1 晶闸管变频电源的简要介绍 到 3600kw, 频率从 500Hz 到 8000Hz 不等。其中有
在机械加工行业里有许多地方需要对工件进 七台七十年代末、八十年代初从西德 AEG 公司引
行热处理或锻打成形, 在进行此类操作前须对工 进的一体化电源。该电源具有一定的代表性。分布
件加热。目前较常用的是感应加热的方法。即利用 于三个锻打车间 , 担负着锻打生产线的首道工
晶闸管变频电源产生的涡流对金属工件进行感应 序—加热。
加热。我厂共有晶闸管变频电源四十余台套, 占东 晶闸管变频电源主回路电路原理如图:
风公司中频电源总量的一半。单台功率从 300kw
耗电量由 920 KW/h 降为 638 KW/h, 节电 282 生产的市场经济特性。在东风锻造有限公司甚至
KW/h, 热处理每吨锻件可节电 256 KWh, 节电率 更大的区域内开创了采用推盘式正火炉进行热处
为 30%。 理柔性化生产的新纪元。
B、改善锻件金相组织和切削性能, 所处理锻
件组织、性能与等温退火处理相当, 提高锻件加工 7 结束语
刀具寿命 2 倍, 满足用户需求; 1、两台推盘式正火炉联线改造为等温退火线
C、简化生产流程、缩短物流时间 , 减少天车 的关键在于解决锻件从高温炉的冷却室到等温炉
转运次数和占用时间; 减少装料次数 50%。 的热料盘快速转运问题, 推盘式正火炉改为大型曲
2、大型曲轴淬火 轴淬火炉的关键在于解决曲轴横向加热到纵向淬
A、解决了上柴曲轴 ( 9Y2623) 、玉柴曲轴 火的工装以及淬火槽内的温度均匀性问题, 正火、
( 150- 1005015) 等大型调质钢曲轴淬火生产的设 淬火、等温退火柔性化生产改造的关键在于解决不
备保证问题, 具备了大型曲轴调质批量生产的能 同热处理工艺设备功能之间的简单、快速转换。
力, 拓展了企业的经营品种和能力。 2、推盘式正火炉经技术改造, 使原有正火炉
B、对大型调质钢曲轴存在的变形、裂纹等质 具有正火、淬火、等温退火等多种用途, 成为一条
量问题有了明显改善, 满足了工艺和用户的产品 柔性化生产线, 可根据不同产品热处理需要随时
质量要求, 并降低了生产成本。 进行组合, 扩展了正火炉的热处理工艺功能, 满足
3、在同台设备上实现了锻件正火、淬火、等温 了生产需要。正火炉的柔性化改造可以作为其它
退火等热处理工艺的快速调整转换生产, 满足了 热处理设备快速适应新产品和新工艺的改造借
多种热处理工艺生产要求, 适应了多品种小批量 鉴, 具有一定的推广应用价值。
- 31-
技术改造
GR WR
K r
NT
l
A
VPR GSA
B
C c
10KV/540V DSB
WSA
控制、调节和
保护电路
主电路开关和
全控三相桥 直流中间电路 并联逆变器和
主变压器 三相交流 ( ZK)
式整流器 负载电路
吸收器
图 1 变频器原理图
2 存在问题 热床不堪重负, 经常因故障制约生产。曾经拟报废
前梁车间 2#20MN 加热床即是上述引进的西 后用 24 厂制造的新中频电源, 但由于种种原因未
德电源, 曾担负着齿轮类、臂类、叉类等中、小型锻 能实施。
件的生产任务。在产品范围不断扩大的今天, 该加 存在问题和影响面列表如下:
存在问题 影响面
1) 静止变频器出现不起振、逆变失败和过电流故障。
1 原设备老化严重, 可靠性差。 2) 系统繁杂, 莫名的干扰故障难于查找。
3) 主回路中直流部分的水嘴被电解后, 管壁穿孔喷水。
2 24厂新做电源柜由于人员变动的原因, 一年 1) 原设备运行状况不断劣化, 形成制约该机组有效产出的瓶颈。
多调试不成功。 2) 合同中断, 久拖难决。
3 加热节拍慢。 1) 班定额完成率低。生产压力大。
2) 下道工序待料现象严重, 不能做到高效生产。
4 中频电压随网压波动。 1) 锻件温度不稳定, 影响产品质量。
2) 容易化料, 造成锻件过烧。
5 水冷系统内碳酸钙沉积严重, 清除不净。 1) 水冷效果下降, 造成超温击穿晶闸管。
2) 脱落的碳酸钙堵塞冷却水路。
6 进口备件价格太高且难买, 国产组件代替后 1) 维修费 KPI 值难以保证, 呈逐年上升趋势。
效果不理想。 2) 元器件国产化后造成设备降额使用。实际加热功率仅 530KW。
3 课题的选定 生产单位有迅速推进该项目的迫切需求。
本课题源于该关键设备的实际情况和存在问
题及其对大规模生产影响的矛盾。没有可靠性保 4 实现目的
证的产品是没有工程实用价值的。 通过持续不断的该进, 计划实现如下目的:
对于这种在工业领域已大量使用的静止变频 1) 拉回新电源柜, 重新配线。纠正原线路错
电源, 降低运行成本, 提高经济效益, 解决现存问 误, 调试运行。提高系统控制可靠性和抗干扰能
题是有其意义的。 力。解决与 24 厂的遗留问题。
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《装备维修技术》2006 年第 2 期( 总期第 120 期) 技术改造
2) 采取大电流体制增加功率。三相全控整流 速度奠定基础。
桥前终端适当后移, 不必苛求 30 度。中频电压稳 3) 分水器改造:
定, 从而保证坯料温度的稳定。 增加水冷支路, 提高大电流器件冷却效果。
3) 提高加热节拍。以凸缘叉 2201D- 022 为 4) 主回路晶闸管更换:
例, 改造后节拍将小于 12S。( 改造前为 16- 18S) 整流桥晶闸管换用 KP1000A/1400V, 逆变桥晶闸
4) 解决进口备件的依赖, 大幅降低保全费用。 管换用 KK1000A/1600V。提高额定电流容量。
5) 应用 PLC 实现时序控制, 取消预充电变压 5) 减小平波电抗器电感量:
器和充电板。 调整电抗器气隙。满足电流增大后的平波效
果, 减小换流失败时系统对电网的冲击。同时, 还
5改造方案的确定及实施要兼顾小电流工况下直流电流不能出现断续, 便
经过可行性分析和论证。我们认为: 要实现上
述之最终目的, 必须利用好几个节假日检修时间,
分为以下六个子项目逐一解决:
1) 变频柜控制系统改造:
电源柜从 24 厂拉回后, 拆除所有控制系统线
路。重新配线, 纠正原线路错误, 使之能够投入运
行。重点提高系统抗干扰能力。调试功率控制在
600KW。
2) 电容柜改造:
原进口电容使用日久, 局部击穿的端头拆除
后造成补偿量不足。换用国产 RFM0.75- 1500- 2S
型大功率电热电容五台。提高并联谐振补偿电流,
中频频率控制在 1750HZ。为今后进一步提高加热
于启振。
6) 减小电流反馈回路的取样电阻并负荷调
试:
重新整定所有参数, 如: 电子柜稳压 615V 电
源精度、整流桥移相范围、中频电流反馈值修正、 限流值、过流值、中频电压最大值、中频电压最小 值、启动电流值、过电压值、关断时间、温度保护 值、水压保护值、启振翻转时间、放电触发时间、它 激频率、给定值投入时间等等。
要求达到如下参数: 线电流 1000A、功率不小
于 700KW。
在征得装备部的资金支持后, 制定持续改进
进度表:
责任 部 门 /责 任 计划进度日程
改进内容
起始时间 预计完成时间
人
年 月 日 年 月 日
1 前梁车间/孟辉 变频柜控制系统改造 2003 7 1 2003 9 1
2 前梁车间/孟辉 电容柜改造 2004 3 1 2004 5 1
3 前梁车间/孟辉 分水器改造 2003 12 1 2004 1 1
4 前梁车间/孟辉 主回路晶闸管更换 2004 5 1 2004 8 1
5 前梁车间/孟辉 减小平波电抗器电感量 2004 3 1 2004 5 1
6 前梁车间/孟辉 减小电流反馈回路的取样电阻并负荷调试 2004 7 1 2004 8 10
6创新部分
新电源柜的设计蓝本, 其实是仿造西德 AEG
公司 1986 年版本的全集成电路晶闸管中频电源。
所不同的是用 PLC 取代了系统逻辑控制板、用常 见的 CMOS 4000 系列集成电路取代了难购的西 德 M 系列高廓值抗干扰 HTL 电路。但在仿造过
程中, 有些环节过于保守。
比如, 交直流启动电路。既然采用了 PLC, 那
么完全可以再进一步简化充电系统。用 PLC 实现
启动过程的时序控制。因为该系统中的升压变压
器和充电板的故障率特别高。
原电路如下:
见附图一:
由图可见, 升压变压器 T31 / T32 分别向预充
电、预充磁回路的电容 C706 / C710 等充电。同时
完成控制电源与中频电压的隔离作用。两套充、放
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技术改造
电电路的构成相一致, 只不过放电对象不同。由于 7 效果评价
电源在启动过程中中频电压的瞬变状态造成对变 2004 年 7 月底改造完毕, 启振后推入满炉冷
压器原方电压的绝对值升高, 以及启振信号的时 料达限流值, 测试各参数如下:
滞作用, 该升压变压器和充电板极易击穿。 中频电压: 700V
从实际应用情况来看, 该故障带有较强的普 线电流: 996A
遍性。 线电压: 408V
改进后的电路如下: 中频频率: 1716HZ
见附图二: 中频电流: 1200A
由图可见, 图中取消了两台变压器和充电板。 经计算可得实际功率 P 为 703KW。 ( P=√
用 02.11 来的 400V 电源经 R701 / R703 限流、 3xUxI)
VD701 / VD702 半波整流后同时向两套电容充 以 2201D- 022 凸缘叉为例, 改造后实测节拍
电。充满后 KM4 释放( 时序 t2) , 延时 0.3 秒 KM2 为 11S。( 改造前为 16- 18S)
/ KM3 / KM5 / KM6 吸合( 时序 t3) , 接入各自的主 采取大电流体制增加功率。整流桥前终端适
回路为能量释放做准备。当 t4 时刻放电脉冲到来 当后移, 不必苛求 30 度。中频电压稳定, 从而保证
后, 晶闸管导通, C706 等向负载放电, 产生正弦衰 坯料温度的稳定。
减振荡波形; C710 等向 P/N 端放电, 迅速拉大预 经改进的预充电和预充磁回路取消升压变压
磁电流。当启振信号 t5 给出后, 各接触器复位, 为 器, 动作可靠, 启振率高。据推广价值。
下次启动做准备。 控制系统时序动作合理, 各项保护可靠灵敏。
R702 的设置是当 KM4 复位后释放电容中的 抗干扰能力明显提高。
电压, 以免触电。
KM4 的常开触点 23 / 24、33 / 34 用以实现两 8 经济效益
套电路的同时充电及放电隔离。 1) 不依赖进口备件, 同比 2002 年节约维修费
我们看到, 图中充电端 KM4 的触电呈串联形 1.6 万元。
式。这是为了提高隔离效果和便于整流二极管 2) 提高班产 20%。以 2201D- 022 凸缘叉为
1N5408、放电电阻 R702 的安装。由于体积较小, 例, 每天多产出 800 件×3.8KG / 件×6.8 元 / KG=
可直接用螺丝刀安装于 KM4 端子上。从而省掉了 2.067 万元。( 不含税)
两块充电板。 3) 运行状况稳定, 改造完毕后至今停工台时
控制时序如图: 为零。
T701/702 4) 坯料出炉温差<50℃, 芯表
温差<20℃。有效保证锻件质量。
KM6
降低不良品率。
KM5
KM3 9 结论:
KM2 改造后的运行情况表明 , 通
KM4 过不断的持续改进, 最终实现了
改造目的。据推广价值。仅存的两
0 t1 t2 t3 t4 t5 台 AEG 加热床 25MN 和 1#20MN
也可按此模式进行改造。
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U 06.8
1 3 5
KM2
10.7
2 4 6
L91
P 05.12
1 3 5
KM5
10.7
2 4 6
L92
R705
《装备维修技术》2006 年第 2 期( 总期
- 35 -
02.11
T31 N+24V
380V/450V/100W 13.8 .1302
.229 R703
PE
1.5K100W
83 84
53 54
.230 VD701
1N5408*4
61 62
R702
240K
2W 71 72
KM4
T701
14
2 5 62 mm .229
.711
C706 C707 C708 C709 02.11
.709 .230
62 mm
1 3 5
KM3
10.7
2 4 6
V 06.8
附图一
T32 N+24V
380V/450V/100W 13.8 .1302
R704
PE
1.5K100W
83 84
53 54
VD702
1N5408*4
61 62
R705
240K
2W
71 72 KM7
T702 C7055
1 4
2 5 62 mm
.711
C710 C711 C712 C713
.709 62 mm
1 3 5
KM6
10.7
2 4 6
V 05.12
第 120 期)
技术改造
