高频淬火机对锯片进行加热热处理

通过对锯片进行高频淬火提高了锯片的硬度,从而延长了锯片的使用寿命,有力的保证了生产。常用的淬火设备是郑州高氏高频淬火机。

1 主体设备介绍

我厂采用的是固态高频淬火机,额定直流功率为100KW,额定输出频率为100KHz,主要用于锯片的淬火加工。

1.1加工原理

当感应线圈通以交流电时,在感应线圈的内部和周围同时产生与电流频率相同的交变磁场,将加工工件置于高频感应线圈内,受电流交变磁场的作用,在工件内相应地产生感应电流,这种感应电流在金属工件内自行闭合,产生涡流。

高频淬火机的装置:

1 系统组成

该系统由整流器、滤波、过流保护装置、逆变单元、变压器组成。

2 整流原理及控制分析

三相桥式整流电路输出电压:

Ud =1.35Ua cosα

Ud:输出直流电压平均值;Ua:整流桥输入线电压 ;α:晶闸管触发延迟角在整流桥输入线电压Ua一定条件下,改变晶闸管的触发延迟角α即可改变输出直流电压的大小,从而达到调节设备输出功率大小的目的,由于Ud与α之间存在余弦关系(非线性),为了保证调功的线性,在微机控制触发程序中加入了非线性校正环节,以改进调节线性化。 同时配合双闭环PI调节器,由于PI调节器为无静差的调节器,通过将电压、电流作为反馈信号,从而保证电压、电流输出值不会超过限压值和限流值。逆变原理分析;逆变电路采用串联谐振型逆变器即电压谐振型逆变器,输出电压近似为方波,由于工作在谐振频率附近,此时振荡电路对基波具有最小阻抗,所以负载电流近似于正弦波,同时避免逆变器上下桥臂的直通换流必须遵守先关断后开通原则,在开通与关断之间必须有足够的死区时间。由于工作于感性负载状态下,输出电流相位之后电压相位,换流过程是这样进行的,当上(下)桥臂的MOS管关断后,负载电流换至下(上)桥臂并联的二极管中,在滞后一个死区时间后,下(上)桥臂的MOS管加以开通脉冲,等待电流自然过零后,从二极管换至同桥臂的MOS管。由于MOS管中的电流是从零开始上升的,因而基本实现了零电流开通,开通损耗很小,此外MOS管关断时电流尚未过零,此时仍会存在一定的开关损耗,由于MOS管的管断时间很短,预留的死区时间不长,而且因死区而必须的功率角因数并不大,所以适当的控制逆变器的工作频率,使之略高于负载电流的谐振频率,就可以使上(下)桥臂的MOS管向下(上)桥臂的反并联二极管换流,其瞬时电流较小,所以MOS管的关断和反并联二极管的开通是在小电流下发生的因而降低了开关损耗。

3 锁相环和相角锁定介绍

在感应加热过程中,串联逆变器总是工作在感性状态下,即工作频率总是略高于负载的谐振频率,由于温度的变化,负载线圈的电参数将随时间变化,这将使逆变器偏离较佳工作点,偏离较佳工作点后,会使逆变桥 上的MOS管的关断电流增加,从而使关断损耗增大,逆变器的功率容量不能充分利用,因此需要设置锁相控制电路,以实现频率自动跟踪功能。因此根据电压电流的相位关系,电流信号经相位检测电路,对应于输出一定占空比的高低点平信号,滤波后得到直流电平,以反映输出电压电流的基波相移,根据设定的相角锁定值,调节输出电平,调节压控振荡器的输出频率,以达到频率自动跟踪。

4 MOS管的驱动电路

MOS管是电压型器件,由于存在输入电容Cin,所以当脉冲电压Up的前沿到来时,Cin有充电过程,栅极电压UGS呈指数曲线上升,当UGS上升至开启电压UT时,开始出现漏极电流iD,此后iD随着UGS的上升而上升当上升至UGSP后,iD达到稳态,当脉冲电压Up下降至零时,栅极输入电容Cin通过信号源内阻Rs和栅极电阻RG开始放电,栅极电压UGS按曲线下降,当下降到UGSP时,漏极电流iD才开始减小。为防止逆变桥上下桥臂的直通短路,除了驱动器本身要求有抗干扰能力外,对电压型逆变器要求的上下桥臂的驱动信号必须保证两臂先关断后导通,因而要求开通时间滞后于关断时刻,即存在一个死区时间。