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1、在线退火作业指导书一、 前言 二、 中频加热的工作原理1.1、三、 在线退火设备的控制系统四、 设备操作指导五、 点检项目及注意事项六、 设备定检项目及周期表七、 检修及故障维修指导一、前言中频感应加热设备采用的串联谐振，即电压型谐振频率跟踪。因此效率较高、功率因数较高。中频感应加热设备前级不可控全桥整流，不会在整流段引起波形的变形，没有关断角的削波现象，并且用大电容滤波，因此谐波数小对电网的干扰小。中频感应加热设备特点：1.生产操作简单、进出料灵活、自动化程度高，可实现在线式生产；2.工件加热速度快、氧化脱碳少，效率高，锻件质量好；3.工件加热长度、速度、温度等可精确控制；4.工件加热均匀、
2、芯表温差小，控制精度高；5.感应器可按客户要求精心制作。6.全方位节能优化设计，能耗低、效率高，比烧煤生产成本低；7.符合环保要求，污染小，同时还减少了工人的劳动强度。二、中频加热的基本原理2.1、感应炉的基本电路感应炉是利用电磁感应在金属内部形成的感应电流来加热金属的。为了使必须的电磁感应现象产生，中频感应炉由变频电源、电容器、感应线圈和需要加热的金属材料组成基本电路。基本电路如图1-1所示。图1-1 感应炉的基本电路变频电源将50Hz的工频电流增频后变为150200000Hz的电流，并把这种电流输送到感应线圈与电容组成的回路中。感应线圈是用铜管绕成的螺旋型线圈，铜管通水进行冷却。变频电流通
3、过感应线圈时使通过线圈的金属材料因电磁感应而产生感应电流，从而利用这种电流来对金属材料进行加热。2.2、感应炉的基本原理无铁心感应炉工作的基本原理基于电磁感应原理和电流热效应原理，简单地说，由于电磁感应使金属材料内产生感应电流，感应电流在金属材料内流动时因电阻而产生热量，使金属材料加热。电磁感应现象和由此产生的金属加热过程是一系列复杂的物理过程，它包括电、磁、传热等物理过程。现仅对电和磁的关系、电磁感应现象、电和热的关系等进行简单的介绍。2.1 电和磁的关系1820年丹麦物理学家奥斯特发现在通电的导体周围存在着磁场，从而知道了电和磁的相互依存关系。导体中电流所产生的磁场的极性和电流的流动方向有
4、关，它服从右手法则（右手握导体，四指为磁力线方向，则拇指表示N极方向）。电流通过螺旋线圈时产生磁场，线圈内的磁场强度和通过的电流强度、线圈的匝数成正比，磁场的极性服从右手法则。1831年英国物理学家法拉第发现当导体在磁场中做切割磁力线运动时，在闭合回路中就有电流产生。若导体静止不动而改变闭合回路内磁力线数量或磁场的极性时，同样会在闭合回路中产生电流。这一现象揭示了电和磁的关系，证明了两者是可以相互转化的。这种电磁之间相互转化的现象称为电磁感应现象。法拉第电磁感应定律是描述电磁之间关系的重要物理学定律，它是感应加热的理论基础，电磁感应现象包括两种情况：、 当闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁力
5、线运动时，闭合回路中就有感应电流产生。、 当闭合回路（包括导体）静止不动，而穿过闭合回路的磁力线数量或方向发生变化时，在闭合回路中同样会产生感应电动势，并在其作用下产生感应电流。上述两种不同情况所产生的电磁感应现象的物理本质虽然不同，但都遵循着同一法则，这一法则就是法拉第电磁感应定律：在闭合回路中所产生的感应电动势的大小，和穿过该回路的磁通量的变化率成正比。法拉第电磁感应定律的数学表示形式为 =（/t）N108(V) (1-1)式中 E-闭合回路中的感应电动势，V; N-螺旋线圈匝数；（/t）-磁通量变化率，每秒钟切割磁力线数目，=HS79.57; H-磁场强度。A/m； S-螺旋线圈包围的空
6、间横断面面积，cm2。 2.2、电流的热效应-焦耳-楞茨定律当 感应电流在闭合回路内流动时，自由电子要克服各种阻力。于是，必须消耗一部分能量做功，这就是要克服导体的电阻，使一部分电能转换成热能。感应电流具有的这种热效应，可使闭合回路中导体的温度升高。焦耳楞茨定律：电流通过导体所散发的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。公式如下：Q= I2Rt(J)式中 I-通过导体的电流，A； R-导体的有效电阻，； T-通电时间，s。综上所述，电磁感应现象和电流的热效应即法拉第电磁感应定律和焦耳-楞茨定律为感应加热方法提供了物理基础。三、中频感应炉及其电源中频感应炉是指使用电流频率在1508000
7、Hz范围电源供电的感应电炉。中频感应炉的成套设备包括电源及电气控制部分、炉体部分、传动装置及水冷系统。3.1、中频感应炉用电源中频感应炉使用的电源有变频发电机组、倍频器和可控硅变频器三种变频电源。其中前两种变频电源已逐步被可控硅变频器取代，它们只有在特殊条件下使用。目前可控硅变频器已成为中频感应炉的主要供电电源。3.1.1、可控硅变频器的工作原理及其主电路（1）可控硅变频器组成的主电路由可控硅变频器与感应炉组成的主电路如下图所示。主电路由三相工频电源经变压器降压后，供给可控硅变频器，经可控硅整流、滤波、逆变后获得中频电流，作为感应炉加热电源。为提高中频电效率并联有电容器组。以上部分组成中频感应
8、炉的主电路。（2）可控硅变频器的工作原理可控硅变频器的工作原理如图所示。用于感应炉的可控硅变频器大多是并联式逆变器。这种逆变器由整流、滤波和逆变三部分组成，起作用原理分述如下： 整流：通过三相桥式整流电路，将三相交流电整流为直流电。 滤波：经电抗器滤波后获得一个波形平稳的直流电源，供给逆变器。 逆变：滤波后的直流电，由桥式逆变电路，利用可控硅的轮番导通和关断，使直流电变成频率可调的中频电流。这种中频电流成为感应炉的电源。3.2、中频感应炉设备的冷却水系统中频感应炉设备的冷却部位主要有炉体感应线圈、电容器组、电源可控硅变频器等。感应线圈冷却水系统采用工业压力水冷却。冷却水压力应保持在一个较稳定的
9、范围之内。水温应保持在进水温度为2035，出水温度低于55.冷却水温过低会出现结露现象，水温超过55则失去冷却能力。为了节约用水，一般采用循环冷却系统。 可控硅变频器的冷却系统 可控硅变频器冷却用水应符合以下条件：冷却水压应稳定地保持在0.15MPa，水质应进行软化处理，硬度应小于P8，电阻在20K以上，水中不溶解物小于0.03mg/L. 为了保证中频感应炉设备的安全，冷却水系统应实行集中供水和回水。水路应设置水压报警装置和停水报警装置，以防止因水压不足或断水所造成的设备事故发生。以上为中频感应炉的一些基本原理及中频感应炉的设备组成系统。以下介绍我公司的中频感应炉设备。四、在线退火感应加热设备
10、 龙阳公司的感应加热设备有两台，一台为应达公司的400米ACR在线退火机组，控制系统采用的是全套西门子控制系统。另一台为日本三井公司的600米在线退火机组，控制系统采用日本三菱公司的PLC，驱动部分为日本富士公司的GS5000系列的变频器。以下将对其进行详细说明： 4.1、应达感应加热设备应达400米、900KW、6KHz的ACR在线退火机组的系统组成主要有以下几个部分:A:中频加热电源柜 B、感应加热箱 C、冷却水系统A、 中频加热电源柜中频加热柜主要由主回路开关、快速熔断器、整流电路、逆变电路、电容补偿电路、控制检测及报警回路组成。其主回路电路图如下：B、 感应加热箱感应加热箱主要由四个感
11、应加热线圈、母排、连接导排、及两个加热箱柜门限位开关组成。C、 冷却水系统冷却水系统主要有电源柜冷却和加热箱内线圈及铜排冷却。电源柜内冷却是一个封闭的冷却水循环系统，主要由一个单独的纯水冷却箱、一个4KW的水泵、压力开关等组成。4.1.2、PLC可编程控制器，采用西门子S7-300系列，其中包括电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、高速计数模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和接口模块等。4.1.3、人机界面（HMI）采用西门子MP370B触摸显示屏，可以实现以下功能：1、设置、修改并显示各种参数；2、显示该设备各部分的动作情况及所处的位置（信号灯）;3、进入不同的画面，可以完成该设备的各
12、种不同动作(按钮)；4、监控PLC各输入/输出点的通/断状态；5、屏幕右上方显示当前的报警或警告信号；6、屏幕左上方显示当前的日期和时间；7、报警及警告文本记录了近期出现的各种报警及警告信号；8、设有速度与电流对应值、420mA与电流对应值的曲线画面；9、可设置密码值。4.1.4、交流电机变频器采用西门子MICROMASTER440系列变频器。6SE6440-2UD33-0EA1 (30KW) (含制动电阻) 2台6SE6440-2UD31-5DA1 (15KW) 1台6SE6440-2UD31-1CA1 (11KW) 1台6SE6440-2UD17-5AA1 (0.75KW) (含制动电阻)
13、 1台4.1.5、测长编码器：OVW2-1500-2MHT型增量式编码器采用圆光栅作为角分度元件，可实时输出回转轴的角度及速度信息，该信息输入PLC的高速计数模块，通过PLC的编程运算，可计算出铜管所走过的长度及铜管当前运行的速度，以上两个值即可在触摸屏上显示，也将参与PLC中的其它控制及运算。4.1.6、操作方式操作方式主要有以下四种：A、手动方式 B、自动方式 C、加热方式 D、机械方式。A、 手动方式（MANUAL MODE）:将选择开关（SA3）打到“手动方式”，在操作台或触摸屏上均能实现以下动作，（如果在触摸显示屏上操作，需要在触摸显示屏的首页画面上选择“MANUAL MODE”画面
14、）。(1)、放卷定位销伸出或放卷定位销缩回；（2）、放卷摆臂回转或放卷摆臂返回； 注：放卷摆臂回转包括下列一些动作：放卷定位销缩回-放卷摆臂回转-放卷定位销伸出； 放卷摆臂返回包括下列一些动作：放卷定位销缩回-放卷摆臂返回-放卷定位销伸出。（3）、收卷定位销伸出或收卷定位销缩回；（4）、收卷摆臂回转或收卷摆臂返回； 注：收卷摆臂回转包括下列一些动作：收卷定位销缩回-收卷摆臂回转-收卷定位销伸出； 收卷摆臂返回包括下列一些动作：收卷定位销缩回-收卷摆臂返回-收卷定位销伸出。（5）、液压泵启动或液压泵停止；（6）、氮气阀通或氮气阀断；（7）、吹干气阀通或吹干气阀断（8）、淬火液阀通或淬火液阀断；（
15、9）、测速装置伸出或测速装置缩回；（10）、放卷辊道正转或放卷辊道反转（11）、收卷辊道1正转或收卷辊道1反转（12）、收卷辊道2正转或收卷辊道2反转（13）、液压泵启动后，放卷托盘抬起或放卷托盘落下（14）、液压泵启动后，收卷托盘抬起或收卷托盘落下（15）、放卷正点或放卷反点（16）、收卷正点或收卷反点（17）、联机正点或联机反点（18）、放卷机上有料筐的操作如下： a、按液压泵启动按钮，液压泵启动；b、按放卷摆臂回转按钮，放卷摆臂回转到位；c、按放卷托盘落下按钮，放卷托盘落下；d、将有料料筐吊到放卷辊道上，按放卷辊道正转按钮，至放卷托盘底座处于停止；e、按放卷托盘抬起按钮，放卷托盘抬起；f
16、、按收卷摆臂返回按钮，放卷摆臂返回到位。（19）、放卷机：下“无料料筐”的操作如下：a、按“液压泵启动”按钮，液压泵启动；b、按“放卷摆臂回转”按钮，放卷摆臂回转到位；c、按“放卷托盘落下”按钮，放卷托盘落下；d、将“无料料筐”从托盘上吊下来；e、准备下一次上“有料料筐”。（20 ）、收卷机：上“无料料筐”的打操作如下：a、按“液压泵启动”按钮，液压泵启动；b、按“放卷摆臂回转”按钮，放卷摆臂回转到位；c、按“收卷托盘落下”按钮，收卷托盘落下；d、将“无料料筐”吊到收卷辊道1上，按“收卷辊道上1正转”按钮，至收卷托盘底座处停止；e、按“收卷托盘抬起”按钮，收卷托盘抬起；f、按“收卷摆臂返回”按
17、钮，收卷摆臂返回到位。（21）、收卷机：下“有料料筐”，同时上“无料料筐”的操作如下：a、按“液压泵启动”按钮，液压泵启动；b、将“无料料筐”吊到收卷辊道1上；c、按“收卷摆臂回转”按钮，收卷摆臂回转到位；d、按“收卷托盘落下”按钮，收卷托盘落下；e、同时按“收卷辊道上1正转”按钮及“收卷辊道上2正转”按钮；f、当“有料料筐”向前运行中，“有料料筐”的大部分已在收卷辊道2上时，停止按“收卷辊道上1正转”按钮，继续按“收卷辊道上2正转”按钮，直至“有料料筐”在收卷辊道2上到达准备吊下的位置，停止按“收卷辊道上2正转”按钮；g、按“收卷辊道上1正转”按钮，使“无料料筐”到达收卷托盘底座处停止；h、
18、按“收卷托盘抬起”按钮，收卷托盘抬起；i、按“收卷摆臂返回”按钮，收卷摆臂返回到位；j、将“有料料筐”从收卷辊道2上吊下来。B、 自动方式（AUTO MODE）a、在进入自动方式前，必须先将选择开关打到“手动方式”，并在触摸显示屏的首页画面上选择“MANUAL MODE”，进入“MANUAL MODE”画面，在此方式下进行操作，来满足自动方式的以下条件：（1）、放卷托盘与收卷托盘均在抬起位置；（2）、放卷摆臂与收卷摆臂均在返回位置；（3）、放卷定位销与收卷定位销均在伸出位置；（4）、测速装置在缩回位置；（5）、光电开关1处有铜管；（6）、光电开关2处无铜管；（7）、光电开关3处无铜管（8）、液
19、压泵已启动。b、以上条件满足后，再将选择开关打到“自动方式”，并在触摸显示屏的首页画面上选择“TART UP”，进入“TART UP”画面。此时，该画面上的信号灯有以下的显示：（1）、铜管到位灯为绿色；（2）、入口处准备好灯为绿色；（3）、出口处准备好灯为绿色；（4）、如果气压正常，气压正常灯为绿色。c、再进行下列操作：（1）、按“清洗起动”按钮，清洗动行灯变为绿色；（2）、按“润滑起动”按钮，润滑运行灯变为绿色；（3）、按“冷却泵起动”按钮，冷却泵运行灯变为绿色；（4）、按“增压泵起动”按钮，增压泵运行灯变为绿色；（5）、按“抹油泵起动”按钮，抹油泵运行灯变为绿色；（6）、按“氮气阀通”按钮
20、，如果氮气流量正常，则氮气流量正常灯变为绿色。d、在上列操作完成后，如果应过的中频电源已准备好，则感应加热准备好灯娈为绿色，自动方式开始准备好灯也变为绿色。e、在“START UP”画面上选择“AUTOMATIC MODE”，进入“AUTOMATIC MODE”画面。f、在“AUTOMATIC MODE”画面上选择“PRODUCT SELECTION PAGE”，进入“PRODUCT SELECTION PAGE”画面，在此画面上选择铜管规格。然后，在此画面上选择“AUTOMATIC MODE”再返回到“AUTOMATIC MODE”画面。g、此时，下列信号灯已变为绿色：（1）、自动方式开始准
21、备好灯；（2）、选择自动方式灯；（3）、入口处准备好灯；（4）、出口处准备好灯。h、计长需要复位，请按“计长复位”按钮。i、输入料筐内铜管长度的数值。j、将速度选择开关打到50米/分的位置。k、按“联机起动”按钮，自动方式开始运行，在线加热灯变为绿色，然后进行铜管速度选择，将速度选择开关打到所需的速度位置。l、自动方式运行后，在自动方式画面上将随机显示“铜管运行速度”、“铜管运行长度”、“钢管加热电流”及“铜管加热开始时间”。m、当料筐内铜管走完后或运行中途需要停机时，请按“联机停止”按钮，自动方式运行停止，在线加热灯变为白色。n、自动方式运行停止后，返回到“START UP”画面，进行下列操
22、作：（1）、按“清洗停止”按钮，清洗动行灯变为白色；（2）、按“润滑停止”按钮，润滑运行灯变为白色；（3）、按“冷却泵停止”按钮，冷却泵运行灯变为白色；（4）、按“增压泵停止”按钮，增压泵运行灯变为白色；（5）、按“抹油泵停止”按钮，抹油泵运行灯变为白色；（6）、按“氮气阀断按钮，氮气流量正常灯变为白色。C、 加热方式（INVERTER ONLY MODE）：该“加热方式”仅供制造商在调试中频电源时使用，“加热方式”对用户的操作人员来说无效。D、 机械方式（MECHANICS MODE）： 该机械方式仅供制造商或用户的机械、电气调试人叫在调试机械电气动作时使用，该方式与自动方式的机械动作完全一
23、样，但是，铜管在运行过程中不加热，即应达的中频电源不工作，铜管是冷态运行。a、在进入机械方式前，必须先将选择开关打到“手动方式”，并在触摸显示屏的首页画面上选择“MANUAL MODE”，进入“MANUAL MODE”画面，在此方式下进行操作，来满足机械方式的以下条件：(1)、放卷托盘与收卷托盘均在抬起位置；（2）、放卷摆臂与收卷摆臂均在返回位置；（3）、放卷定位销与收卷定位销均在伸出位置；（4）、测速装置在缩回位置；（5）、光电开关1处有铜管；（6）、光电开关2处无铜管；（7）、光电开关3处无铜管（8）、液压泵已启动。b、以上条件满足后，再将选择开关打到“机械方式”，并在触摸显示屏的首页画面
24、上选择“MECHANICS MODE”，进入机械方式画面。此时，该画面上的信号灯有以下的显示：（1）、铜管到位灯为绿色；（2）、入口处准备好灯为绿色；（3）、出口处准备好灯为绿色；（4）、选择机械方式灯为绿色。c、再进行下列操作：（1）、输入产品规格编号，画面上显示铜管外径及钢管壁厚；（2）、按“清洗起动”按钮，清洗动行灯变为绿色；（3）、按“润滑起动”按钮，润滑运行灯变为绿色；（4）、将速度选择开关打到50米/分的位置；（5）输入料筐内铜管长度的数值；（6）计长需要复位，请按“计长复位”按钮。d、在上列操作完成后，机械方式开始准备好灯变为绿色e、按“联机起动”按钮，机械方式开始运行，联机运行
25、灯变为绿色，然后进行铜管速度选择，将速度选择开关打到所需的速度位置。f、机械方式运行后，在机械方式画面上将随机显示“铜管运行速度”、“铜管运行长度”及“铜管加热开始时间”。g、当料筐内铜管走完后或运行中途需要停机时，请按“联机停止”按钮，机械方式运行停止，联机运行灯普通为白色。4.1.7、驱动电机放卷电机矫直电机增压泵电机液压站电机淬火液电机传送带电机收卷电机辊道电机清洗泵电机抹油泵电机 具有加热速度快、节约能量、不氧化脱碳、不污染环境以及生产效率高等多方面的优点，这些优越性被热处理工作者广泛认同，因此近十几年来发展很快，这种设备被广泛应用到各种加热行业中。 当然这一实际需求，也大大促进国产感
26、应热处理设备的发展和技术提升。以长春的“中国一汽”为例，该公司拥有感应热处理设备近100多台，其中近十年新增或更新的设备就有50台，几乎全部是可控硅中频设备和IGBT超音频设备。现在“一汽”的中型卡车的感应热处理零件重量以达到291.3kg，占全部热处理零件的52%，感应热处理真正地挺起了热处理的半壁江山。 2我国早期的感应热处理设备情况 50年代初、中期随着“一汽”和“一拖”的建设，从苏联引进一批高、中频热处理设备，总共20台左右，另有极少数的捷克设备。国人从此认识了感应热处理。50年代末期国内有几家工厂先后开发了高、中频电源设备，如天津广播器材厂和北京广播器材厂开发了电子管高频设备；湘潭电
27、机厂和锦州电机厂开发了机械式中频发电机；大约60年代中期天津劳动局技工学校(后来的天津第九机床厂)开始生产简易的淬火机床1。他们开启了我国自行研发和生产感应热处理设备的先河。 3目前我国感应热处理电源设备的现状和发展 中、高频电源设备是感应热处理的关键设备。目前我国热处理行业除最古老的火花间隙式高频电源没有使用外，其他几种电源都在使用，其中机式中频发电机和电子管式高频电源尽管落后，在某些地区或工厂，仍是主力生产设备。现就各种电源的优缺点介绍如下： 3.1机械式中频发电机 机械式中频发电机大约在1920年研发成功，当年美国俄亥俄州的克拉克公司首先将其用于曲轴轴颈的淬火，这是最早用于工业生产的中频
28、电源。它的最大优点是耐用，除工作几年要更换轴承外，几乎不需要维修保养。它的缺点是频率固定，使用范围受到限制；占地面积大；噪音大；耗水量大；电效率较低，约为7075%左右2。 3.2电子管高频电源 电子管高频电源大约诞生于1930年左右。它的主要优点是调谐简单、使用方便，尽管频率高(后开发出超音频)，应用范围还是较宽的(在不讲究加热效率的情况下)。它的主要缺点是电效率低，约为50%左右；工作电压太高，安全性差；单机功率小等2。 3.3晶闸管(SCR)式中频电源 晶闸管(SCR)中频电源亦称可控硅中频电源，这种电源国际上约在1970年左右研制成功，并开始大量使用。我国约在80年代研制成功并开始试用
29、。90年代初完全成熟，某些技术指标已经达到国际先进水平。感应淬火用的晶闸管中频电源频率一般为2.58kHz。它与机式中频相比具有很多优点：体积小，重量轻；无机械运动，噪音小；启动停止方便，频率可以根据零件需要调整，并在运行中自动跟踪，保持在最高的功率因数下运行；安装容易，不需要特殊基础；淬火设备的单机功率可达1000kW；电效率可达90%2。3.4晶体管超音频和高频电源 晶体管超音频和高频电源一般指：(1)IGBT超音频电源、MOSFET高频电源和SIT高频电源。晶体管超音频和高频电源国际上大约在20世纪70年代中后期先后开发成功。我国在90年代开发成功。目前国产IGBT电源已很成熟，我公司生
30、产的IGBT电源的某些指标已经达到国际先进水平：频率850kHz功率可达500kW、频率50100kHz功率可达200kW。国产MOSFET做到200kHz、100kW。SIT高频电源国内已生产了几十台，但由于备件缺乏，已经逐渐报废。SIT电源因单管功率小等缺点很难克服，国外公司已经停止研发和生产。晶体管电源优点与晶闸管电源的优点相同或相近，但其频率可做到几百千赫。现用下表对上述内容进行总结： 中频感应加热设备中淬火机床也是个重要方面。进十年来，大型汽车公司和规模较大的汽车零部件厂，不断采购性能可靠、技术先进的淬火机床。可以看出中频感应加热技术会是未来加热行业的主旋律，感应加热设备的前景不可限
31、量。 上条新闻：感应热加工行业的产品介绍感应加热的原理 感应加热的加热线圈与被加热物（金属）的关系就如同变压器的1次侧、2次侧线圈的关系一样。 如图所示，由加热线圈通高频电流产生的磁力线集中在被加热物上、由电磁的感应作用，产生涡旋 电流，将被加热物加热。在这个时候，根据钢材的种类和形状选择适当的交流电流的频率、功率、 加热时间、保持时间、线圈的形状等，就能使各种钢材得到适当的品质特性。中频感应加热炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至20K HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈
32、中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即，金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。例如，把一根金属圆柱体放在有交变中频电流的感应圈里，金属圆柱体没有与感应线圈直接接触，通电线圈本身温度已很低，可是圆柱体表面被加热到发红，甚至熔化，而且这种发红和熔化的速度只要调节频率大小和电流的强弱就能实现。如果圆柱体放在线圈中心，那么圆柱体周边的温度是一样的，圆柱体加热和熔化也没有产生有害气体、强光污染环境。中频感应加热炉广泛用于有色金属的熔炼主要用在熔炼钢、合金钢、特种钢、铸铁等黑色金属材料以及不锈钢、锌等有色金属材料
33、的熔炼，也可用于铜、铝等有色金属的熔炼和升温，保温，并能和高炉进行双联运行。、锻造加热用于棒料、圆钢，方钢，钢板的透热，补温，兰淬下料在线加热，局部加热，金属材料在线锻造（如齿轮、半轴连杆、轴承等精锻）、挤压、热轧、剪切前的加热、喷涂加热、热装配以及金属材料整体的调质、退火、回火等。热处理主要供轴类（直轴、变径轴，凸轮轴、曲轴、齿轮轴等）；齿轮类；套、圈、盘类；机床丝杠；导轨；平面；球头；五金工具等多种机械（汽车、摩托车）零件的表面热处理及金属材料整体的调质、退火、回火等。中频电炉系列熔炼炉特点：（1）熔化效率高节电效果好，结构紧凑、过载能力强（2）炉子周围温度低、烟尘少、作业环境好。（3）操
34、作工艺简单、熔炼运行可靠。（4）金属成分均匀。（5）熔化升温快、炉温容易控制、生产效率高。（6）炉子利用率高、更换品种方便。（7）长弧形磁轭屏蔽漏磁和减少外部磁阻、有屏蔽线圈两端的漏磁、磁轭截面是弧形的内侧于外 壁无缝紧贴增加了有效的导磁率面积、使下圈获得了更好的支撑。独特的正反旋线圈极大的提高了系统的效率。中频电炉系列透热炉特点：加热速度快，氧化脱炭少由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少，加热效率高，工艺重复性好。自动化程度高，可实现全自动操作选用自动上料和自动出料分检装置，再配上我公司的专用控制软件，可实现全自动操作。加热均匀，温
35、控精度高感应加热易实现加热均匀，芯表温差小的要求。应用温控系统可实现对温度的精确控制。感应炉体的更换简便中频感应透热设备主要由中频电源和加热炉体两部分组成，为分体式结构。我公司以多年的实践经验，根据用户的不同要求设计并制造出一拖二中频感应透热成套设备，一套电源二套炉体，根据加工工件尺寸的不同，配置不同规格的感应炉体切换加热或同时加热。各炉体均设计有水、电、快换接头，使炉体更换简便、快速、方便。不仅仅省了一台电源，而且缩短了更换炉体的时间。本公司生产的一拖三透热电炉在国内占先进水平，是同行业中的佼佼者。根据用户的不同要求也可将电源和炉体做成一体，即机电一体结构。低耗能、无污染感应加热与其它加热方
36、式相比，加热效率高、能耗低、无污染；各项指标均可满足用户要求。透热条件下，由室温加热到1100的吨耗电量小于360中频电炉加热装置具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等优点正迅速淘汰燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉，是新一代的金属加热设备。中频电炉是铸造锻造及热处理车间的主要设备， 其工作的稳定性、可靠性及安全性是流水作业的铸造锻造及热处理生产线正常稳定工作的保证(1)中频输出不同与表一 时，本公司可根据用户要求按照GBK46001-87，GB10067.3-88，GB5959.3-88标准另行设计制造。 (2)表中所列数据打*号的型号三相进线电压为660伏。其余型号三相进线电
37、压为380伏 (3)线路形式：交流-直流-交流(并联或串并联逆变) 第四节 工作原理本机的主电路框图如图1所示。整流器采用三相桥式全控整流电路，逆变器采用单相桥式逆变电路，负载为并联谐振形式，直流滤波环节为大电感滤波，以满足并联逆变器的输入要求。 图1 交直交变换器 （1）三相桥式全控整流电路图2 三相桥式全控整流电路的输出电压为： Ud=2.34U2cosa（1） 式中，U d输出直流电压平均值； U2电网相电压 a 触发移相角 图3给出了在不同a角下的输出电压的波形（在感性负载和电流非断续状态下）。其中a90的状态称为整流的逆变工作状态，其实质是负载向电网反馈能量。 整流触发电路采用数字集
38、成电路构成，所采用芯片的型号、功能及有关说明如表二所示。表 二 编 号 名 称 型 号 用 途 U101 四运放 LM324 限幅放大 U102、U103 四异或门 CD4070 过零检测及整形 U104U106 2输入或非门 CD4001 或非逻辑 U107U109 14级二进制串行计数器 CD 4020 分频 U110U112 双时基电路 556 脉冲整形调制 U113 单时基电路 555 产生调制脉冲本装置的整流触发同步信号由同步变压器提供，经RC滤波及比较放大，找出触发同步信号的过 零点，再由数字计数器计数延时。触发脉宽由555构成的单稳确定，并由555进行高频调制，以减小触发脉冲变压
39、器的体积。本触发电路具有抗干扰能力强、延时准确、调试方便、触发可靠、功耗低及体积小的优点。（二）单相桥式并联逆变电路图4 并联逆变器的基本线路如 图4所示。图中V7 V10组成了一个桥式逆变电路，Ld为直流滤波电感，Lr为感应炉等效电路，C为补偿电容，由L、r、C组成一个并联谐振电路。 Ld使整流桥输出的直流电流连续，电流纹波减小，这样可近似地把整流桥输出电流看成一平直电流。Ld的另一个作用是限制中频电流进入工频电网，起隔离作用；当逆变失败时，它也起限制浪涌电流的作用。逆变桥由四只桥臂构成，每一臂为一只晶闸管和一个限流电抗器串联组成。限流的作用是限制逆变晶闸管导通时的电流上升率(di/dt),
40、使它不超过允许的数值。如果桥臂中V7、 V10和V8、V9轮流导通，便将直流Id逆变为在负载中流动的电频电流。为使逆变器正常工作，其工作频率应高于负载谐振频率。此时负载回路对输入的中频梯形电流中的高次谐波电流呈现低阻抗，对中频梯形波电流中的基波电流呈现高阻抗，因而使输出电压接近正弦波。逆变电路有关波形示于图5。 图4 逆变主电路及触发检测电路 由于逆变工作频率略高于负载谐振频率,使晶闸管获得一定的换相关断时间tj,从图5可以看出,j也是负载功率因数角.从数学分析可知,中频负载电压对输主直流电压有如下关系: UL=1.11Ud/cosj（2）为了提高输出额定功率因数角,应尽量减小tj,但tj的减
41、小就意味着逆变晶闸管道关断时间的减小,这不利于逆变器的可靠工作.,加外通常加大换相关断时间tf会增加晶闸管的电压定额.因此需两者兼顾,通常取j=30左右.由于中频电源负载参数(L、r)随着工件的多少和工件温度 的变化而变化,因此负载频率也是随时间变化的.为了获得恒定的引前时间以保证可靠换流,逆变频率必须随着负载谐振频率而变,并始终略高于负载谐振频率,这就是说,逆变触发电路不能采用恒定的频率的他激方式,而必须采用自激方式,即自动跟踪负载频率。逆变触发同步信号是由中频输出电压和补偿电容电流的取样信号合成的，该合成信号滞后于补偿电容电流而超前于中频输出电压，其过零时刻即为逆变触发时刻。可见逆变触发频
42、率始终略高于负载谐振频率。逆变触发同步信号为中频正弦信号，经高灵敏度的比较器LM311转换为方波，在方波的上跳沿及下跳沿各送出一个宽度一定的脉冲到相应的逆变晶闸管，即可完成频率自动跟踪的逆变触发。第五节 中频电源的调功、控制、保护及起动一、调功中频电源的功率就是逆变器的输入功率，它可以用下式表示： Pout=UL2/Roe（3）式中，UL负载中频电压； Roe负载回路的交流等效阻抗。对采用并联逆变的中频电源，其中频电压UL可用（2）式表示，它对直流电压成正比关系。由此可见，调节整流桥输出电压的大小，就可调节中频电源的输出功率，而整流输出电压是通过控制整流触发移相角来实现的。在第四节中曾指出，整
43、流触发脉冲的延时是通过数字计数器计数实现的。由于计数器的计数设定值是一定的，因此改变计数脉冲的周期就可改变触发脉冲的延迟时间。电压控制电路中的CD4046集成芯片就是用来构成压控振荡器的，调功旋钮输出的电压信号送到压控振荡器的压控输入端，就可改变振荡频率，从而改变整流触发移相角。 二、控制对并联逆变中频电源而言，设计的控制电路有电流负反馈控制电路、限流调节电路和限压调节电路。电流负反馈信号随交流电网输入电流的增加而线性增加，该信号输入到压控振荡器的压控端，逐渐降低压控振荡器的振荡频率，起到电流负反馈的作用，调节电位器P303可调节负反馈的强弱。限流调节电路和限压调节电路实际上是两个P I调节器
44、，它们分别由U203：C和U303：C构成，监视电源的电网输入电流和中频输出电压，如发现超出设定值（分别由电位器P302和P202设定），就输出一定的电压去降低压控振荡器的频率，也即增大整流相控触发角，降低整流输出电压，从而限制了电流和电压的继续增加，起到自动控制作用。本装置的控制电路具有限压限流特性陡峭、稳定、没有低频振荡或荡幅极小的优点。需要说明的是，所有的控制信号及手动调功信号通过加法器U203：A合成为一个电压信号来控制压控振荡器的振荡频率的。三、保护中频电源的保护功能是针对电源的各种异常和故障而设计的。主要有过电流保护电路和过电压保护电路。在第四节曾经指出，整流触发移相角a90 的状
45、态称为整流桥的逆变工作状态，其实质是负载向电网反馈能量，利用这一特点，可实现电源的自我快速保护。例如，当电源出现负载短路或逆变桥直通时，直流电流和电网输入电流将迅速增加，保护电路监测到有这信号后，立即将整流移相角增大至大于90（一般150左右），则电流开始下降，滤波电感中储存的能量全部反馈回电网，从而起到保护作用。过电流保护电路监视三相进线电网电流。当电流超过整定值时，由U301：A构成的比较器输出负脉冲，将触发器U301：B的输出置位为高电平“1”，该信号使压控振荡器停振（此时整流触发移相角增至150），即整流桥进入逆变工作状态，同时点亮过流指示灯以报警。过电压保护电路用于保护逆变晶闸管免受
46、中频电压（即并联补偿电容的电压过高）的损坏，其工作原理与电流保护电路是一样的，但过电压信号除使压控振荡器停振和点亮过电压指示灯外，还短时间开启一个高频振荡器（振荡频率大于10kHz），高频振荡器的工作时间大约为100mS，高频脉冲同时加到四只逆变管的门极，致使逆变桥直通，即逆变晶闸管不承受电压，补偿电容的能量在负载中迅速消耗，而储能电感中的能量反馈回电网，并自动停机。本装置的保护电路具有保护速度快（尤其是过电压保护电路）、可靠性高的优点。四、起动在逆变器及其触发电路一节中已谈及，为使逆变器正常工作，逆变触发频率应略高于负载谐波频率。因负载参数随工件的多少及工件的温度等因素而变化。故逆变器触发信号应来自负载本身。但是逆变器未工作时是无信号可取的，这就产生了逆变器起动的问题。本装置采用独有的直接起动法（或称为零电压起动）： 1、在电流取样电路中串联了正反向相并二极管，由于二极管的非线性伏安特性，在起动之初，电流
