CN201525870U - 中频电源链条淬火、回火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型的中频电源链条淬火、回火系统。特征是它具有由链条依次通过淬火预热感应器、淬火升温感应器、淬火水箱，再依次通过回火预热感应器、回火升温感应器、回火水箱组成淬火、回火部分；并且同时具有电源控制部分：有4台中频电源即淬火预热电源、淬火升温电源、回火预热电源、回火升温电源；其中淬火预热电源、淬火升温电源连接闭式冷却机，再连接淬火电容器柜；回火预热电源、回火升温电源连接闭式冷却机，再连接回火电容器柜；上述淬火、回火部分和电源控制部分组成整个系统。本实用新型每一台感应器上的功率和频率都可以通过各自对应的中频电源来单独进行调整以达到链条淬火、回火工艺的最佳效果。

Description

中频电源链条淬火、回火系统

技术领域

本实用新型属于一种中频电源链条淬火、回火系统。

背景技术

传统的中频电源链条淬火、回火系统只是采用1台中频电源对淬火感应器、回火感应器等2台链条淬火、回火感应器进行控制供电，每一台感应器上的功率和频率都只能通过1台中频电源来进行调整以达到链条淬火、回火，不能获得淬火、回火的最佳效果。

发明内容

本实用新型目的是提供了一种新型的中频电源链条淬火、回火系统。本实用新型是通过如下方式实现的：一种中频电源链条淬火、回火系统，其特征在于它具有由链条2依次通过淬火预热感应器4、淬火升温感应器5、淬火水箱8，再依次通过回火预热感应器6、回火升温感应器7、回火水箱9组成淬火、回火部分；并且同时具有电源控制部分：有4台中频电源即淬火预热电源11、淬火升温电源12、回火预热电源13、回火升温电源14；其中淬火预热电源11、淬火升温电源12连接闭式冷却机10，再连接淬火电容器柜1；回火预热电源13、回火升温电源14连接闭式冷却机15，再连接回火电容器柜3；上述淬火、回火部分和电源控制部分组成整个系统。本实用新型的链条的淬火、回火的电源具有功率、频率可独立分别调节，并且电源频率自动跟随恒功率因数。链条分为淬火预热、淬火升温、回火预热、回火升温四个工艺步骤完成。分别单独控制供电，每一台感应器上的功率和频率都可以通过各自对应的中频电源来单独进行调整以达到链条淬火、回火工艺的最佳效果。中频电源的逆变桥，具有工作稳定可靠，效率和工作频率高。功率和频率均可按用户的工艺要求而方便进行调节，是目前国内外广泛应用在中频电源技术上的一种先进方式。中频电源的核心控制芯片，外部配用工业触摸液晶屏，人机界面友好，方便操作显示。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的电源系统控制图。

图3是本实用新型的三相半波整流单元的原理图。

图4是本实用新型的交流逆变单元的原理图。

图5是本实用新型的交流逆变单元的波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。参照图1，本实用新型技术实质性特点和进步如下：

1、技术要求

1.1淬火最大链条规格：Φ45mmx152mmx162mm

1.2链条行走速度：每分钟0.6～1米

1.3链条淬火温度950℃，链条回火温度700℃。

1.4要求链条的淬火、回火的电源具有功率、频率可独立分别调节，并且电源频率自动跟随恒功率因数。

1.5要求链条分为淬火预热、淬火升温、回火预热、回火升温四个工艺步骤完成。

1.6要求中频电源系统采用工业计算机控制，并具有方便、美观的人机界面。

2、系统原理概述

2.1链条热处理中频电源系统简介

采用4台中频电源对淬火预热感应器4、淬火升温感应器5、回火预热感应器6、回火升温感应器7等4台链条淬火、回火感应器进行分别单独控制供电，每一台感应器上的功率和频率都可以通过各自对应的中频电源来单独进行调整以达到链条淬火、回火工艺的最佳效果，电源系统的控制参照图2。

2.2中频电源特点

中频电源主回路是采用国外西门子公司生产的大功率IGBT模块和瑞士康赛公司生产的IGBT专用驱动器组成IGPS中频电源的逆变桥，具有工作稳定可靠，效率和工作频率高。功率和频率均可按用户的工艺要求而方便进行调节，是目前国内外广泛应用在中频电源技术上的一种先进方式。中频电源的控制系统采用德州仪器(TI)的TMS320F2808数字信号作为中频电源的核心控制芯片，外部配用工业触摸液晶屏，人机界面友好，方便操作显示。

与普通单片机相比，DSP有其独特的优势，例如51系列单片机单指令周期是2цs；80C196KC运算指令周期是125ns。由于速度的限制，运用这些单片机控制的电源很难实现中频电源SPWM的完美输出。TMS320F2808主要针对于电机控制、数字电源、汽车控制以及高级传感应用，具有板载128KB快闪存储器和高达100MIPS(10ns)的32位DSP性能，支持很高的采样率，减少了循环延时，有强大的外设功能，在100KHZ控制环路中，以150PS精度或16位准确度定位PWM信号边缘，可实现速度更快的瞬态响应。TMS320F2808具有12位/16通模数转换器(ADC)、16个独特PWM通道，关键通信接口包括多种CAN、12C、UART以及SPI端口，能降低成本，同时使系统具有很强的可编程性，更易于更新和升级。

DSP芯片主要用于SPWM信号的产生以及数字控制算法的实现，同时DSP芯片还对电源的输入输出以及功率电路实行实时监控及故障处理和状态显示。DSP根据输出电压给定值和输出电压反馈值，经过数字PID运算产生输出电压控制指令，使输出电压值和给定值一致，DSP同时产生SPWM信号来实现逆变桥的开断，从而使输出电压的幅值和频率与给定值一致，同时将输出值显示给用户，用户可以通过触摸屏进行参数设置和设备控制。

同时DSP数字信号处理器，还可通过触摸屏LCD对中频电源的电流、电压、频率、功率和淬火温度，冷却水温度等参数进行显示，并可对整个中频电源及链条，淬火回火设备进行实时监控，如系统出现故障，即可进行声光报警，提醒操作者及时处理。

2.3中频电源功率和功率因数控制

控制的目的就是实现功率和频率均可调，频率自动调节使得电源的功率因数始终保持为±0.98左右，系统LC组成的串联电路始终保持在谐振点工作，系统完全呈电阻负载特性，系统输出的功率-电流最大，这样既可使电流快速响应、温度快速调节，大大降低预热时间，又能是能效最大化，节约大量能源。主电路的结构采取主要由两部分组成：三相半波整流单元、单相全桥逆变单元。

三相半波整流单元的原理参照图3。

通过对G1、G2、G3这3个可控硅开通角的控制，来得到不同的直流母线电压。

逆变单元的原理如下：参照图4，

交流逆变单元的输入即为整流单元的输出。交流逆变单元采用单相全控桥，控制Q1和Q4，Q2和Q3的触发脉冲，使这两组IGBT的触发脉冲为相位错开180°，开通也为180°的方波，这样，当Q1和Q4导通时，Vout＝Vdc，当Q2和Q3导通时，Vout＝-Vdc，这样就得到了一个幅值为Vdc，频率为IGBT触发频率的交变电压，其波形为参照图5。

图5中的T为IGBT的开通周期。

输出交流的电压幅值取决于对半控整流模块开通角度的相位控制，而输出电压的频率则完全由单相全桥的逆变单元的触发脉冲的频率决定。这样，实现功率和频率调节则变得简单而有效了。频率可以通过检测输出电压和电流的相位关系，来增大或减小交流电压的输出频率，使系统的输出电压电流同相位。由于谐振频率

显然，当谐振电路的电感量增大时，那么会引起自然谐振频率减小，那么对应的减小交流电压的输出频率，使系统再次运行在自然谐振频率点，实现功率因数保持为1，频率自动跟踪，不需人工调整。当系统运行在谐振状态时，此时，电路呈现电阻特性，其电流Iout＝Vout/R，显然此时的电感能得到最大的电流，存储的能量也是最大的，要增大电源的功率输出，只要相应增大逆变单元的直流输入电压Vdc即可，反之亦然。而交流输出的电压Vout，只与系统的整流单元输出相关，如要增大交流输出电压的幅值，只要对应的减小半控整流单元的起始开通角度。

对应与不同的场合，系统可以运行在不同的方式下。如运行在温度闭环控制方式，实现恒温调节，当加高强度圆环链行进速度不稳定时，系统通过对温度的闭环控制，自动调节功率输出，使速度慢时减小功率输出，速度快时加大功率输出，使高强度圆环链特性稳定一致，满足同样的工艺要求。也可运行在功率闭环控制方式，使输出功率稳定。系统控制灵活方便，能极大的满足不同的工艺场合。

当功率因数始终无法调整到单位功率因数时，那么串联谐振电路的切入/切出功能开始作用，通过操作人机交互软件来控制中频断路器来增大或减小谐振电路的电容容量。

控制方案的技术要求：

a)电源输出功率可灵活调节；

b)电源频率1000-3000Hz可调；

c)电源的输出频率自动跟踪负载变化；

d)电源实现恒功率因数，即功率因数控制在±98％左右；

e)谐振电路的电容可电动投入或切出。

2.4人机交互设备和软件

人机交互的目的是通过使用人机通讯终端(如触摸屏)，操作控制端软件来控制设备的运行，使整个装置操作过程简单明了，装置自动智能地运行，而且还能使客户对整个装置的运行状态了然于胸。4台感应设备采取集中控制，通过一个终端就能分别独立地控制各个感应装置。而且能把整个系统的控制量如电压、频率、淬火温度等，状态量如过流、过压、IGBT、模块过温、水箱水温超温等保护信号或报警信号在终端集中显示，处理。

人机交互采用触摸屏控制，稳定，可靠，寿命长，非常适合应用于恶劣电磁环境的工业现场。触摸屏采用MT5520T，该触摸屏色彩鲜艳明亮，且有高达520M赫兹的CPU；高达16M的Flash和32M的SDRAM存储单元，保证历史数据的保存；还有丰富的工业通信接口，如485，CAN通信接口等，可以直接与DSP控制板接口，既节省了成本又能保证了控制系统和交互软件间稳定、快速的数据交换。它自带的USB打印机接口，能方便的满足运数据、曲线打印的要求。完全能满足客户的要求。

交互系统设置存贮功能、管理功能。如：每一图号工件已经生产过，可以把参数保存，把原工作号调出，不需要重新设置程序，即可马上投入运行。

GP部分设置如下：

a)主页：集中监视画面

b)操作画面

c)故障记录画面(可记录256次故障)

d)操作记录画面(可记录512次操作)

e)10小时运行记录(图形显示)

f)系统参数设置(有密码保护)

g)保护参数设置(有密码保护)

人机交互软件的技术要求：

a)操作软件简单易懂，操作流程简化明了，甚至可以做到一键运行；

b)软件与控制核心DSP之间采用工业485/232或者CAN通信，稳定可靠；

c)软件能集中处理4台感应设备，并采集、显示、处理系统的控制量，如功率、频率、电压、电流、淬火温度、回火温度等；且能显示、处理系统的状态量，如电源过电压、欠电压、过电流、水箱水温超温等。

d)软件能操作保护设备，即时提供报警指示等；

e)操作软件能对系统运行的各种操作、状态进行记录、保存，并可查询，打印；

f)操作软件简洁、美观。

2.5保护、报警处理

DSP核心控制板不仅能对加热设备自身的各种故障/错误进行报警，以及处理设备自身的各种保护状态，还能对来自外部的保护状态，如水箱水温报警，高强度圆环链移动卡死等进行处理和保护。保护或报警可靠考信。

技术要求：

a)中频电源的过电压、欠电压，过电流，功率模块故障保护；

b)处理其他如变频器过流、水箱水温超温报警等；

c)报警采用报警声、光方式。

2.6链条中频感应器

链条中频感应器是采用16mmx20mm规格的矩形铜管双线并绕而成，四个感应器的长度都为900mm左右，感应器线圈的外部采用环氧酚玻璃布板覆盖，钢管与布板之间采用美国生产的耐高温涂料敷设，环形钢管的中间装有耐磨陶瓷管绝缘具有较高保温节能效果，环氧酚布板外部装有快速水管接头及连接片方便用户接电缆和冷却水管。

2.7链条热处理机架

链条热处理机架是由型钢材和两个水箱组成，淬火预热感应器、淬火升温感应器、回火预热感应器、回火升温感应器等四个感应感应器挂在机架上，位置如图所示，两个淬火感应之间和两个回火感应器之间的距离可在一定的范围内随意调整，以改变链条的热渗透时间，机架上还装有相应的链条挂轮，挂轮的转动是由安装在机架上的电机和减速箱来带动的，当电机转动时，挂轮带动链条运动，通过淬火、回火感应器和水箱，完成热处理工艺过程，电机的转速可由交流变频调速器来控制，因此，用户可以很方便的控制链条的热处理工艺速度。

2.8冷却系统

该电源采用水冷方式，一般采用两种方法冷却，一种为传统的循环水冷却方式，由冷却水池管道及水泵组成，水泵将冷却水从水池中抽出通过管道送到电源柜等需要冷却的部件中，再通过管道流回到水池中，如此循环使用，其优点是设备简单，建造费用较低，冷却效果一般，缺点是冷却水不洁净，容易造成设备中的冷却器堵塞，在冷却水含矿物质较高的情况下，容易在冷却器内结水垢，严重影响功率组件的散热效果，另一种方法是采用内循环封闭式冷却，其方法是采用专用的冷却设备闭式冷却塔，内有封闭管道采用纯净水进行循环冷却，该方式的优点是冷却效果好，冷却器内不结水垢，设备占地面积小，缺点是设备投资较高。

3、中频电源柜的技术参数

3.1输入电压：三相交流380V

3.2电源柜输出频率：1-3KHZ(可调)

3.3电源柜功率

a淬火预热中频电源功率300KW(可调)

b淬火升温中频电源功率200KW(可调)

c回火预热中频电源功率200KW(可调)

d回火升温中频电源功率200KW(可调)

3.4冷却方式：循环水冷

4、设备的成套范围

4.1IGPS300-8L中频电源        1台

4.2IGPS200-8L中频电源                        3台

4.3集中控制操作台                            1台

4.4中频电容器柜(二路输出)                    2台

4.5淬火、回火感应器，每个感应器长约1.8米     4台

4.6链条热处理机架        1套(含电机、变频调速器)

4.7闭式内循环冷却器                          2台(客户自备)

Claims (1)

1.一种中频电源链条淬火、回火系统，其特征在于它具有由链条[2]依次通过淬火预热感应器[4]、淬火升温感应器[5]、淬火水箱[8]，再依次通过回火预热感应器[6]、回火升温感应器[7]、回火水箱[9]组成淬火、回火部分；并且同时具有电源控制部分：有4台中频电源即淬火预热电源[11]、淬火升温电源[12]、回火预热电源[13]、回火升温电源[14]；其中淬火预热电源[11]、淬火升温电源[12]连接闭式冷却机[10]，再连接淬火电容器柜[1]；回火预热电源[13]、回火升温电源[14]连接闭式冷却机[15]，再连接回火电容器柜[3]；上述淬火、回火部分和电源控制部分组成整个系统。

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