保定市武德电器制造有限公司

保定市武德电器制造有限公司,原名为三环高频,原先以三环高频名义发生的设备的售后服务以及债权均由武德公司负担.

一、高频感应加热设备的应用领域

高频感应加热设备主要用于金属表面热处理，钢管焊接，金属熔炼等。

我厂生产的高频感应加热设备主要分为单回路和三回路两种形式。三回路指一槽振荡回路，二槽振荡回路和反馈回路。能稳定的振荡频率只有一个。电路调节较为方便，主要用于多品种，小批量钢管的焊接以及工作热处理。

单回路只有一个并联谐振回路，采用电容反馈，与三回路比较，线路简单，槽路电压高，效率高，能耗低。

为适应焊管形式，提高生产效率，节能降耗，大多采用单回路高频设备。

我厂高频设备采用可控硅调压，焊接功率调整方便。加热停止，可控硅自动封锁，整流变压器处于零电压状态，无空载损耗，同时也避免了整流变压器送电和停电时产生的涌浪电压，减少了对整流变压器及压敏电阻，硅桥及隔直电容的冲击。

我厂高频设备的槽路输出有鲜明的特点，即独立毗连式焊变电容柜。槽路电容和槽路电感工艺位置相互独立，具有一定的间隔，电气干扰和热辐射被隔离。它们距离又是最近，减少了振荡损耗。这样既省电又降低了槽路电器的损坏几率。

二、高频加热设备的工作原理

1.    工作原理介绍

工频电源（380V，50HZ）经过开关调压柜后，变为可调电压（0-380V，50HZ），经过整流变压器与硅堆后变为0-13.5KV的直流电压，作为电子管的工作电源。振荡槽路在电子管提供的能量补充下，将直流高压变换成高频高压，再经过焊接变压器变换成低压高频电源，最后通过感应圈，利用高频电流的感应作用，集肤效应，及邻近效应，使钢管开口两侧的电流密集，迅速熔化，经过挤压辊的挤压，熔接在一起，达到焊接目的。

调压电路

为了适应不同的焊接负载，要求进行功率调节。开关调压柜是完成功率调节的重要环节。核心部件调压板每隔60电角度发一组脉冲列，去触发相应的可控硅，使输出电压变为0-380V可调。采用单相同步琐相环技术，具有良好的稳压作用。其它方面参阅《调压说明书》。

电子管的灯丝电源

电子管的灯丝电阻在冷态与热态时电阻值相差很大（R冷：R热=1：13）。如果额定灯丝电压直接加上，在开始的瞬间就会有约十几倍额定灯丝电流的冲击电流通过灯丝，灯丝会由于大电流所引起的磁场力而变形，甚至损坏。因此额定灯丝电压不能直接加上。

电子管的灯丝供电采用谐振式磁饱和稳压器两级供电方式。启动时，先送半压，延时后再送全压。工作原理如图：

磁饱和稳压器的次级铁芯柱截面积约为初级的1/2。具有初级绕组和次级绕组外，还有一个谐振绕组套在次级铁芯柱上，与谐振电容一起产生大的谐振电流，通过铁芯。根据变压器原理，次级铁芯磁通量达到饱和程度后多余的磁通再也不能通过，从而达到稳压的目的。

           D1 D2    30 31  F           G

谐振绕组不并联谐振电容时为第一级供电（灯丝半压），并联谐振电容时为第二级供电（灯丝全压）。灯丝稳压器的稳压精度为±2%。

电子管阳极电源

开关调压柜的可调输出电压经过整流变压器升压和高压硅堆整流后，变为0-13.5KV的直流高压,作为电子管的阳极电源。直流高压经过表阻板降压后，作为调压板的负反馈信号，形成闭环系统，使阳极电压基本保持稳定。

电子管振荡电路

电子管振荡电路由电子管，LC选频电路及反馈回路组成。电容C和电感L都是储能元件，如图连接：假设电容C已经充好电，在开关K闭合的瞬间，电容器Ｃ中的电荷通过电感Ｌ释放。电容器Ｃ中的电荷释放完毕后，电感Ｌ中便储存了能量，形成了电能和磁能的相互转换，即电磁振荡。由于线路中存在一定的电阻，这种电磁振荡是阻尼振荡。为了使阻尼振荡成为等幅振荡，应在每一个振荡周期向振荡回路补一次能量。

                               K

                 C                       L

                               i

5.1电子管

电子管是一个真空三极管，由阳极Ａ，阴极Ｆ，栅极Ｇ组成。

阴极F：发射电子，保证管内电流流通。

栅极G：形状为网状或条形，能让电子通过，能控制从阴极流向阳极的电子流，实现电子管的开关作用。

    阳极A：建立管内磁场，接收电子，形成阳极电流。

                                               A

                                                     G

5.2考毕兹(COLPITTS)振荡电路                 F

    振荡回路由C1，C2及L0组成。C3，C4为反馈分压电容，V为电子管（如图）。反

馈电压取自电容C2，由于电容对高次谐波阻抗很小，于是反馈电压中的谐波分量小，输出

波形较好。由于反馈信号与输入信号的相位同向，所以又称自激放大器。栅极回路中串联一

只电阻R1（栅偏电阻），当电子管加上直流电压后，栅极回路无电压，无电流，所以栅偏压

为零，阳极电流形成，振荡开始。振荡开始后，反馈电压加到栅极，因此栅极回路中产生了

电流，流经栅偏电阻R1时产生栅偏电压（近栅极断为负），控制振荡。同时栅偏电阻还具

有稳定振荡强度的功能。这种方法称为自给栅偏压（或称栅漏电压）。

                         C5

                                             L0

                                     C3

                                            C2   C1

                         R1         C4

                 F

三、电子管振荡器工作状态计算（FD935）

以电子管FD935S(400KW)为例。

Uf:灯丝电压      If:灯丝电流   Ea:阳极电压       Iao:阳极电流  

Igo:栅极电流     Pa:阳极耗散功率Pgo:栅极耗散功率f:振荡频率

Ea(阳极电压)，Eg（栅极负偏压），Uamin（阳极最小电压），Iamax（阳极峰值电流）的参数选择。

           Ea取13.5KV。

           Eg=2x13.5/30=900V，取800V。

           Uamin=(1-ξ)xEa=(1-0.89)x13500=1500Vξ:阳压利用系数，取0.89。

           Iamax=CxPout/Ea=4.8x407/13500=144.7A对于丙类工作状态，C取4.8。

PQ负载线

工作线是电子管在射频周期内各级电流电压变化的轨迹。P点是电子管在射频周期内Uamin和Iamax在恒流曲线上的交点。Q点是电子管的直流高压Ea和栅极负偏压Eg在恒流曲线上的交点。此时阳极电压最大，阳极电流为零。PQ两点的连线即为工作线。FD935S恒流曲线图及艾马克电子管特性计算器如下图：

                                        A

              阳极电流                       B

              栅极电流

Ug(v)                                               C

                                                  D

       60

     1200 P      40

1000               180                                     E

                       140

400                             120                           F

     200                                  Ua(kv)                        

    0                                   40

   -400                                   5

-600

     2      6       10     Q 14      O                        G

3．工作状态计算（参考文献：发射管实用手册）

把艾马克电子管特性计算器正面朝上放在恒流曲线上，并使计算器上的“导向线”与PQ工作线保持平行。逐步移动计算器，使OG线通过工作线的Q点，OA线通过工作线的P点（注意导向线与工作线始终保持平行）。分别找出OA OB OCOD OE OF各线与PQ工作线的交点。这些交点就是电子管射频周期内阳极电流和栅极电流的瞬时值。列表如下：

    按切菲公式计算直流分量和基波分量

(1)阳极直流分量

Iao=(0.5A+B+C+D+E+F)/12=(0.5*142+138+128+102+38+0)/12=40A

(2)阳极基波分量

Ia1=(A+1.93B+1.73C+1.41D+E+0.52F)/12

=(142+1.93*138+1.73*128+1.41*102+38)/12=68A

(3)栅极直流分量

Igo=(0.5A+B+C+D+E+F)/12=(0.5*62+48+32+8)/12=9.9A

(4)栅极基波分量

Ig1=(A+1.93B+1.73C+1.41D+E+0.52F)/12=(62+1.93*48+1.73*32+1.41*8)/12=18.44A

(5)输入功率

Pin=Ea*Iao=13500*40=540KW

(6)振荡功率

Pout=Ua*Ia1/2=ξEa*Ia1/2=0.89*13500*68/2=408KW

(7)阳极耗散功率

Pa=Pin-Pout=540-408=132KW

(8)      效率

ηa=Pout/Pin=408/540=75%

(9)阳极负载阻抗

Roe=Ua/Ia1=ξEa/Ia1=0.89*13500/68=177Ω

(10)栅极激励功率

Pgd=Ug*Ig1/2=(Ugmax+Eg)*Ig1/2= (800+800)*18.44/2=14.75KW

(11)栅极直流功率

Pgo=Eg*Igo=800*9.9=7.9KW

(12)栅极耗散功率

Pg=Pgd-Pgo=14.75-7.9=6.85KW

从计算结果可以看出，工作状态计算符合要求，根据实际经验是可以实现的。在实际工作中，由于焊接负载的不同，电子管的各项实测参数与计算值有偏差。焊接负载重（厚壁管子）时，焊接功率就会更好的体现出来。

    高频地线的制作

高频设备要求有独立可靠的接地，且在主机柜附近。接地电阻≤4Ω。接地形状为正

三角行，称为三角接地。最好作地基时予埋，方法如下：

    三根接地线为1″镀锌钢管或50X50X5的角钢，长度≥2500毫米，成正三角行

排列，每两根相距2500毫米，三根接地线之间用50X5的扁钢连接（满焊），最后由一点引出地面，引出线亦为50X5的扁钢。