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IGBT变频电源在汽车曲轴淬火中的应用

导读: 介绍了并联逆变式IGBT变频电源的工作原理及在汽车发动机曲轴淬火上的也用情况。 结果表明,IGBT变频电源的空载损耗仅为0.5%一1%.额定负载下的电压效率为96%~98%.较变频发电机组平均节能约10%~18%,具有频率自动跟踪功能。

1 前言

  当代的感应热处理技术具有优质、高效、环保等诸多特点,符合现代汽车生产需要,因而得到广泛应用。作为感应热处理技术基础的变频器的IGBT模块已商品化,在我国感应加热领域已成功生产出10~100 kHz、功率达数百千瓦的IGBT变频电源。实践证明,采用IGBT变频电源完全可以取代耗能严重的变频发电机组。

2  IGBT变频电源工作原理及特点

  IGBT变频电源电路如图1所示:
 

  IGBT变频电源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。逆变控制主要功能采用定时原则实现负载频率自动跟踪、逆变桥启动及为逆变桥功率器件提供可靠的驱动脉冲,其工作原理如图2所示。
 

 
  取之于负载的电压信号通过调节延时电路而超前输出电压,经过过零比较电路获得自激方波信号。逆变器工作前.由于负载上电压为零,所以采用他激启动。逆变器启动成功后,当电源输出电压达到某一值时,电平检测电路输出翻转,使电子开关输出由他激信号转换成自激信号,从而完成逆变器的启动过程。分相和驱动电路完成逆变桥四臂功率器件IGBT正确的驱动脉冲。

  并联逆变式IGBT变频电源属电流型逆变器,电源功率即逆变输入功率P为:
 


式中,为负载电压;为并联谐振负载回路的交流等效阻抗。

  当IGBT变频电源电网电压波动+10%时,输出电压波动不大于±1%。对于感应器短接,汇流排的短接、开路及负载电容器的损坏造成的过流、过压,设备均能给予正确的保护。通水冷却方式有相应的检测保护。

3 实际应用效果

  南京菲亚特发动机厂曲轴的淬火有9个加热部位,需分别加热。由于这9个部位必须具有各自独立的负载匹配控制部分,且从电源设备到负载匹配部分距离较远,在连杆轴颈淬火加热时感应器必须运动等,所以作为该曲轴淬火用的电源设备应具备以下条件:

  a. 采用10-30 kHz的频率,具有较高工作效率:
  b. 能连接多个负载匹配部位,且负载匹配部位的体积要小;
  c. 电能损耗必须要小;
  d. 能快速跟踪负载变化。

  IGBT变频电源完全能满足上述要求。南京菲亚特发动机厂曲轴的生产原采用进口160 kW/10 Hz变频发电机组供电,基于其启动和停止麻烦、工作时噪声大、不能进行频率跟踪等缺点,加之发电机组使用年久故障频繁,难以适应当代汽车生产发展需要。为此,该厂采用IGBT电源取代早年进口的变频发电机组对曲轴4个工位9个轴颈的淬火机床供电,取得了较理想的效果,改造前、后技术指标如表1所列。

  
综合上述可知,IGBT变频电源具有如下优点:

  a. 节能显著。工作时,IGBT变频电源比变频发电机组平均节能约10%~18%;空载时IGBT变频电源损耗很少。
  b. 额定负载下效率高。
  c. 频率能够自动跟踪。
  d. 体积小、质量轻、占地面积小、节水显著。

参考文献
1沈庆通。感应热处理技术的发展.金属热处理.2002(1)
2 潘天明.现代感应加热装置.北京:治金工业出版社,1996

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