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中频感应淬火变压器的工作原理及应用场景分析

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:中频感应淬火变压器的功能是将电源输出的电压降低,这样可与感应器与工件的阻抗相匹配,所以也称匹配变压器。因此,在这种情况下,可以选择有较小匝比调节范围的中频感应淬火变压器,例如PROJ、PRQ等。铁氧体中频感应淬火变压器在低匝数比与低频率时,其效率比铁心变压器为低。表5-4是我国感应加热装备厂自制的部分新型淬火变压器。

中频感应淬火变压器的工作原理及应用场景分析

中频感应淬火变压器的功能是将电源输出的电压降低,这样可与感应器与工件的阻抗相匹配,所以也称匹配变压器。

早期的淬火变压器的一次绕组与二次绕组的匝数是固定的,例如:苏式BTO-500型的一次绕组有16匝、19匝、24匝、28匝、30匝五种,用户可根据需要来选用订购;BTO-1000则有15/1、15/2、10/1、10/2四种匝数比。这些变压器一次绕组均是圆筒形绕组。后来,为了便于工艺调试,淬火变压器一次绕组通过外接的可换连接板的换接,改进为多匝数比变压器,其匝数比范围扩大到7/1~30/1 10/1~34/1或10/1~63/1,一次绕组的结构也改为盘形。

1.国产中频感应淬火变压器

国产中频感应淬火变压器见表5-1。图5-1所示为国产GR2-500/2.5-8中频感应淬火变压器外观图。

表5-1 国产中频感应淬火变压器

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图5-1 GR2-500/2.5-8中频感应淬火变压器

1)由于我国企业的冷却水大多数还使用工业用水,因此变压器的进水,通过集水器分配到一次绕组、二次绕组与铁心散热板、铁轭散热板等部分,进出水支管共有28根之多。优点是铜管支路多,通水量大,不易堵塞,也便于检修;但管路多,体积大,与国外同类产品相比,影响机床总体尺寸。变压器耗水量大,有些型号达10t/h。

2)淬火变压器一次绕组匝数多,其铜管截面高度必然要减小,因此通水截面积小,一次圈易堵塞,特别是当采用硬度高的工业水作冷却水时,此问题更突出。

3)多匝比淬火变压器一次绕组,从10匝逐级递升到34匝,调节范围宽适应于多种产品生产用。

4)专业生产某种产品(如半轴、凸轮轴等),实际使用范围不需这么多的调节范围。因此,在这种情况下,可以选择有较小匝比调节范围的中频感应淬火变压器,例如PROJ、PRQ等。

5)以PR-2000淬火变压器为例,一次绕组有11路水,二次绕组有8路水,铁心有8路水,匝数比为2的连接板也有2路水,共有29路水管支路。如能将这么多的管路用局部集水器进行分配,可大大缩减管路所占空间。

2.Jackson变压器厂中频感应淬火变压器

1)半自动曲轴淬火机床配置的中频感应淬火变压器,有531VMW6-6型,适用于10kHz其容量为700kV·A,匝数比6∶1~11∶1,只有6档。

2)51VMW6-11型适用于10kHz,容量为1000kV·A,匝数比为6∶2~11∶2也只有6档。其调匝比的连接板只有两块,调节极为方便,如图5-2所示。其水冷系统要求采用软化水,一次绕组为一个进水,两个出水;二次绕组为一个进水,两个出水;铁心为一个进水分两路,经一个集水器出水。因此总的是三进五出,比我国产品水管数大大减少。耗水量也大大降低,一般低于2t/h。

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图5-2 51VMW6-11型中频感应淬火变压器匝数比调节板与调节位置

3.G.H.公司淬火变压器

有一种多匝比变压器,其一次绕组示意图如图5-3a所示。一次绕组最多18匝,最少7匝,可从6匝变到18匝,逐匝调节,也只用两块连接板调节板示意图如图5-3b所示。

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图5-3 G.H.公司多匝变压器

a)一次绕组 b)调节板

4.C.F.E.I公司中频感应淬火变压器

8/10kHz,容量1000kV·A,一次绕组分9档,分别为4匝、5匝、6匝、7匝、8匝、9匝、10匝、11匝、12匝,其调节匝数比范围也比较少,整体结构尺寸较小。

5.薄形曲轴专用中频感应淬火变压器

薄形曲轴专用中频感应淬火变压器如图5-4所示。铁心为铁氧体,盘形绕组,总厚度为66mm。一次绕组有多个抽头,可以根据需要调整一次绕组的匝数,如7匝、9匝、14匝。这种淬火变压器完全是为了全自动曲轴淬火机的需要而设计。当淬火机床5个主轴颈同时加热时,5个变压器感应器组同时下降。

当淬火机床为柔性结构时,一个主轴颈与一个连杆颈同时工作。主轴颈与连杆颈是紧邻着的,当轴颈开档越窄,曲柄宽度越薄时,就要求淬火变压器的厚度越薄,便于相互靠近。

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图5-4 薄形曲轴专用中频感应淬火变压器

6.铁氧体中频感应淬火变压器

铁氧体中频感应淬火变压器的优点如下:(www.xing528.com)

1)体积小、重量轻,对紧凑型淬火机床最适用,特别是薄型淬火变压器选用铁氧体心。

2)铁氧体心不需要水冷,因此节水;硅钢片心则有铁损,发热大,需要水冷。

3)制造简单。

铁氧体中频感应淬火变压器在低匝数比与低频率时,其效率比铁心变压器为低。铁氧体变压器在我国应用不如硅钢片心变压器,制造厂也不如前者力量雄厚。铁氧体中频感应变压器型号与规格见表5-2。

表5-2 铁氧体中频感应淬火变压器型号与规格

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淬火变压器容量的选择,根据经验法,按中频电源额定功率的3~5倍考虑。其容量大小还与变压器的负载持续率有关,如果变压器负载持续率高,就要选择上限。

7.大容量双频感应淬火变压器

大容量双频变压器是为轧辊淬火机配套使用而设计制造的,其型号为SPR-3150-x/0.05~0.25,相关技术数据见表5-3。

表5-3 双频感应淬火变压器技术数据

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双频感应淬火变压器外形图如图5-5所示,其重量为2240kg。

8.非晶合金心中频感应淬火变压器

非晶合金代替硅钢片做铁心,主要的优点是铁损减少,其比耗相当于优质硅钢片M-4(0.27mm)的1/4(在磁通密度为1.3T时)。

国产的非晶合金芯变压器的型号为PR-500/8.0-Q,见表5-1。非晶合金芯变压器由于材料价格、性脆,制造比一般铁心变压器难度大,因此,应用上还有局限性。

9.变压器的新品种

近年来随着超音频电源的应用,超音频感应淬火变压器的开发成为迫切需要,国内已有30kHz,1000kV·A的超音频感应淬火变压器生产。除此之外,手持式小型微晶变压器也已研制出,并用于生产,其直径只有58mm,长度为200mm,接上柔性电缆与感应器,用于钎焊工艺。

近年来随着超音频电源的应用,超音频变压器的开发成为了迫切需要。

1)我国淬火变压器厂已有30kHz、1000kV·A的超音频变压器生产,感应加热装备制造企业根据成套装置需要自行设计制造了各种淬火变压器。表5-4是我国感应加热装备厂自制的部分新型淬火变压器。

2)手持式小型微晶变压器也已研制出,并用于生产,其直径只有58mm长度为200mm,接上柔性电缆与感应器,可用于钎焊工艺。

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图5-5 双频感应淬火变压器形图

表5-4 我国感应加热装备厂自制的部分新型淬火变压器

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3)MT系列超音频-高频变压器(见图5-6)是国外公司较先进的匹配变压器,其特点是:①一、二次绕组不用铜管而用铜箔趋肤效应可以不计,不通水冷却:②采用铁氧体心,超音频、高频均通用,频率范围宽(5~350kHz)③当变匝比时,是利用原来同一线圈串、并联,因而没有减少功率,效率高无功功率转换率大于90%,有效效率大于95%;④漏磁少,有多种型号;⑤只有接触板处有外径6mm的冷却软管,保护输出接座;⑥体积小,重量轻,以MT500型为例,轮廓尺寸为:287.5mm×228mm×170mm,重26kg。MT系列超音频-高频变压器(Celem)有MT250、MT300、MT500、MT1000等型号,见表5-5。

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图5-6 MT500超音频-高频变压器外观

表5-5 MT系列超音频-高频变压器

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