KGPS-160／1-8KHz可控硅中频电源的技术改造

王海成

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 宝鸡 722408）

工艺·设备·材料

KGPS-160／1-8KHz可控硅中频电源的技术改造

王海成

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 宝鸡 722408）

经过前期的市场调研考察，及对北京高频机电设备有限公司、十堰高周波机电设备有限公司、十堰凯佳机电设备有限公司中频电源的工作性能、售后服务、市场占有率的综合比较分析，最终决定选用十堰凯佳公司生产的KGPS可控硅中频电源陆续取代中频发电机，实现设备的跟进转型，继续保持汉德公司在中频淬火产品方面的优势。

频率自动跟踪；整流；逆变；负载谐振回路；感应加热

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-77-03

引言

汉德公司桥五厂目前投入安装的5台KGPS160/1-8KHz可控硅中频电源，已全部取代了BPS135/8000和BPS200/2500两种频率的中频发电机。在实际的生产运行过程中，完成了圆环类一次、轴类连续、齿类一次的中频感应淬火工序。在产品研发的试制过程中，更体现出了工艺参数调试方便，数据匹配直观清晰，修复能力切实可行。

1、BPS135/8000和BPS200/2500中频发电机的工作原理

1.1 主回路工作原理图：

1.2 工作原理

60年代湖南湘潭电机厂生产的BPS135/8000和BPS200/ 2500两种频率的中频发电机（现场共4台），利用三相电动机带动单相发电机，将工频三相电源转换为2500Hz或8000 Hz的中频交流电源，对车桥上的凸轮轴、半轴、凸缘、平衡轴、隔套、隔圈、滚轮等零件进行中频感应淬火工序，使

工件在淬火后达到相应工艺要求的硬度值和硬化层深。

1.3 暴露出来的问题

60年代出厂的中频发电机目前主机老化严重，生产效率低，维修困难大，备件成本居高不下，而且市场上的该类设备及相关关键备件均以淘汰出局，在很大程度上，制约了正常的维修速度，阻碍了生产的正常进行。因此，技术改造中频发电机的项目迫在眉睫，刻不容缓。桥五厂必须尽快顺应当前汉德车桥公司做强做大、百亿汉德目标战略规划，做好产能提升的硬件升级，以满足国内外市场上大批量车桥产品自制件生产加工的需要。

2、KGPS-160／1-8KHz可控硅中频电源的基本工作原理

2.1 组成部分及原理图

可控硅中频电源由进线电源、主接触器、三相全控桥式整流桥、平波电抗器、吸收回路、逆变桥、并联负载回路及控制调节保护回路及充放电回路主要九大单元组成。

2.2 主要电气部分构成的简介

2.2.1 进线电源

由于可控硅中频电源是一种大功率能耗设备，所以采用专用变压器或稳压电源，且需根据零件的产能及节拍选用合适的容量与次级电压。这样做的作用是保证电源在工作时的高稳定性。

2.2.2 主接触器

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主接触器的选配及接线方式是根据中频电源的功率及中频电流大小的进行选用：（目前我分厂陆续改造在用的有160KW、200KW、500KW三个等级容量）。

2.2.3 三相全控桥式整流桥

采用3组KP500∕1600V的可控硅与6个RS400A的快熔（带有熔断指示开关）组成。它的作用是将三相50HZ的380V的交流电源整流为直流电源。

2.2.4平波电抗器

它的作用是：

（1）限制短路电流（逆变可控硅换相时同时导通相当于整流桥负载直接短路）没有电抗器就直接短路；

（2）抑制中频电压分量对工频电网的冲击；

（3）并联逆变电路的输入功率有无功分量的吞吐，逆变桥的输入电路中必定有储能的元件电抗器；

（4）滤波作用（整流电流带有交流成分；高频交流不能通过大电感）使整流输出波形连续，如不连续，就会出现电流为零的时间，这时逆变桥停止工作，造成整流桥开路的现象。

2.2.5 充放电回路

它的作用是在电源启动时，启动脉冲触发放电可控硅，让充电储能的电容对负载回路进行放电，此时将在负载回路上产生一个衰减的振荡波形（其波形为设备的固有频率），通过逆变控制部分使逆变回路跟踪负载的频率，而使电源起振工作。

2.2.6 逆变桥

它是中频电源的核心部分，并联谐振负载的逆变回路是通过四个桥臂-高频可控硅KA500A/1200V两两交替轮番导通，将直流电压逆变为500HZ—10KHZ的单相交流电，单相交流电通过感应器的电磁感应将工件快速加热，仅用10几秒的时间，就可以达到880-920℃。

2.2.7 并联负载回路

它是LC并联的回路，其基本原理是：LC并联电路对不同的阻抗性，从而在回路的输出端输出大小不同的电压，特别是电流中与LC回路的固有频率有相同的频率，LC回路对其的作用更有其特殊性。

2.2.8 控制回路

它是设备启动的主要控制部分，其中包括+/-15稳压电源、故障保护、逆变换相监控、电源启动控制、电流电压调节、整流脉冲及功放、逆变脉冲调节及功放、温度监控、信号变换与24V不稳压电源等，它的每一个控制部分都直接影响电源的正常工作。

2.2.9 吸收回路

晶闸管二端并接阻容吸收电路可起保护作用：（1）吸收尖峰过电压；（2）限制加在晶闸管上的du/dt值；（3）晶闸管串联应用时起动态均压作用。

3、技术改造措施

用KGPS160/1-8KHz可控硅中频电源陆续改造取代BPS135/8000和BPS200/2500中频发电机。中频发电机作为高耗能设备，在被改造成功运行后，将被停用或作固定资产报废处理。

投入调试运行后的可控硅中频电源，在与感应淬火机床有效对接后，工艺参数调整监控方便（有功率因数表显示工艺参数的匹配状态）；加工人操作简单（只需接通冷却水路和控制电源，匹配好感应器后，即可投入加工运行）；设备故障检测全面（有过流、过压、谐振失败等故障指示灯，反映当前所发生的故障现象，便于指导维修电工准确的分析判断故障部位，缩短了检修时间）。与改造前相比：能同样将工件的硬化层深度由2-10mm加热控制在2-8mm范围内，硬度大于55HRC以上，马氏体级别3-6级，硬化层深分布均匀，达到甚至是超过了中频发电机同等的工艺加工效果，而且节能达到30%以上。同时，设备无机械噪音，只有轻微的电磁工作噪音，符合当前国家提出的节能减排的科学发展观的政策方向。

4、改造后的效果比较

经过6年来高负荷的生产运行，不仅保证了工艺运行的稳定性，提高了生产效率，节能达到30%以上，维修成本降低25%左右（与中频发电机的同一时期的备件维修费用相比），大大降低了维修工人与操作工人的维修（维护）强度。更为重要的是：设备噪音的明显降低，推动了公司正在运行的职工、环境健康安全体系的正常运行。

5、结束语

作为感应加热装置的电源，KGPS（可控硅静止变频装置）与传统BPS机组（中频发电机组）相比，负载适应性强，效率高，易于形成半自动加热控制。此次的改造，提高了生产加工效率，降低了设备故障的停机时间，降低了操作工人操作难度，成功的完成了中频感应加热电源更新换代与转型，确保了汉德车桥公司未来5到10年乃至以后，战略版块做强做大的发展需要。

[1] 金属热处理；2005.30（9）.

[2] 热处理手册.

[3] 热处理工艺操作规程.

[4] 郑慰萱.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1990.8.

[5] 陈传虞.脉冲与数字电路。北京：高等教育出版社，1990.3.

[6] KGPS可控硅中频电源说明说.十堰：十堰高周波科工贸有限公司，2009.08.

[7] 林信智.杨连第.汽车零部件感应热处理工艺与设备.北京：北京理工大学出版社1998.8.

更正声明

本刊2014年第8期论文《曲轴回转力矩及轴向间隙测量机的研发与设计》，作者：钱宝石。因编辑校对有误，现将作者工作单位更正为：大连智云自动化装备股份有限公司，特此声明，并向作者及广大读者致歉。

《汽车实用技术》编辑部

2014年9月5日

KGPS-160／1-8KHz SCR frequency power transformation

Wang Haicheng
（Shaanxi Hande Axle Co., Ltd., Shaanxi Baoji 722408）

After a pre-market research study, and the high frequency of Beijing Electrical Equipment Co., Shiyan High Frequency Electrical Equipment Co., Ltd., performance Kai Jia Electrical Equipment Co., Ltd. Shiyan frequency power supply, service, comprehensive comparative analysis of market share, the final decision good selection of Shiyan Kay produced KGPS SCR IF frequency generator power gradually replace achieve follow-up transformation equipment, maintaining Hande advantage in terms of frequency quenching product.

Automatic frequency tracking；Rectified；Inverter；Load resonant circuit；Induction heating

U464

A

1671-7988(2014)09-77-03

王海成，就职于陕西汉德车桥有限公司，主要从事于热处理设备的技术维修、技术管理工作。