦耳热效率和磁滞热效应减小，亦即负荷降低，Rj减小，因而RD随之增大，振荡器将从临界状态向过压状态转化，高频输出功率下降。这种现象，在工件温度到
8、达居黑点附近时表现特别明显。故而在加热工件过程中，相应于RD的增大，应随时注意减小反馈或加大耦合，以维持振荡器始终处于最佳工作状态。振荡器工作状态的调节，归纳起来就是转动三个手轮，观察四个表。即用耦合手轮调节RD，用反馈手轮改变Rn，以实现阻抗的匹配；调节移相手轮以改变输出功率。反馈和耦合手轮的配合可保持一个不动，旋转另一个，或反之，或两者同时进行。在旋转耦合，反馈手轮的同时，应注视阳流、栅流表的指示，使两者保持一定比值。在旋转移相手轮改变阳极电压时，应注视直流千伏表的指示。还有一个高频电压表（即槽路电压表），供调整工件状态时参考。3 超音频感应加热超音频感应加热装置的工作电流频率一般为307
9、0KHZ。这个频率略高于音频上限（20KHZ），故称超音频。超音频感应加热装置是上世纪60年代发展起来的一种先进表面加热设备，对中模数（2.56）齿轮、链条、花键轴、凸轮轴、曲轴的表面淬火特别适合，弥补了高频与中频对这些零件淬火时淬硬层分布不均匀的缺陷。超音频感应加热装置的工作原理及结构、外形与高频感应加热装置相同，仅在振荡电路上有两个不同点：一是振荡器频率低，因此在振荡回路上安排的电容器量大；二是多采用单回路振荡电路。4 双频感应加热装置双频感应加热装置是指具有高频和超音频两段频率的感应加热装置。目前国产双频感应加热设备，其超音频频率为3050KHZ，高频频率为90150KHZ，高频频率虽比
10、一般高频设备频率200300KHZ要低，但生产实践表明：两种频率的加热效果差不多。在电路设计上，两个振荡回路通过专用闸刀开关转换。5 中频感应加热装置中频感应加热装置的电流频率通常为10008000HZ。它适用于加热层深316mm、工件直径大（20500mm）的钢铁零件的表面淬火，亦可用于回火、正火、锻坯透热或熔炼金属。在汽车、拖拉机制造业中，曲轴和凸轮轴等零件的表面淬火多采用中频装置加热。中频感应加热装置的中频电源有中频发电机（机式中频电源）和晶闸管中频电源两种。5.1 中频淬火变压器中频淬火变压器的作用是实现发电机与负载的匹配和降压。淬火加热用感应圈大多为单匝或双匝。为了操作安全和避免零件
11、与感应圈之间电击穿而烧杯工件，感应圈上工作电压要求为15100V的低压，而流过感应圈的电流都要求较大，以便在感应圈内建立强的交变磁场。但是，中频发电机的输出电压达375V或750V的高电压，为此，用中频淬火变压器降压。中频感应加热的负载，一般是电感性负载，功率因数cos很低。频率为2500HZ的发电机，其功率因数cos通常为0.360.50；频率为8000HZ的发电机，其功率因数仅为0.20.3。为提高功率因数，通常在电感性负载两端并联若干电容器。若选择合适，使其组成谐振于中频电源频率的谐振电路，功率因数cos=1，发电机将输出最大的有效功率。5.2 电容量与匝比的选择和调整中频淬火加热时，电
12、容量和匝比的选择和调整是一个很重要的问题。电容量和匝比调整得好，有利于发电机功率的利用和提高淬火质量。一般每加热一批工件，都应调整一次，以获得适合于加热该种零件所需要的电容量和匝比。调整过程比较麻烦，因电容量和匝比互相影响，有时需要多次反复，才能达到满意效果。但无论多么复杂，功率因数cos等于或接近于1是判断电容量和匝比配合是否合适的基本标准和依据。其调整步骤大致如下：（1）调整前，感应装置的电气、水冷等系统应处于正常状态。感应圈中必须放零件，不可在无负载情况下调整。（2）初选匝比和电容量。依生产经验或感应器尺寸（内经和高度），初定匝比和电容量。一般感应器有效直径愈大，高度愈低，其阻抗愈大，为
13、保持阻抗匹配，匝比应选小些，反之亦然。电容量与匝比的调整方法：（1）观察功率因数表指示值，若cos值超前，表明负载为电容性，应减小电容量；反之则相反。但由于钢制零件在加热过程中电阻率上升。导磁率下降，因而负载性质逐渐向电感性方向转移。故在实际调整中，开始加热时，一般先将回路调成电容性负载，即调到谐振点的电容量后，再过量补偿1020%的电容量，使cos值为0.850.90（超前）。随着工件温度的提高，cos值由电容性逐渐接近于1。此时，功率表的读数正好等于负载电压与电流的乘积，表示电路已达到谐振状态。（2）当不用电压自动调整装置时，保持励磁电流恒定，则可以根据负载接通前后电压表的读数来调整电容量
14、。若接通负载后电压表读数下降，表示负载为电感性，应增加电容量；反之，若电压表读数上升，表示负载为电容性，应减小电容量；若接通负载前后电压变化小，表示电容量合适，电路接近谐振。（3）当使用电压自动调整装置时，电容量的多少还可根据接通负载前后励磁电流表读数的变化来判断。接通负载后，励磁电流上升，表示负载为电感性，应增大电容量；反之，若励磁电流下降，表示负载为电容性，应减小电容量；若不变化，则表明处于谐振状态。（4）调整匝比时可采用电机电压法和电机电流法来判断。在谐振状态下，如果匝比选择得合适，此时发电机电压和电流也都达到额定值，因而输出功率为最大。如果发电机已达额定值，而电压低于额定值，而发电机电
15、流却很小，表示匝比过大，应减小初级绕组匝数；如果电流超过额定值，而电压低于额定值，则表示匝比过小，应增加变压器初级绕组匝数。匝比改变后，功率因数将发生变化，需再次选择电容量，使cos=0.850.90（超前）。（5）若不需设备输出最大功率，匝比可不必严格选择，调节微动激磁电流，使输出功率达到要求值即可，但cos值仍需调整。5.3 晶闸管中频电源晶闸管中频电源是利用晶闸管元件的静态开关特性，直接将工频转变为中频的电源，用来熔炼金属或加热工件。晶闸管中频电源的基本原理是通过整流器先把工频交流电整流成直流，再经滤波器滤波，最后再将直流电变换成单相中频交流电，以供给负载。把直流电变换成中频交流电的装置
16、称为逆变器。逆变器的负载是感应圈，它具有较大的电感。因此，负载除消耗有功功率外，还消耗比有功功率大数倍的无功功率。这样大的无功功率，若由电网负担，则电网容量则非常庞大，很不经济，故必须用能提供无功功率的中频电容器进行补偿。根据中频电容器补偿的方法，逆变器有两种形式：电容器与感应器串联时称为串联逆变器，反之则称为并联逆变器。一般说来，并联逆变器因为对负荷变化的适应性比串联逆变器好，运行比较可靠稳定，宜于做一般用途的中频感应电源，目前应用较多。6 高频感应加热设备检修实例（天津金能电力电子有限公司 张传旭）摘要：高频感应加热设备中既有高压电路，又有低压电路；其控制电路中有继电器控制器、分立半导体元
17、件、集成电路，近年来又开发了数字、微机等控制系统。因此在分析高频感应加热设备的故障时，不要只看表面现象，而是要寻找内在原因，从根本上予以解决。高频设备的品种多，故障情况也千变万化，应掌握分析和判断故障的方法。通过具体例子介绍了这种理念。关键词：高频感应加热设备 电路 控制系统 故障1电子管感应加热设备常见故障例1设备型号码 GP100-C系列100KW（GGC80-2）等制造商 国内各高频设备生产厂故障现象 接通高压时过流跳闸故障分析与解决 对于这种现象，故障所包含的范围是较广的，可分为低压电路和高压电路两部分。低压部分是指从交流接触器到高压变压器这一段线路中的输电线有无故障，过电流继电器的整
18、定电流有无问题，这些方面容易直观检查出来。高压部分是指高压元件绝缘击穿造成的过流，像高压变压器，高压硅桥、高压旁路电容，高压压敏电阻，阳极阻流圈，阳极隔直流电容器及振荡管等元件的损坏都会造成这种故障。对此首先是直观检查，如经过仔细观察未发现可疑之处，下一步是用电压较高的摇表来测量高压对地的绝缘电阻。考虑到高压元件的绝缘电阻应是很高的，但设备上直流高压表的电阻只有6M，而振荡管阳极对地的水阻一般小于1 M，因此测前必须把这两部分的连线断开。可先拆除阳极阻流圈到振荡管阳极的连线，用摇表检测时高压对地应为6 M。在拆除高压表阻的连线，并擦净高压对地各绝缘支柱上的尘埃，再用摇表测量高压对地的绝缘电阻，
19、其值应在500 M左右。若发现绝缘不良，则可逐个断开各元件，分别用摇表检测，找出故障所在。但是摇表的检测电压（如为2500V）只是工用电压的六分之一，所以用摇表不一定能找出问题。此时若手头别无其它电压更高的测试手段，就只得用加高压观察的办法了。每次过流冲击，对高压变压器、整流桥、振荡管、交流接角器等都会带来一定的损害，因此要尽量减少过电流的次数。试验先从第一个高压元件开始，把高压变压器高压侧的连接线断开后，试接通高压。对某些合闸时激磁电流较大的变压器，又无调压设备，虽然在合闸时跳闸的次数多些，但有时还是能合上闸的，说明高压变压器无故障；对膈闸困难的问题，宜采用分两档合闸的办法或增加阻容吸收装置
20、来解决。如高压变压器无问题，就接上整流元件，断开从整流柜到高压柜（振荡柜）的直流高压连线，再通电试验。此时应注意观察变压器、整流桥、电容器等元件有无爬弧、放电现象。如此一段一段往下试，最后检测振荡管。如属振荡管内真空度降低，承受不了高压，则再加上阳极高压后会出现很大的阳流，阳流表会有指示（真空度不佳的管子，通过老炼有可能恢复正常）。对于有调压装置的设备，检修应分两部分进行，首先检查调压部分，后检修振荡部分。调压器检修过程如下：摘去可控硅调压器与升压变压器3根连线处理好绝缘。用6只（3只）200W（100W）/220V灯泡星形连接，接在调压器的输出端。调压旋钮置“0”位，调压器控制方式为“开环”
21、。合闸按正常程序送高压启动，微调高压调谐电位器（高压调谐旋钮），6只（3只）灯泡由暗逐步到亮，平滑无闪烁为正常。如亮度不均或跳变，在保证输入相序正常的情况下，了解分析调压器故障，检修调压控制板及可控硅。如上所述，调压器正常，但正常工作中掉闸，在振荡电路正常的情况下，可考虑调压器的过流点是否合适。如三相电流不平衡时，应考虑可控硅性能是否变化。检查方法是设备以电子管零电流为负载，用示波器分别监测6只可控硅上的角发波形，在逐步增大阳流时如触发波形幅值低落或者畸变，说明该可控硅（晶闸管）已坏，应予更换。在更换损坏的元件时，必须达到或超过原来的质量标准，以免影响电路性能和安全运行。例2设备型号 GP10
22、0-C系列（GGC80-2）故障现象 按加热按钮工件不加热，设备不起振，有阳流无栅流故障分析与解决 对于这种现象，故障所包含的范围依然是较广的。仍可分为可分为低压电路和高压电路两部分。低压部分是指从交流接触器到高压变压器这一段线路中的输电线有无故障，过电流继电器、栅极电路有无问题，这些方面是容易直观检查出来的。高压部分是指高压元件绝缘击穿造成的不起振；对于三回路高频设备，多数不起振是因为第二槽路电容器损坏造成。检查这种故障时宜采用分段方法，将第二槽路断开（藕合线圈到第二槽路电容器的连接铜管断开），按正常操作程序，用第一槽路工作，看此时设备工作是否正常。如此时设备能工作（起振），证明故障出现在第
23、二槽路，这时应重点检查第二槽路的电容器是否损坏，淬火变压器是否短路等。反之，则应检查第一槽路元件是否损坏，振荡管、旁路电容器等是否正常。在更换损坏的元件时，必须达到或超过原来的质量标准，以免影响电路性能和安全运行等问题。例3设备型号 GP100-C系列（GGC80-2）故障现象 设备不起振，有阳流无栅流故障分析与解决 用例2中的方法检查，故障出现在第一槽路至高压电路中，仔细检查发现电子管灯丝旁路电容器损坏（无容量），更换后设备运行正常。灯丝电容器在振荡电路中起高频交流旁路作用。当电容器出现故障的时候，高频旁路电流失去通路，振荡器自然就停止振荡了。灯丝旁路电容宜选用损耗小的云母电容，纸介油浸电容
24、由于绕制圈数多，感抗大，损耗大，很容易因发热而损坏。例4设备型号 GP100-C系列（GGC80-2）故障现象 设备不起振，无阳流无栅流故障分析与解决 对于这种现象，故障所包含的范围大部分在高压部分，首先检查调压器工作是否正常，如工作正常，高压013.5KV连续可调，则重点放在高压是否加在电子管阳极上，经检查发现阳极阻流圈断路，造成电子管失去工作电压，产生停振。出现有高压无阳流时，多数是高压没加到电子管阳极上。如高压加到电子管阳极上，正常情况下，按加热按钮后，电子管将呈现二极管状态，会有阳流出现。例5设备型号 GP100-C单回路系列（GGC80-2）等故障现象 不起振、高压正常有阳流无栅流故
25、障分析与解决 对于这种现象，在检查低压线路无故障时，重点应检查振荡电路，经用摇表检查槽路电容器、隔直流电容器、电子管、旁路电容器等均无故障，经询问，该设备停机时工作正常，但过几天在开机时即出现此现象。分析认为此设备为单回路设备，只有一个LC振荡回路，停机几天后出现故障，多数是LC振荡回路接触不良造成。仔细检查各连接点，重新打磨紧固后，开机试车一切正常（此故障多数出现在感应器与淬火变压器的连接处触不良）例6设备型号 GP100-H单回路系列（GGH80-4）等故障现象 槽路电容器容易击穿故障分析与解决 本设备是电容反馈单回路电路的电子管振荡器。槽路电容器容易击穿的原因有以下几方面：（1）槽路电容
26、器的比例配置不当，槽路电容由C1，C2，C3，C4组成，其中C3、C4为反馈电容，其容量在槽路总容量中所占的比例甚小，单从C1和C2的关系已知C1上的高频电压和阳极基波电压相近。对于C1，C2，容量大的则所承担的电压就低，反之则高，即容易击穿。因此在调整单回路时，不要使C1和C2的电容量相差太多。（2）振荡器在过压状态工作时，槽路电压比较高，这也是槽路电容器容易击穿的一个原因。因此振荡器不宜在强过压状态下工作。（3）高压电源的过压状态，也是击穿电容器的一个原因，这种情况多发生在负载突然断开的瞬间。因此在电源部分应该装设过压吸收装置，如压敏电阻器、组容吸收装置等。（4）设备灰尘过多，过潮、连接铜
27、排松动等。这里要说明的是，单回路设备槽路电容器所承受的电压比较高，如使用饼式电容器，建议两只串联使用，并定期清扫保养。例7设备型号 GP100-C系列（GGC80-2）等故障现象 高压表指示偏高或偏低故障分析与解决 高压指示异常的原因是：控制系统有故障，造成失控；阳极电压表降压电阻间跳弧，或电阻变值；电表高频旁路电容器开路。这种故障在设备振荡时读数异常，设备停振时恢复正常，很容易辨认。出现此故障时可用万用表检查，更换损坏的元件即可（多数为阳极降压电阻10W1 M或5W2 M损坏）。例8设备型号 GP60-CR13-1系列（GGC50-2）等故障现象 接通加热后两只管子中只有一只管子振荡，而另一
28、只管子无栅流不振荡故障分析与解决 本设备用两只FU-431S作并联振荡，已知两只管子中有一只管子（G8）工作正常，说明故障与两管共用的阳极阻流圈、负压整流器等部分无关，重点检查G9的有关部分。首先观察G9灯丝亮度是否正常。再在阳压为斗压时接通加热，观察阳压表的指示。可能会有两种情况：（1）G9的阳流为零。如果G9的阳极或阴极的连线未脱落，则此故障可肯定为G9栅极的直流回路不通。即当加热接通时CJ5吸合，从CJ5常开接点到栅流表、阳流表至地的这条通路中有中断之处，使得G9栅极对地无直流通路，栅极上的高频电压为零，因此无栅流也无阳流。（2）G9的栅极表为零，阳流表为0.3A左右。已知G8工作正常，
29、所以阳极槽路元件不会有问题。反馈电压由C11和C12分别送到两个振荡管的栅极。判断此故障为栅极无高频激励电压，可能是C12断路，或者是从C12到G9栅极的连线有断脱之处。此时G9相当一只二极管，故只有阳流无栅流而不能振荡。例9设备型号 GP60-CR13-1系列（GGC50-2）等故障现象 接通加热后两只管子均有阳流、无栅流不振荡故障分析与解决 此例与上例不同之处在于两管同一症状，都不振荡。判断故障是在两管共用的电路，如阳极槽路或反馈电路等部分。或者虽属其中一个管子的元件损坏，但会影响到另一只管子的工作，分析故障在下述三个方面：（1）槽路有电容器击穿短路会造成停振。（2）振荡管栅极和阴极碰极短路造成停振。（3）振荡器耦合过紧会造成停振。（4）防寄振电容击穿短路会造成停振。（5）栅极反馈电路中断，使反馈能量送不到两管的栅极会造成停振。出现故障时应认真检查，更换故障元件。例10设备型号 GP100-C、GP60-C、GP30-C、GGC系列等制造商 国内各高频
