電解設備直流控制原理與典型故障分析

摘要：本文主要通過對電解設備直流控制原理及各組成部件功能的講解，分析總結出電解設備在加工中遇到的電源直流控制方面的典型故障，便于同類設備故障的快速準確判斷，提高維修的質量和效率。

關鍵詞： 電解，直流控制，直流觸發(fā)板

引言：

電解設備是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的原理將工件加工成形的一種特種加工方法，電解加工對于難加工材料，形狀復雜或薄壁零件加工具有顯著優(yōu)勢，已獲得廣泛的應用。

在電解機床直流加工的應用過程中，作為維修人員必須掌握其基本工作原理，對于現(xiàn)場加工時遇到問題解決時才能游刃有余，本人通過現(xiàn)場維修，總結出關于直流控制出現(xiàn)各類的故障分析。

1電解直流控制

數(shù)控電解機床DJW-15000A，采用北京京儀椿樹整流器有限公司的直流電源KGXS-15000/24，該整流設備由整流變壓器、整流功率單元和控制操作系統(tǒng)組成，是一種利用可控硅進行整流的電加工直流電源，主回路采用六相半波形式，利用控制板調節(jié)輸出電壓大小，同時配備了電火花保護功能。

1.1電解加工原理

利用金屬在電解液中電化學陽極溶解的原理，是一種在高壓力、高流速下進行的電化學過程。加工時，工件接直流電源的正極，電極接負極，兩極之間保持較小的間隙，電解液從較小間隙中流過，并在電源電壓下產生電流，從而使兩級之間形成導電通路，從而形成電化學陽極溶解，使得工件金屬不斷被電解。

1.2直流控制原理

該直流電源的直流控制原理，變壓器原邊端采用星形接法，輸入3相交流380V電源，副邊端也采用星形接法，通過副邊端進行調壓和整流工作，變壓器副邊端通過2組反相繞組并聯(lián)，整流采用六相半波形式，通過觸發(fā)板控制可控硅的導通角，從而控制輸出直流的大小。其中電流互感器用于檢測輸出電流值，電壓表用于檢測輸出直流電壓值，可控硅下端接保險，用于防止短路造成可控硅燒壞而進行保護。

1.3直流加工的各項參數(shù)要求

電解加工中各項參數(shù)較多，如輸出直流0-24v，輸出電流0-15000A，可控硅冷卻水管進出水壓力、溫度進水壓力0.15-0.2 MPa;出水水壓≤0.05 MPa;水溫度≤35℃，可控硅工作溫度15℃-40℃，NaCl電解液濃度12%-18%，電解液壓力1-2MPa，加工間隙大小適中、穩(wěn)定0-0.9mm（由加工電壓、進給速度、電解液流動方向、濃度、壓力、電導率、工件材料等多因素決定）。

其中直流加工中加工間隙、電解液兩大參數(shù)為重要指標，通過工藝試驗考慮多個因素，確定合理的加工參數(shù)，才能保障電解設備高效的去完成加工任務。

1.4同步信號采樣說明

該直流電源柜采用的同步變壓器的接線方式采用△/Y，交流同步信號采樣取值相電壓18V，同步電路與主電路同相位，，需要注意的是，如果主變壓器接法為11點時，則同步變壓器為△/Y11。在設備的檢修過程中，我們可以通過示波器比較觀察同步電路與主電路是否同相位。

1.5觸發(fā)板控制分析

直流觸發(fā)板選用的是陜西昕宇電力電子技術有限公司的HSC6M-1，其主要用于輸出觸發(fā)脈沖，控制可控硅的導通，調節(jié)直流輸出的大小，同時可以進行加工中火花檢測，保證零件正常加工。并對電壓、電流反饋信號進行采樣，用于監(jiān)測電壓、電流信號的波動，波動過大時將封鎖輸出脈沖。

在此對各端子接線進行簡介，P15、GND接電源，GD-、GD接電位器給定信號用于加工電壓的調節(jié)，IF、GND接電流反饋信號，U+、U-接電壓反饋信號，F(xiàn)A用于復位，F(xiàn)3火花指示燈，HFA用于火花復位，A32、B32、C32接同步采樣信號，M1-M6接輸出觸發(fā)信號。

2典型故障分析

2.1故障現(xiàn)象：直流電源無法啟動

故障分析與排除：選擇外控方式，按下系統(tǒng)控制柜直流電源啟動按鈕，直流電源無法加上，同時直流指示燈不亮，但當選擇內控方式下，可以控制。通過故障現(xiàn)象可以看到直流電源無法啟動，只是在外控方式下無法進行，故判斷分析是由于內部信號處理或線路故障導致直流電源無法啟動。

查閱機床的電氣圖及PLC信號，發(fā)現(xiàn)X17為直流啟動按鈕，通過查看plc的I/O狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)X17輸入正常，根據(jù)梯形圖可以看出M82動作，Y4輸出，同時通過Y4輸出信號發(fā)現(xiàn)，用于控制直流啟動繼電器KJ3線圈，檢查發(fā)現(xiàn)KJ3未動作，導致X23直流啟動信號未反饋給PLC，直流控制信號也未加到直流電壓調節(jié)的電位器上，檢查KJ3的Y4線路，發(fā)現(xiàn)斷路，重新焊接后設備恢復正常。

2.2故障現(xiàn)象：加工中電壓、電流波動

故障分析與排除：對于加工中出現(xiàn)電壓和電流同時波動的情況，分析由于直流電壓不穩(wěn)定導致電流同時跳變，故進行輸出直流電壓檢查，分析影響直流電壓穩(wěn)定的因素有脈沖控制板、同步變壓器、可控硅等需要進行逐一排查，確保直流加工電壓的穩(wěn)定。當出現(xiàn)直流加工電壓穩(wěn)定，電流波動的情況時，首先需要排除由于放電間隙中間夾雜雜質的因素，然后在排查可控硅的狀態(tài)，冷卻是否通暢合理，一般由于可控硅的性能下降，有可能導致加工中電流的波動。

2.3故障現(xiàn)象：直流控制柜斷路器無法合閘

故障分析與排除：影響斷路器無法合閘的原因很多，由外部短路或自身故障等，檢查發(fā)現(xiàn)斷路器輸出端有短路現(xiàn)象，由于電解環(huán)境中存在大量的鹽分附著在電器元件表面，而鹽分極易吸附空氣中的水分子，使電氣元件表面濕度過大，導致電氣線路短路無法送電，對電氣元件進行清理后恢復正常。如果檢查輸出端沒有短路現(xiàn)象，就需要檢查斷路器手動是否可以合上，如果可以合上，說明需要檢查控制線路或合閘電機等，進行逐步排除，最終消除設備故障。

總結：本文主要通過對DJW-15000數(shù)控電解機床直流控制原理進行講解，針對影響直流控制的相關部件、參數(shù)進行介紹，通過本人現(xiàn)場的維修實踐積累，總結其維修經驗和維修流程，有助于提升同類設備維修人員的技能水平。

參考文獻：

[1] 施萬紅 《電解機床—電氣接線圖》北京航空制造工程研究所? 2010年

[2] 武杰? ?《KGXS-15000/24硅整流設備使用說明書》? 北京京儀椿樹整流器有限責任公司? 2009年

作者簡介：

柳立宏（1984-），男，陜西咸陽（籍貫），? 工程師，? 主要從事數(shù)控機床維修工作。