感应热处理基础知识Word文件下载.docx
《感应热处理基础知识Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《感应热处理基础知识Word文件下载.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
∣Ug=常数
(2)放大系数μ:
保持阳极电流不变,阳极电压增量△Ua与栅极电压增量之比,称为振荡管得放大系数,即:
μ=
∣Ia=常数
放大系数表明了栅压对阳极电流得控制能力比阳极电压对阳极电流得控制作用要强μ(3~100)倍。
(3)跨导S:
在恒定得阳极电压下,阳极电流增量△Ia与栅极电压增量△Ug之比称为三极管得跨导,即S=
∣Ua=常数
跨导即为栅极特性曲线直线部分得斜率。
它表示栅极电压对阳极电流得控制能力。
S愈大,控制能力愈强。
以上三个参数Ri、μ、S互相关联,即μ=S·
Ri
2、6三极电子管得放大工作状态
(1)甲类工作状态:
栅负偏压Eg小于截止栅负偏压Eg0放大器静态工作点为A1点,阳流导通角2θ=360°
此状态在特性曲线直线部分,非线性失真小,直流功率耗损很大,放大效率很低;
(2)乙类工作状态:
栅负偏压Eg2=Ego,静态工作点为A2点,阳流导通角2θ=180°
此状态非线性失真大,直流损耗小,效率较高;
(3)丙类工作状态:
│Eg3│>│Ego│,2θ<180°
非线性失真很大,但直流损耗更小,效率更高。
2、7电子管自激振荡
当不同频率得电流通过LC并联电路时,电路呈现不同得阻抗。
只有频率刚好等于谐振频率得电流通过时,电路阻抗最大,此时电路处于谐振状态。
谐振电路呈现得纯电性阻抗称为回路得等效外阻,用RD表示,其值由下式决定:
RD=
由于只有谐振时得阻抗最大,因此只有频率为谐振频率得电流ia通过LC振荡回路时产生得电压降最大,其值iaRD=μk。
而其它频率得信号通过时回路呈现得阻抗很小,相当于短路,很容易通过。
所以,无论何种复杂波形得电流通过LC振荡回路时,它总就是选择揩振频率得成分,产生谐振频率得振荡,而将其她频率得分波滤掉。
电子管自激振荡器得自激振荡过程就就是利用了这一选频特性。
2、8自激振荡条件
(1)相位条件:
要维持振荡必须使反馈线圈得反馈电压ug与振荡回路电压uk同相位。
(2)振幅条件:
正反馈太小也不能维持振荡,必须满足一定条件。
通常将反馈电压ug与振荡回路电压uk之比
称为反馈系数(用β表示),β值越大,反馈量也越大。
因电子管得电压放大倍数k=
所以:
k·
β=1
要使自激振荡器正常工作,必须满足k·
β≥1得条件。
2、9双回路振荡
大功率高频振荡器多采用双回路自激振荡器,在双回路振荡电路中,第一槽路与第二槽路之间耦合程度借助于LS来调节,而第二槽路与感应圈则通过淬火变压器耦合。
淬火变压器又称高频变压器,它就是一个无铁芯得空心降压变压器,一次线圈就就是第二振荡回路得电感线圈,约10匝,二次线圈为单匝,即淬火感应器。
没有第二槽路得振荡器为单回路振荡器,其缺点就是不能根据负载得变化调节回路得阻抗匹配,但回路耗损较少,有利于提高整机效率。
2、10电子管振荡器得工作状态及其调整
电子管振荡器得工作状态对输出功率大小、电能利用效率及振荡管得使用寿命影响很大。
(1)最大功率输出得条件——阻抗匹配问题
振荡器等效外阻(Ro)与折合内阻(Rn)相等时,振荡器得输出功率最大,也就就是所谓负载与电子管实现了匹配。
振荡器等效外阻与加热工件大小与第一与第二槽路与耦合程度有关。
而折合内阻也不就是常数,它受反馈系数影响。
(2)高效输出条件
三极电子管在丙类工作状态(│Eg3│>│Ego│,2θ<180°
=时,振荡器得实际效率最高(可达60~80%);
而乙类与甲类较低,分别为50~60%与25~30%。
(3)振荡器三种工作状态
①欠压状态:
振荡管栅流比阳流小很多,可忽略不计,所以又叫无栅流或小栅流状态。
只有栅压μg较小时,栅流才小,故称“欠压”。
由于在欠压状态下,振荡管阳极损耗很大,因而效率低。
严重得欠压会显著降低振荡管寿命,甚至有烧毁阳极得危险;
②临界状态:
临界状态就是指Ro=Rn,即等效外阻与振荡管折合内阻刚好匹配得状态。
在一定得振荡电压(Ea)下,振荡器工作于临界状态时,振荡回路高频电压Ua1与Ia1最大,所以振荡功率最大,由于Ua1m大,Ea不变时,阳压利用系数ξ增大。
这时,阴极电子在栅极上得分配比例增加,阳极耗损减小,因此效率也增高。
临界状态就是调整振荡器时要选取得工作状态。
③过压状态:
当RD>Rn时,振荡回路高频电压Ua1增大而“过压”。
由于“过压”,反馈系数不变时,栅压也“过压”。
过压造成阳流显著减小,而栅流很大。
故过压状态又叫大栅流状态。
在过压状态,随着RD得增加,过压程度增加,振荡器效率将继续增大,但输出功率将减小。
严重得过压,会使输出功率显著降低。
综小所述:
振荡器得工作状态以欠压与强过压状态最为恶劣,它不仅不能充分发挥设备潜力,而且会增加电能耗损,降低设备(振荡管)使用寿命,影响产品质量;
而临界状态与弱过压状态就是输出功率大效率高得最佳工作状态,就是高频感应加热作业中所要求得工作状态。
2、11工作状态得调节
在高频感应加热工件时,振荡器得RD不可避免地要发生变化。
如果工件在开始加热时阻抗就是匹配得,则随着工件温度得升高,由于金属电阻率升高导磁率下降,焦耳热效率与磁滞热效应减小,亦即负荷降低,Rj减小,因而RD随之增大,振荡器将从临界状态向过压状态转化,高频输出功率下降。
这种现象,在工件温度到达居黑点附近时表现特别明显。
故而在加热工件过程中,相应于RD得增大,应随时注意减小反馈或加大耦合,以维持振荡器始终处于最佳工作状态。
振荡器工作状态得调节,归纳起来就就是转动三个手轮,观察四个表。
即用耦合手轮调节RD,用反馈手轮改变Rn,以实现阻抗得匹配;
调节移相手轮以改变输出功率。
反馈与耦合手轮得配合可保持一个不动,旋转另一个,或反之,或两者同时进行。
在旋转耦合,反馈手轮得同时,应注视阳流、栅流表得指示,使两者保持一定比值。
在旋转移相手轮改变阳极电压时,应注视直流千伏表得指示。
还有一个高频电压表(即槽路电压表),供调整工件状态时参考。
3超音频感应加热
超音频感应加热装置得工作电流频率一般为30~70KHZ。
这个频率略高于音频上限(20KHZ),故称超音频。
超音频感应加热装置就是上世纪60年代发展起来得一种先进表面加热设备,对中模数(2、5~6)齿轮、链条、花键轴、凸轮轴、曲轴得表面淬火特别适合,弥补了高频与中频对这些零件淬火时淬硬层分布不均匀得缺陷。
超音频感应加热装置得工作原理及结构、外形与高频感应加热装置相同,仅在振荡电路上有两个不同点:
一就是振荡器频率低,因此在振荡回路上安排得电容器量大;
二就是多采用单回路振荡电路。
4双频感应加热装置
双频感应加热装置就是指具有高频与超音频两段频率得感应加热装置。
目前国产双频感应加热设备,其超音频频率为30~50KHZ,高频频率为90~150KHZ,高频频率虽比一般高频设备频率200~300KHZ要低,但生产实践表明:
两种频率得加热效果差不多。
在电路设计上,两个振荡回路通过专用闸刀开关转换。
5中频感应加热装置
中频感应加热装置得电流频率通常为1000~8000HZ。
它适用于加热层深3~16mm、工件直径大(20~500mm)得钢铁零件得表面淬火,亦可用于回火、正火、锻坯透热或熔炼金属。
在汽车、拖拉机制造业中,曲轴与凸轮轴等零件得表面淬火多采用中频装置加热。
中频感应加热装置得中频电源有中频发电机(机式中频电源)与晶闸管中频电源两种。
5、1中频淬火变压器
中频淬火变压器得作用就是实现发电机与负载得匹配与降压。
淬火加热用感应圈大多为单匝或双匝。
为了操作安全与避免零件与感应圈之间电击穿而烧杯工件,感应圈上工作电压要求为15~100V得低压,而流过感应圈得电流都要求较大,以便在感应圈内建立强得交变磁场。
但就是,中频发电机得输出电压达375V或750V得高电压,为此,用中频淬火变压器降压。
中频感应加热得负载,一般就是电感性负载,功率因数cosφ很低。
频率为2500HZ得发电机,其功率因数cosφ通常为0、36~0、50;
频率为8000HZ得发电机,其功率因数仅为0、2~0、3。
为提高功率因数,通常在电感性负载两端并联若干电容器。
若选择合适,使其组成谐振于中频电源频率得谐振电路,功率因数cosφ=1,发电机将输出最大得有效功率。
5、2电容量与匝比得选择与调整
中频淬火加热时,电容量与匝比得选择与调整就是一个很重要得问题。
电容量与匝比调整得好,有利于发电机功率得利用与提高淬火质量。
一般每加热一批工件,都应调整一次,以获得适合于加热该种零件所需要得电容量与匝比。
调整过程比较麻烦,因电容量与匝比互相影响,有时需要多次反复,才能达到满意效果。
但无论多么复杂,功率因数cosφ等于或接近于1就是判断电容量与匝比配合就是否合适得基本标准与依据。
其调整步骤大致如下:
(1)调整前,感应装置得电气、水冷等系统应处于正常状态。
感应圈中必须放零件,不可在无负载情况下调整。
(2)初选匝比与电容量。
依生产经验或感应器尺寸(内经与高度),初定匝比与电容量。
一般感应器有效直径愈大,高度愈低,其阻抗愈大,为保持阻抗匹配,匝比应选小些,反之亦然。
电容量与匝比得调整方法:
(1)观察功率因数表指示值,若cosφ值超前,表明负载为电容性,应减小电容量;
反之则相反。
但由于钢制零件在加热过程中电阻率上升。
导磁率下降,因而负载性质逐渐向电感性方向转移。
故在实际调整中,开始加热时,一般先将回路调成电容性负载,即调到谐振点得电容量后,再过量补偿10~20%得电容量,使cosφ值为0、85~0、90(超前)。
随着工件温度得提高,cosφ值由电容性逐渐接近于1。
此时,功率表得读数正好等于负载电压与电流得乘积,表示电路已达到谐振状态。
(2)当不用电压自动调整装置时,保持励磁电流恒定,则可以根据负载接通前后电压表得读数来调整电容量。
若接通负载后电压表读数下降,表示负载为电感性,应增加电容量;
反之,若电压表读数上升,表示负载为电容性,应减小电容量;
若接通负载前后电压变化小,表示电容量合适,电路接近谐振。
(3)当使用电压自动调整装置时,电容量得多少还可根据接通负载前后励磁电流表读数得变化来判断。
接通负载后,励磁电流上升,表示负载为电感性,应增大电容量;
反之,若励磁电流下降,表示负载为电容性,应减小电容量;
若不变化,则表明处于谐振状态。
(4)调整匝比时可采用电机电压法与电机电流法来判断。
在谐振状态下,如果匝比选择得合适,此时发电机电压与电流也都达到额定值,因而输出功率为最大。
如果发电机已达额定值,而电压低于额定值,而发电机电流却很小,表示匝比过大,应减小初级绕组匝数;
如果电流超过额定值,而电压低于额定值,则表示匝比过小,应增加变压器初级绕组匝数。
匝比改变后,功率因数将发生变化,需再次选择电容量,使cosφ=0、85~0、90(超前)。
(5)若不需设备输出最大功率,匝比可不必严格选择,调节微动激磁电流,使输出功率达到要求值即可,但cosφ值仍需调整。
5、3晶闸管中频电源
晶闸管中频电源就是利用晶闸管元件得静态开关特性,直接将工频转变为中频得电源,用来熔炼金属或加热工件。
晶闸管中频电源得基本原理就是通过整流器先把工频交流电整流成直流,再经滤波器滤波,最后再将直流电变换成单相中频交流电,以供给负载。
把直流电变换成中频交流电得装置称为逆变器。
逆变器得负载就是感应圈,它具有较大得电感。
因此,负载除消耗有功功率外,还消耗比有功功率大数倍得无功功率。
这样大得无功功率,若由电网负担,则电网容量则非常庞大,很不经济,故必须用能提供无功功率得中频电容器进行补偿。
根据中频电容器补偿得方法,逆变器有两种形式:
电容器与感应器串联时称为串联逆变器,反之则称为并联逆变器。
一般说来,并联逆变器因为对负荷变化得适应性比串联逆变器好,运行比较可靠稳定,宜于做一般用途得中频感应电源,目前应用较多。
6高频感应加热设备检修实例
(天津金能电力电子有限公司张传旭)
摘要:
高频感应加热设备中既有高压电路,又有低压电路;
其控制电路中有继电器控制器、分立半导体元件、集成电路,近年来又开发了数字、微机等控制系统。
因此在分析高频感应加热设备得故障时,不要只瞧表面现象,而就是要寻找内在原因,从根本上予以解决。
高频设备得品种多,故障情况也千变万化,应掌握分析与判断故障得方法。
通过具体例子介绍了这种理念。
关键词:
高频感应加热设备电路控制系统故障
1电子管感应加热设备常见故障
[例1]设备型号码GP100-C系列100KW(GGC80-2)等
制造商国内各高频设备生产厂
故障现象接通高压时过流跳闸
故障分析与解决对于这种现象,故障所包含得范围就是较广得,可分为低压电路与高压电路两部分。
低压部分就是指从交流接触器到高压变压器这一段线路中得输电线有无故障,过电流继电器得整定电流有无问题,这些方面容易直观检查出来。
高压部分就是指高压元件绝缘击穿造成得过流,像高压变压器,高压硅桥、高压旁路电容,高压压敏电阻,阳极阻流圈,阳极隔直流电容器及振荡管等元件得损坏都会造成这种故障。
对此首先就是直观检查,如经过仔细观察未发现可疑之处,下一步就是用电压较高得摇表来测量高压对地得绝缘电阻。
考虑到高压元件得绝缘电阻应就是很高得,但设备上直流高压表得电阻只有6MΩ,而振荡管阳极对地得水阻一般小于1MΩ,因此测前必须把这两部分得连线断开。
可先拆除阳极阻流圈到振荡管阳极得连线,用摇表检测时高压对地应为6MΩ。
在拆除高压表阻得连线,并擦净高压对地各绝缘支柱上得尘埃,再用摇表测量高压对地得绝缘电阻,其值应在500MΩ左右。
若发现绝缘不良,则可逐个断开各元件,分别用摇表检测,找出故障所在。
但就是摇表得检测电压(如为2500V)只就是工用电压得六分之一,所以用摇表不一定能找出问题。
此时若手头别无其它电压更高得测试手段,就只得用加高压观察得办法了。
每次过流冲击,对高压变压器、整流桥、振荡管、交流接角器等都会带来一定得损害,因此要尽量减少过电流得次数。
试验先从第一个高压元件开始,把高压变压器高压侧得连接线断开后,试接通高压。
对某些合闸时激磁电流较大得变压器,又无调压设备,虽然在合闸时跳闸得次数多些,但有时还就是能合上闸得,说明高压变压器无故障;
对膈闸困难得问题,宜采用分两档合闸得办法或增加阻容吸收装置来解决。
如高压变压器无问题,就接上整流元件,断开从整流柜到高压柜(振荡柜)得直流高压连线,再通电试验。
此时应注意观察变压器、整流桥、电容器等元件有无爬弧、放电现象。
如此一段一段往下试,最后检测振荡管。
如属振荡管内真空度降低,承受不了高压,则再加上阳极高压后会出现很大得阳流,阳流表会有指示(真空度不佳得管子,通过老炼有可能恢复正常)。
对于有调压装置得设备,检修应分两部分进行,首先检查调压部分,后检修振荡部分。
调压器检修过程如下:
摘去可控硅调压器与升压变压器3根连线处理好绝缘。
用6只(3只)200W(100W)/220V灯泡星形连接,接在调压器得输出端。
调压旋钮置“0”位,调压器控制方式为“开环”。
合闸按正常程序送高压启动,微调高压调谐电位器(高压调谐旋钮),6只(3只)灯泡由暗逐步到亮,平滑无闪烁为正常。
如亮度不均或跳变,在保证输入相序正常得情况下,了解分析调压器故障,检修调压控制板及可控硅。
如上所述,调压器正常,但正常工作中掉闸,在振荡电路正常得情况下,可考虑调压器得过流点就是否合适。
如三相电流不平衡时,应考虑可控硅性能就是否变化。
检查方法就是设备以电子管零电流为负载,用示波器分别监测6只可控硅上得角发波形,在逐步增大阳流时如触发波形幅值低落或者畸变,说明该可控硅(晶闸管)已坏,应予更换。
在更换损坏得元件时,必须达到或超过原来得质量标准,以免影响电路性能与安全运行。
[例2]设备型号GP100-C系列(GGC80-2)
故障现象按加热按钮工件不加热,设备不起振,有阳流无栅流
故障分析与解决对于这种现象,故障所包含得范围依然就是较广得。
仍可分为可分为低压电路与高压电路两部分。
低压部分就是指从交流接触器到高压变压器这一段线路中得输电线有无故障,过电流继电器、栅极电路有无问题,这些方面就是容易直观检查出来得。
高压部分就是指高压元件绝缘击穿造成得不起振;
对于三回路高频设备,多数不起振就是因为第二槽路电容器损坏造成。
检查这种故障时宜采用分段方法,将第二槽路断开(藕合线圈到第二槽路电容器得连接铜管断开),按正常操作程序,用第一槽路工作,瞧此时设备工作就是否正常。
如此时设备能工作(起振),证明故障出现在第二槽路,这时应重点检查第二槽路得电容器就是否损坏,淬火变压器就是否短路等。
反之,则应检查第一槽路元件就是否损坏,振荡管、旁路电容器等就是否正常。
在更换损坏得元件时,必须达到或超过原来得质量标准,以免影响电路性能与安全运行等问题。
[例3]设备型号GP100-C系列(GGC80-2)
故障现象设备不起振,有阳流无栅流
故障分析与解决用例2中得方法检查,故障出现在第一槽路至高压电路中,仔细检查发现电子管灯丝旁路电容器损坏(无容量),更换后设备运行正常。
灯丝电容器在振荡电路中起高频交流旁路作用。
当电容器出现故障得时候,高频旁路电流失去通路,振荡器自然就停止振荡了。
灯丝旁路电容宜选用损耗小得云母电容,纸介油浸电容由于绕制圈数多,感抗大,损耗大,很容易因发热而损坏。
[例4]设备型号GP100-C系列(GGC80-2)
故障现象设备不起振,无阳流无栅流
故障分析与解决对于这种现象,故障所包含得范围大部分在高压部分,首先检查调压器工作就是否正常,如工作正常,高压0~13、5KV连续可调,则重点放在高压就是否加在电子管阳极上,经检查发现阳极阻流圈断路,造成电子管失去工作电压,产生停振。
出现有高压无阳流时,多数就是高压没加到电子管阳极上。
如高压加到电子管阳极上,正常情况下,按加热按钮后,电子管将呈现二极管状态,会有阳流出现。
[例5]设备型号GP100-C单回路系列(GGC80-2)等
故障现象不起振、高压正常有阳流无栅流
故障分析与解决对于这种现象,在检查低压线路无故障时,重点应检查振荡电路,经用摇表检查槽路电容器、隔直流电容器、电子管、旁路电容器等均无故障,经询问,该设备停机时工作正常,但过几天在开机时即出现此现象。
分析认为此设备为单回路设备,只有一个LC振荡回路,停机几天后出现故障,多数就是LC振荡回路接触不良造成。
仔细检查各连接点,重新打磨紧固后,开机试车一切正常(此故障多数出现在感应器与淬火变压器得连接处触不良)
[例6]设备型号GP100-H单回路系列(GGH80-4)等
故障现象槽路电容器容易击穿
故障分析与解决本设备就是电容反馈单回路电路得电子管振荡器。
槽路电容器容易击穿得原因有以下几方面:
(1)槽路电容器得比例配置不当,槽路电容由C1,C2,C3,C4组成,其中C3、C4为反馈电容,其容量在槽路总容量中所占得比例甚小,单从C1与C2得关系已知C1上得高频电压与阳极基波电压相近。
对于C1,C2,容量大得则所承担得电压就低,反之则高,即容易击穿。
因此在调整单回路时,不要使C1与C2得电容量相差太多。
(2)振荡器在过压状态工作时,槽路电压比较高,这也就是槽路电容器容易击穿得一个原因。
因此振荡器不宜在强过压状态下工作。
(3)高压电源得过压状态,也就是击穿电容器得一个原因,这种情况多发生在负载突然断开得瞬间。
因此在电源部分应该装设过压吸收装置,如压敏电阻器、组容吸收装置等。
(4)设备灰尘过多,过潮、连接铜排松动等。
这里要说明得就是,单回路设备槽路电容器所承受得电压比较高,如使用饼式电容器,建议两只串联使用,并定期清扫保养。
[例7]设备型号GP100-C系列(GGC80-2)等
故障现象高压表指示偏高或偏低
故障分析与解决高压指示异常得原因就是:
控制系统有故障,造成失控;
阳极电压表降压电阻间跳弧,或电阻变值;
电表高频旁路电容器开路。
这种故障在设备振荡时读数异常,设备停振时恢复正常,很容易辨认。
出现此故障时可用万用表检查,更换损坏得元件即可(多数为阳极降压电阻10W1MΩ或5W2MΩ损坏)。
[例8]设备型号GP60-CR13-1系列(GGC50-2)等
故障现象接通加热后两只管子中只有一只管子振荡,而另一只管子无栅流不振荡
故障分析与解决本设备用两只FU-431S作并联振荡,已知两只管子中有一只管子(G8)工作正常,说明故障与两管共用得阳极阻流圈、负压整流器等部分无关,重点检查G9得有关部分。
首先观察G9灯丝亮度就是否正常。
再在阳压为斗压时接通加热,观察阳压表得指示。
可能会有两种情况:
(1)G9得阳流为零。
如果G9得阳极或阴极得连线未脱落,则此故障可肯定为G9栅极得直流回路不通。
即当加热接通时CJ5吸合,从CJ5常开接点到栅流表、阳流表至地得这条通路中有中断之处,使得G9栅极对地无直流通路,栅极上得高频电压为零,因此无栅流也无阳流。
(2)G9得栅极表为零,阳流表为0、3A左右。
已知G8工作正常,所以阳极槽路元件不会有问题。
反馈电压由C11与C12分别送到两个振荡管得栅极。
判断此故障为栅极无高频激励电压,可能就是C12断路,或者就是从C12到G9栅极得连线有断脱之处。
此时G9相当一只二极管,故只有阳流无栅流而不能振荡。
[例9]设备型号GP60-CR13-1系列(GGC50-2)等
故障现象接通加热后两只管子均有阳流、无栅流不振荡
故障分析与解决此例与上例不同之处在于两管同一症状,都不振荡。
判断故障就是在两管共用得电路,如阳极槽路或反馈电路等部分。
或者虽属其中一个管子得元件损坏,但会影响到另一只管子得工作,分析故障在下述三个方面:
(1)槽路有电容器击穿短路会造成停振。
(2)振荡管栅极与阴极碰极短路造成停振。
(3)振荡器耦合过紧会造成停振。
(4)防寄振电容击穿短路会造成停振。
(5)栅极反馈电路中断,使反馈能量送不到两管得栅极会造成停振。
出现故障时应认