王海成

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 寶雞 722408）

工藝·設(shè)備·材料

KGPS-160／1-8KHz可控硅中頻電源的技術(shù)改造

王海成

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 寶雞 722408）

經(jīng)過(guò)前期的市場(chǎng)調(diào)研考察，及對(duì)北京高頻機(jī)電設(shè)備有限公司、十堰高周波機(jī)電設(shè)備有限公司、十堰凱佳機(jī)電設(shè)備有限公司中頻電源的工作性能、售后服務(wù)、市場(chǎng)占有率的綜合比較分析，最終決定選用十堰凱佳公司生產(chǎn)的KGPS可控硅中頻電源陸續(xù)取代中頻發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的跟進(jìn)轉(zhuǎn)型，繼續(xù)保持漢德公司在中頻淬火產(chǎn)品方面的優(yōu)勢(shì)。

頻率自動(dòng)跟蹤；整流；逆變；負(fù)載諧振回路；感應(yīng)加熱

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-77-03

引言

漢德公司橋五廠目前投入安裝的5臺(tái)KGPS160/1-8KHz可控硅中頻電源，已全部取代了BPS135/8000和BPS200/2500兩種頻率的中頻發(fā)電機(jī)。在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，完成了圓環(huán)類一次、軸類連續(xù)、齒類一次的中頻感應(yīng)淬火工序。在產(chǎn)品研發(fā)的試制過(guò)程中，更體現(xiàn)出了工藝參數(shù)調(diào)試方便，數(shù)據(jù)匹配直觀清晰，修復(fù)能力切實(shí)可行。

1、BPS135/8000和BPS200/2500中頻發(fā)電機(jī)的工作原理

1.1 主回路工作原理圖：

1.2 工作原理

60年代湖南湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)的BPS135/8000和BPS200/ 2500兩種頻率的中頻發(fā)電機(jī)（現(xiàn)場(chǎng)共4臺(tái)），利用三相電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)單相發(fā)電機(jī)，將工頻三相電源轉(zhuǎn)換為2500Hz或8000 Hz的中頻交流電源，對(duì)車橋上的凸輪軸、半軸、凸緣、平衡軸、隔套、隔圈、滾輪等零件進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火工序，使

工件在淬火后達(dá)到相應(yīng)工藝要求的硬度值和硬化層深。

1.3 暴露出來(lái)的問(wèn)題

60年代出廠的中頻發(fā)電機(jī)目前主機(jī)老化嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，維修困難大，備件成本居高不下，而且市場(chǎng)上的該類設(shè)備及相關(guān)關(guān)鍵備件均以淘汰出局，在很大程度上，制約了正常的維修速度，阻礙了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此，技術(shù)改造中頻發(fā)電機(jī)的項(xiàng)目迫在眉睫，刻不容緩。橋五廠必須盡快順應(yīng)當(dāng)前漢德車橋公司做強(qiáng)做大、百億漢德目標(biāo)戰(zhàn)略規(guī)劃，做好產(chǎn)能提升的硬件升級(jí)，以滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上大批量車橋產(chǎn)品自制件生產(chǎn)加工的需要。

2、KGPS-160／1-8KHz可控硅中頻電源的基本工作原理

2.1 組成部分及原理圖

可控硅中頻電源由進(jìn)線電源、主接觸器、三相全控橋式整流橋、平波電抗器、吸收回路、逆變橋、并聯(lián)負(fù)載回路及控制調(diào)節(jié)保護(hù)回路及充放電回路主要九大單元組成。

2.2 主要電氣部分構(gòu)成的簡(jiǎn)介

2.2.1 進(jìn)線電源

由于可控硅中頻電源是一種大功率能耗設(shè)備，所以采用專用變壓器或穩(wěn)壓電源，且需根據(jù)零件的產(chǎn)能及節(jié)拍選用合適的容量與次級(jí)電壓。這樣做的作用是保證電源在工作時(shí)的高穩(wěn)定性。

2.2.2 主接觸器

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主接觸器的選配及接線方式是根據(jù)中頻電源的功率及中頻電流大小的進(jìn)行選用：（目前我分廠陸續(xù)改造在用的有160KW、200KW、500KW三個(gè)等級(jí)容量）。

2.2.3 三相全控橋式整流橋

采用3組KP500∕1600V的可控硅與6個(gè)RS400A的快熔（帶有熔斷指示開關(guān)）組成。它的作用是將三相50HZ的380V的交流電源整流為直流電源。

2.2.4平波電抗器

它的作用是：

（1）限制短路電流（逆變可控硅換相時(shí)同時(shí)導(dǎo)通相當(dāng)于整流橋負(fù)載直接短路）沒有電抗器就直接短路；

（2）抑制中頻電壓分量對(duì)工頻電網(wǎng)的沖擊；

（3）并聯(lián)逆變電路的輸入功率有無(wú)功分量的吞吐，逆變橋的輸入電路中必定有儲(chǔ)能的元件電抗器；

（4）濾波作用（整流電流帶有交流成分；高頻交流不能通過(guò)大電感）使整流輸出波形連續(xù)，如不連續(xù)，就會(huì)出現(xiàn)電流為零的時(shí)間，這時(shí)逆變橋停止工作，造成整流橋開路的現(xiàn)象。

2.2.5 充放電回路

它的作用是在電源啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)脈沖觸發(fā)放電可控硅，讓充電儲(chǔ)能的電容對(duì)負(fù)載回路進(jìn)行放電，此時(shí)將在負(fù)載回路上產(chǎn)生一個(gè)衰減的振蕩波形（其波形為設(shè)備的固有頻率），通過(guò)逆變控制部分使逆變回路跟蹤負(fù)載的頻率，而使電源起振工作。

2.2.6 逆變橋

它是中頻電源的核心部分，并聯(lián)諧振負(fù)載的逆變回路是通過(guò)四個(gè)橋臂-高頻可控硅KA500A/1200V兩兩交替輪番導(dǎo)通，將直流電壓逆變?yōu)?00HZ—10KHZ的單相交流電，單相交流電通過(guò)感應(yīng)器的電磁感應(yīng)將工件快速加熱，僅用10幾秒的時(shí)間，就可以達(dá)到880-920℃。

2.2.7 并聯(lián)負(fù)載回路

它是LC并聯(lián)的回路，其基本原理是：LC并聯(lián)電路對(duì)不同的阻抗性，從而在回路的輸出端輸出大小不同的電壓，特別是電流中與LC回路的固有頻率有相同的頻率，LC回路對(duì)其的作用更有其特殊性。

2.2.8 控制回路

它是設(shè)備啟動(dòng)的主要控制部分，其中包括+/-15穩(wěn)壓電源、故障保護(hù)、逆變換相監(jiān)控、電源啟動(dòng)控制、電流電壓調(diào)節(jié)、整流脈沖及功放、逆變脈沖調(diào)節(jié)及功放、溫度監(jiān)控、信號(hào)變換與24V不穩(wěn)壓電源等，它的每一個(gè)控制部分都直接影響電源的正常工作。

2.2.9 吸收回路

晶閘管二端并接阻容吸收電路可起保護(hù)作用：（1）吸收尖峰過(guò)電壓；（2）限制加在晶閘管上的du/dt值；（3）晶閘管串聯(lián)應(yīng)用時(shí)起動(dòng)態(tài)均壓作用。

3、技術(shù)改造措施

用KGPS160/1-8KHz可控硅中頻電源陸續(xù)改造取代BPS135/8000和BPS200/2500中頻發(fā)電機(jī)。中頻發(fā)電機(jī)作為高耗能設(shè)備，在被改造成功運(yùn)行后，將被停用或作固定資產(chǎn)報(bào)廢處理。

投入調(diào)試運(yùn)行后的可控硅中頻電源，在與感應(yīng)淬火機(jī)床有效對(duì)接后，工藝參數(shù)調(diào)整監(jiān)控方便（有功率因數(shù)表顯示工藝參數(shù)的匹配狀態(tài)）；加工人操作簡(jiǎn)單（只需接通冷卻水路和控制電源，匹配好感應(yīng)器后，即可投入加工運(yùn)行）；設(shè)備故障檢測(cè)全面（有過(guò)流、過(guò)壓、諧振失敗等故障指示燈，反映當(dāng)前所發(fā)生的故障現(xiàn)象，便于指導(dǎo)維修電工準(zhǔn)確的分析判斷故障部位，縮短了檢修時(shí)間）。與改造前相比：能同樣將工件的硬化層深度由2-10mm加熱控制在2-8mm范圍內(nèi)，硬度大于55HRC以上，馬氏體級(jí)別3-6級(jí)，硬化層深分布均勻，達(dá)到甚至是超過(guò)了中頻發(fā)電機(jī)同等的工藝加工效果，而且節(jié)能達(dá)到30%以上。同時(shí)，設(shè)備無(wú)機(jī)械噪音，只有輕微的電磁工作噪音，符合當(dāng)前國(guó)家提出的節(jié)能減排的科學(xué)發(fā)展觀的政策方向。

4、改造后的效果比較

經(jīng)過(guò)6年來(lái)高負(fù)荷的生產(chǎn)運(yùn)行，不僅保證了工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)能達(dá)到30%以上，維修成本降低25%左右（與中頻發(fā)電機(jī)的同一時(shí)期的備件維修費(fèi)用相比），大大降低了維修工人與操作工人的維修（維護(hù)）強(qiáng)度。更為重要的是：設(shè)備噪音的明顯降低，推動(dòng)了公司正在運(yùn)行的職工、環(huán)境健康安全體系的正常運(yùn)行。

5、結(jié)束語(yǔ)

作為感應(yīng)加熱裝置的電源，KGPS（可控硅靜止變頻裝置）與傳統(tǒng)BPS機(jī)組（中頻發(fā)電機(jī)組）相比，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，易于形成半自動(dòng)加熱控制。此次的改造，提高了生產(chǎn)加工效率，降低了設(shè)備故障的停機(jī)時(shí)間，降低了操作工人操作難度，成功的完成了中頻感應(yīng)加熱電源更新?lián)Q代與轉(zhuǎn)型，確保了漢德車橋公司未來(lái)5到10年乃至以后，戰(zhàn)略版塊做強(qiáng)做大的發(fā)展需要。

[1] 金屬熱處理；2005.30（9）.

[2] 熱處理手冊(cè).

[3] 熱處理工藝操作規(guī)程.

[4] 鄭慰萱.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1990.8.

[5] 陳傳虞.脈沖與數(shù)字電路。北京：高等教育出版社，1990.3.

[6] KGPS可控硅中頻電源說(shuō)明說(shuō).十堰：十堰高周波科工貿(mào)有限公司，2009.08.

[7] 林信智.楊連第.汽車零部件感應(yīng)熱處理工藝與設(shè)備.北京：北京理工大學(xué)出版社1998.8.

更正聲明

本刊2014年第8期論文《曲軸回轉(zhuǎn)力矩及軸向間隙測(cè)量機(jī)的研發(fā)與設(shè)計(jì)》，作者：錢寶石。因編輯校對(duì)有誤，現(xiàn)將作者工作單位更正為：大連智云自動(dòng)化裝備股份有限公司，特此聲明，并向作者及廣大讀者致歉。

《汽車實(shí)用技術(shù)》編輯部

2014年9月5日

KGPS-160／1-8KHz SCR frequency power transformation

Wang Haicheng
（Shaanxi Hande Axle Co., Ltd., Shaanxi Baoji 722408）

After a pre-market research study, and the high frequency of Beijing Electrical Equipment Co., Shiyan High Frequency Electrical Equipment Co., Ltd., performance Kai Jia Electrical Equipment Co., Ltd. Shiyan frequency power supply, service, comprehensive comparative analysis of market share, the final decision good selection of Shiyan Kay produced KGPS SCR IF frequency generator power gradually replace achieve follow-up transformation equipment, maintaining Hande advantage in terms of frequency quenching product.

Automatic frequency tracking；Rectified；Inverter；Load resonant circuit；Induction heating

U464

A

1671-7988(2014)09-77-03

王海成，就職于陜西漢德車橋有限公司，主要從事于熱處理設(shè)備的技術(shù)維修、技術(shù)管理工作。