超音频淬火机床

一.  IGBT高频电源柜的技术特点：

1.1 高频电源柜壳体:

a.独特的双重门结构将弱电控制与强电（高压）分开，避免强电干扰从而进一步提高了整个系统运行的可靠性

b.高频电源全数字恒功率控制板放置在操作面板无机玻璃箱里，工作状态直观显示并在操作面板上综合显示，玻璃箱里配置的资料盒更为设备维护提供了方便。

c、“完全封闭”的箱体设计，在确保内部空气充分流通的情况下（散热通风窗均设置过滤）提高了内部环境的清洁。有利地克服了导电性尘埃引起的绝缘失效。对潮湿的环境下使用的电源，其内部配置了电加热器，防止流通空气的湿度大而对端子或接线柱形成腐蚀。

d、集中的供水管路，在保障各部分充分冷却的情况下，布置及走向合理而美观。

e. 整体电源符合ISO国际标准和IEC电工标准。

F．电源运行噪音小于75Db(在1m外)。

1.2 高频电源技术特点及性能:

♠ 电源为全数字化控制电路，采用大规模集成芯片控制，电路连接简单，电源运行稳定、可靠、故障率低。

♠ 电源具有恒功率输出，负载发生变化时不会影响输出功率，可比普通电子管高频设备节电10%以上。

♠ 电源保护功能完善，具有电流、电压双闭环调节系统，有过电压、过电  流、限流、限压、设备断电与欠压及直通保护、水压不足、缺相等保护。

♠ 具有故障自诊断功能，设备维修方便、简单。

♠ 电源为软启动，谐振频率自定跟踪。

♠ 极强的启动性能和负载适应性，可在轻重载下频繁启动、启动成功率100%,同时电源输出功率可以在10%-100%连续可调。

♠ 阻抗调节器自动适应负载变化，使设备参数始终运行在状态。

♠ 设备在一般情况下发生故障时不会损坏元器件

 

二.  高频电源的主要技术参数:

电源型号:

  IGBT-160kW/4-30kHz

数    量:  1套

额定功率:  160kw

额定频率:  4-30kHz

输出电压: 700V

输出电流:  320A

冷却水循环量:  8t/h

输入电压: 3N-380V  50Hz

电源外形尺寸:

1400mm×900mm×2000mm

冷却循环水水压:

0.25—0.3Mpa

配套淬火变压器容量:

   800kVA

电源功率因数: ≥0.92

启动成功率: 100%                  应用于一汽现场的高频淬火

    

三.  高频电源的主要原理及控制技术:

     1、概述说明：

宽频带是指频率在4kHz—30kHz之间,其广泛应用于机械、建材、冶金汽车等行业，成为表面淬火、金属熔炼、真空熔炼、热装配、钎焊等各种感应加热工艺及PC钢棒、电线电缆镀锌钢带等生产线的主要设备。.逆变器件选用进口的IGBT(绝缘栅双极晶体管).其特点如下:

1.1利用电磁感应作用直接将被加热工件进行热处理,热效率良好,比电子管电源节电10%以上.

1.2燥声低,污染小,改进了工作环境,并且操作简单.

2、产品主要技术性能：

2.1控制电路采用集成化控制,使得结构简单化,维修方便,抗振性好,抗干扰性能强,故障率低.

2.2具有高可靠性,设备有过压,过流,截流,截压等自动保护功能.负载短路不损坏任何非保护元件,排除故障后,可以立即重新起动.

2.3由于采用自关断器件,因此启动性能好,可以频繁起停.此装置负载适应性好,空载,半载,满载启动,成功率100%.

2.4采用特殊线路设计,输入电压无相序要求,启动时电压,电流从零开始增加,实现零电位启动.

2.5该装置对非磁性材料加热效果也很理想.

2.6方便的外部控制接口,很容易与自动生产线主机联机,实现无人操作,自动化.

2.7         IGBT-160kw/4-30k超音频电源主要技术参数:

额定功率: 160kw

额度频率: 4-30kHz

输入电压: 3N-380V  50Hz

输出电压: 700V

整流电压: 500V

输出电流: 320A

电源外形尺寸: 长1400mm×宽900mm×高2000mm

3、线路原理简介：

IGBT超音频电源主要由大功率IGBT模块组成静止式变频电源,采用具有高效率,高稳定性能的交-直-交变频方式,将工频电能转换为频率为4-50kHz超音频电能.

3.1主电路工作原理：

由晶闸管T1-T6组成的全控整流器,滤波电抗器Ld,逆变器

T7-T10,LC谐波电路装置组成的主电路.将输入的三相380V工频电源经接电触器1JC,至三相全控整流桥整定成直流电,再经电抗器LD滤波和隔离后,将直电压加至逆变器.逆变器由T7-T10,高频变压器,高频电容器组成.高频变压器,感应器与高频电容器组成谐振回路,送到感应器(负载). 本装置的输出频率取决于LC并联振荡器的谐振频率由于采用了并联逆变. 电路,因此对负载的适应性很强.本装置逆变触发脉冲信号取自负载回路.当负载发生变化时,逆变触发脉冲的频率能自动跟踪变化着的负载维持了电路的正常工作.本装置输出功率的调节是通过改变整流触发角α来实现的,α值变化范围为0-120º,当α值发生变化时,整流输出电压也随着变化,从而导致输出功率的变化.

  (1)全控整流器：

由入由T1-T6组组成的整流器将三相工频交流电能整流成

直流电,晶闸管的导通顺序为T1T2→T2T3→T3T4→T4T5→T5T6→T6T1,每一瞬间均有二管导通,每过60º电角度,其中一管换相,周而复始,由此要求整流触发器提供相应的触发脉冲,晶闸管才能正常的导通,关断,全控整流器按下式工作:Ud=1.35UαCosα,Ud:整流器输出直流电压,Uα:整流器输入交流线电压,α:整流器的导通角.移相范围0º≤α≤120º,α应能均匀连续调节.当发生过流过压时,无论整流脉冲处在什么位置,均能即时移至120º实现保护.

(2).滤波器Ld：

 a.对整流出来的直流电流进行滤波,减小直流电流纹波,利于逆变器稳定工作.

b.在整流器与逆变器之间起隔离作用.

c.不论任何原因,在滤波电抗器后发生短路故障时,配合装置的过流保护电路来限制短路电流的上升率和峰值.

(3).逆变器：

本装置采用单相桥式并联逆变器是由于它对负载的适用能力强,由T-T四桥臂组成的单相逆变器,当两组对角桥臂轮流导通时输出电流ia就不断反相..由于LC  并联谐振电路对基波近于谐振,故负载LC两端的电压很近于基波Ua即正弦波.

逆变管IGBT每秒交替触发导通的次数即为逆变器输出电流的频率,它与负载的LC的固有频率密切相关,在感应加热过程中,负载的频率特性在一定范围内发生变化,触发脉冲应具有良好的跟随特性,这是IGBT并联逆变器得以正常工作的必要条件.

(4).负载电路LC：

LC电路构成逆变器T-T的并联负载,电感L对装置而言为一电路元件,对加热工件则为一能量传递的装置.L与工件一起如同一次级为一匝的变压器,它的成功设计依赖于丰富的电磁场理论知识及工程经验.只有设计合理的感应器L与本装置匹配才会获的理想的运行参数及工艺参数,提高电源运行可靠行,从而产生满意的经济效益.

电容器C向L提供无功功率补偿,它的增减改变逆变器的工作频率,同时也改变装置的输出功率. 

3.2控制电路的工作原理

(1).整流触发脉冲发生电路的工作原理

脉冲形成微分 →单稳态触发 →双脉冲形成 →同步变压器→   RC移相 →方波信号发生 →脉冲功放 →输出来自三相同步变压器的同步信号经电阻,电容组成的移相电路后,大约滞后30º.该信号输入集成电路UBA,UJC后得到的方波信号整形后送至由计数器组成的脉冲形成电路,在UA1,UB1,UC1的13脚,7脚输出六路矩形脉冲,微分后送入单稳触发电路UA3,UB3,UC3,于是便得到六路调制脉冲.这些单脉冲相位之间互差60º,它们经双脉冲形成电路后便产生六组双调制脉冲.后经六路脉冲功放输出六路脉冲,分别去触发相应的晶闸管.移相控制电路用来控制上述六路脉冲的相位。

(2).单相桥式逆变器工作原理：

      本装置的逆变器采用并联谐振负载结构,其由T-T组成全桥逆变电路,由于IGBT无反向阻断能力,所以每臂都串联一只二极管.IGBT为自关断器件,它的开通和关断完全取决于栅极控制电压的幅值,不需要换流电路,使其控制方便,启动性能好。

(3).IGBT逆变控制线路

 重叠区产生 ←脉冲分配 →重叠区产生

           脉冲整形   脉冲形成  脉冲整形

    变频频率→  它激频率↑↑  自激信号 ← 负载电路

逆变采用桥式并联逆变器,这种逆变器的负载适应性强,可以更换不同的感应器,控制采用锁相技术,因为在角度超前时会引起电流毛刺,而电流滞后时会引起电压毛刺,因此电源应稳定运行在谐振点上,但检测及驱动总会有一定延迟,因此设计有超前补偿线路,使触发脉冲超前检测信号,使装置始终工作在谐振状态.为此将他激的固定频率发生器改进为变频的频率发生器,即从100kHz逐步变为4kHz,同时检测谐振电压,在谐振点变自激并且过零触发,保证电源工作在零度.IGBT逆变器件,要求认真布局设计,它可稳定工作在4kHz—30kHz。

(4).保护电路的工作原理：

         为保证电源安全工作,在电源中设置了过流,过压等可靠的保护线路。

A过流保护: 过流动作的产生一种是由于负载短路而造成的;另一种是由于器件IGBT的损坏而引起的.针对上述情况,采取了如下保护措施:(1).输入端接快速熔断器.(2).通过电流互感器的取样信号来封锁整流脉冲,同时也封锁逆变脉,通过这种设计成功的通过了负载短路实验的考验。

B过压保护:(1).随着负载电流和电压角度的增加,负载电压会越来越高,这对元件不利,采取的办法是逆变控制锁零度,和在负载加电压传感器,当电压过大时得以控制.(2).换流过程中的电压毛刺,这靠加阻容吸收保护。

四. 淬火机床技术说明:

1.      机床型号：GC(L)-100通用立式淬火机床

2. 淬火机床主要技术参数:

回转直径: Ф500mm

装夹长度范围: 1000mm

连续淬火长度: 1000mm

主轴转速: 20-100r/min

机床回转精度: ≤0.1mm

工件拖架高度调整范围: 100mm

淬火变压器容量: 800kVA

淬火变压器前后调整范围:  50mm

淬火变压器左右调整范围:  20mm

机床总驱动电机功率: 2.2kw

机床外形尺寸: 长1540mm×宽1525×高2650

机床总重量:  约1.86t

机床传动方式: 变频调速电机

变压器快速: 120mm/s

淬火进给速度: 1-30mm/s

冷却方式: 喷液冷却

驱动电机功率:

   工件旋转电机----0.75kw(变频调速)

   变压器上下移动----1.1kw(变频调速)

淬火层深范围：0.1-1.5mm

  

3.工艺过程:

工件采用手动上料后，利用锥形多棱定位自动找正，在电机驱动下进行旋转加热，同时按自动程序进行步进式.连续式或周期式淬火。

4.在上装工件时，先将工件对准下,而后采用手动方式用上将工件夹紧。

5.采用可编程控制器PLC来实现多种淬火工艺程序控制. PLC控制器应根据用户要求选型,且配编程器.梯形图(PLC为欧姆龙产品)。

6.淬火变压器除在上下.前后方向上自动调节外,在水平位置还可实现手动微量调整。

7.淬火变压器采用高导磁性的铁氧体制造,型号:PR-800系列淬火变压器,数量:1台。

8.感应器的水路采用板拔式快速接头，可以很快地对感应器的水路进行连接与断开。

19.补偿电容器将安装在淬火变压器的旁边,使的线路损耗降到低。从而减少了压降,节约了电能。

10.淬火介质循环系统包括有:

      循环喷淋泵组   一套

      流量控制器     一套

      压力控制器     一套

      电磁直动阀     一套

      介质过滤装置   一套

      介质接收槽     两台

GC(L)立式通用淬火机床其机体采用焊接结构的床身。滑轨采用导柱结构，拖板（淬火变压器）移动由T型丝杠+国产的变频调速系统驱动，主轴旋转采用了交流变频电机，可实现变频无级调速。汉化人机介面+手动操作，方便可靠，对感应加热工件的工艺技术参数可进行修改.储存。定位准确，同时感应器的安装采用定位销+紧定螺栓快装结构,可以方便地拆装感应器。感应器与工件间的间隙亦可以通过手动进行微量调整。

11.感应器:

       淬火用感应器采用T2铜经过机械加工而成,在结构形式上采用完全的仿形半圆结构,同时由于采用机械加工而成所以除可以保证精度外还有一定的热容量。整个淬火可以采用连续淬火方式亦可以采用周期淬火方式，所以感应器上设置有用于喷液冷却的水孔，直径1.2-1.5mm。

 

 

   

  

          

 

 

 

 

 

 

 

 

           

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

为河南英威机械厂设计制造的IGBT-160kw/4-25k淬火设备

 

五.主要配套厂家:

序号	货 物 名 称	生  产  地	备 注
1	电源主开关	德力西电器集团
2	IGBT模块	康派克或三菱
3	补偿电容器	新安江电力电容器厂
4	按钮及端子、元件	德力西电气
5	集成块	美国摩托罗拉
6	铜排	洛阳铜加工厂
7	PLC系统	欧母龙产品
8	变频调速装置	南京中科电机有限公司

六、随机文件提供如下:

    1/高频电源维护.使用说明书                    1份

2/主回路原理图                                1份

3/控制回路原理图                              1份

4/电源内部接线图                              1份

5/电源总装配图                                1份

6/产品合格证                                  1份

7/产品供货装箱清单                            1份

8/元器件材料清单                              1份

9/淬火机床使用.维护说明书                     1份

10/淬火液循环系统原理图                       1份

11/设备安装基础.平面布置工艺图                1份

12/外部接线图及点控原理图                     1份

13/PLC梯形图及程序单                          1份

七.设备验收：

1、设备验收标准：

①设备设计技术要求按设备通用技术要求执行；

②设备按标书设备工艺要求检验验收；

③产品零件加工按产品图纸技术质量要求验收；

2、验收程序：

①预验收:

a．预验收在出卖方进行；

b．出卖方负责按甲方要求制造设备，制造完毕通知需方进行预验收；

c．买卖双方共同检查,设备是否已按甲方要求制造。达到要求后，即为预验收合格，双方共同签署验收合格报告，作为出卖方发货的根据。

②终验收:

a．终验收在需方进行；

b．终验收将根据双方所签订的合同及技术协议进行。

八. 技术培训:

1、培训时间及人员:

培训在设备安装完成后，需方现场集中培训，参加人员为操作、维修人员。时间到掌握为止。

2、培训内容:

       讲解相关设备的结构、电气控制原理、设备的操作、调整、保养、维修及预防性维护措施，并示范操作方法和监护需方人员实际操作以及设备的安全注意事项。

3、培训效果:

     达到需方人员能具有独立操作、维修设备的能力以及简易设备调整方法。

九、品质保证及技术服务:

1、设备机械部分质保期为2年，电控及电气质保期为1年，从验收之日起开始计算。

2、质保期内所发生的质量问题，接需方电话通知后2天内必须到达需方现场，并且2个工作日内必须排除故障，其质保期也顺延。

3、质保期后，供方提供终身优惠服务和技术支持，设备出现故障需要修理时，所换零件按成本价收取。

4、供方保证以成本价常年提供易损件及备件。

 十. 设备组成及报价:

序 号	名    称	规          格	单 位	数 量	价格 万元
1	超音频电源	IGBT-160kw/4-30k	台	1	8.00
2	补偿电容器		套	1
3	淬火变压器	PR-800kVA	台	1	3.6
4	连接电缆	90平方	套	1	0.4
5	淬火感应器	轴类 齿轮类	件	1 1	0.8 0.85
6	喷淋淬火系统	不锈钢水箱	套	1	2.1
7	驱动及淬火机床	含传动装置	套	1	6.3

 

 

西安蓝辉机电设备有限公司