《旋转类零部件淬火热处理电源技术指南》

ICS

CCS

T

团体标准

T/CIXXX-2023

旋转类零部件淬火热处理电源技术

指南

TechnicalGuideforQuenchingHeatTreatmentPowerSuppliesof

RotatingParts

（征求意见稿）

2023-X-X发布2023-X-X实施

中国国际科技促I进会 发布

旋转类零部件淬火热处理电源技术指南

1适用范围

本指南规定了旋转类零部件淬火热处理电源技术，适用以下应用场景。

（1）采用单次逐个加工方式进行；

（2）加热工件尺寸大，工件淬火温度精度范围高，电源单次起振后连续稳定工作时间

较长；

（3）加工过程中输出能量能够监控，工艺参数可调节，同时可与无损探伤设备配合使

用；

（4）感应加热电源采用集成式水冷机组冷却，电源控制系统可多机联机工作。

2规范性引用文件

GB/T2900.23—2008电工术语工业电热装置

GB/T13324—2006热处理设备术语

GB/T5959.1—2019电热和电磁处理装置的安全第1部分：通用要求

GB5959.3—2008电热装置的安全第3部分：对感应和导电加热装置以及感应熔炼装

置的特殊要求

GB/T10066.31-2007电热装置的试验方法第31部分：高频感应加热装置发生器输出

功率的测定

GB/T10067.1—2019电热和电磁处理装置基本技术条件第1部分：通用部分

GB/T10067.3—2015电热装置基本技术条件第3部分：感应电热装置

GB/T10067.31—2013电热装置基本技术条件第31部分：中频无心感应炉

GB/T10067.32—2013电热装置基本技术条件第32部分：电压型变频多台中频无心

感应炉成套装置

GB/T10067.34—2015电热装置基本技术条件第34部分：晶体管式高频感应加热装

置

JB/T5778-1991高频感应加热电源装置输出功率.测量方法

3术语和定义

3.1

成套设备一般性要求

1）设备设计和制造按照质量可靠、便于安装维修、操作方便灵活原则进行。

2）所有设备设施的主要零部件选用性能可靠稳定的系列产品；

3）设备设施具有机械传动装置、液压传动装置、润滑装置及电气控制系统，结构合理、

1

稳定耐用、安全可靠，操作简单，维修方便；

4）设备设施所有移动和传动部位应有良好的润滑；

5）设备设施具有足够的刚度和耐磨性，在额定负荷下连续工作24小时，性能和精度稳

定；

6）设备设施所有螺纹紧固件采用公制标准，配有维修使用的专用工具；

7）电气设备应符合国家相关标准，所有电器元件、导线都应有标牌和线号。

8）设备故障率：＜3%；

9）运行环境

供电：交流三相380V(±10%)，单相交流220V(±10%)，频率50Hz；

压缩供气：0.4～0.7Mpa；

环境：温度-5℃～40℃，相对湿度≤90%。

3.2

成套设备功能要求

1）机床工位数：1个；

2）机床要求由感应器移动、升降总成、负载调整机构、感应器、喷水冷却、转台总成

等组成，转台支撑臂及夹具要求采用不锈钢材料制作；

3）变压器滑台总成采用交流伺服电机驱动和定位，移动速度和位置均可数字设定；

4）感应器连接和冷却水路采用快换接口，并具有机械锁紧装置；

5）机床控制系统具有工艺参数的输入、工艺参数记录等功能，能实现机床的运动参数

控制和开关量控制，包括淬火水、淬火电源的通断、加热功率及加热时间、冷却时间等，机

床具有多段式加热淬火工艺控制功能；

6）机床的控制面板上需具有淬火液流量、多段加热功率、淬火液及冷却水的温度显示，

淬火液及冷却水温度能设定上下限与机床控制系统联机实现上下限报警等功能；

7）机床润滑采用自动润滑；

8）感应器相对不同直径的工件前后位置可通过前后调节手轮装置实现调节。

9）感应器的固定调整支架结构方便调整操作；

10）零部件的定位夹具具有可调性，满足不同直径零部件的定位要求，夹具采用不锈钢

材料制作；

11）监控系统：监控系统可对加热过程的各种参数进行记录，可以存储程序和历史加

工数据，可以实施参数打印。最大记录速率超过500组/秒。通过曲线和数据显示电源的

2

功率、电压、电流值及加热时间；可设置电源输出功率上下限，具备超限报警功能。

3.3

机床技术参数

表1机床技术参数

项目功能及装置要求

淬火零件直径范围350-1600mm

淬火零件最大回转直径1600mm

转台承重≥500kg

淬火零件高度≤150mm

感应器升降距离≤500mm

产品换型时间≤60分钟

3.4

成套设备设计指标

表2成套设备设计指标

序号名称技术指标误差

1输出功率（KW）≤15001％

2工作频率（KHZ）1-8/20-800.2％

3总效率（％）≥65

4噪音（db）≤82

5功率因数≥0.86

6表面温升（K）≤75

7谐波（％）≤5

8启动成功率（％）100

绝缘电阻（M感应电源柜≥0.5

9

Ω）淬火变压装置≥1

10感应器定位精度（mm）≤0.1

11工件直径范围（mm）100-16001％

12密闭循环水温度（℃）5-350.2％

13密闭循环水流量（m³/h）250.5％

3

感应电源柜国家标准

14耐压试验

淬火变压装置GB/T10067.3-2005

安全防护国家标准

15安全检查接地保护GB/T10066.1-2004

连锁报警GB5959.3-2008

3.5

电源功能要求

1）电源启动成功率：100%；

2）电源负载适应性：要求电源为宽频带电源，在频带内不需对电源进行调整；

3）温度保护：电源每路出水处应装有温度传感器，当水温超过设定值时系统自动停止

工作；

4）电源保护功能：应具有水压不足、快熔熔断、过流过压、进线电压过高、进线过低、

逆变失败、水温监视、限流、限压、启动过流、直流保护等功能；

5）电源的逆变信号采用光纤传输；

6）淬火变压器采用树脂封装型；

7）电源的逆变桥数≤3组。

3.6

电源技术指标

表3技术指标

电源技术指标误差

工作频率范围2-8KHZ,20-80KHZ1％

输出功率50-1500KW1％

功率调节范围3-100%连续可调

启动时间≤600MS

扫频范围500HZ-100000HZ0.5%

功率因素≥0.95±0.1

最大输入电压AC650V±5％

最大输入电流1350A

性能保证环境2-40℃最大相对湿度90%

4

控制电源电压AC220V/380V/±10％

设备重量2500KG

设备尺寸3200mm×850mm×2000mm（长、宽、高）

防护等级IP55

4功能接口

4.1模拟量输入

通道1—交流电压值，0-1000V，0~5VAC，AI1+，AI1-；

通道2—交流电流值，0-1000A，4~20MAAC，AI2+，AI2-；

通道3—直流电流值，0-1000A，0-5V，AI3+，AI3-；

通道4—淬火液温度，-50℃-100℃，PT100，AI4+，AI4-；

通道5—淬火水流量，0-1500，L/MIN4-20MADC，AI5+，AI5-；

通道6—电位器调功，0-100%，0-10VDC，AI6+，AI6-；

通道7—机床自动调功，0-100%，0-10VDC，AI7+，AI7-；

通道8—直流电压值，0-1000V，0-5VDC，AI8，AI8-；

通道9—冷却水温度，-55℃-125℃，温度传感器DS18B20，AI9+，AI9-；

通道10—环境温度，-55℃-125℃，温度传感器DS18B20，AI10+，AI10-；

通道11—电源内部温度，-55℃-125℃，温度传感器DS18B20，AI11+，AI11-；

通道12—控制柜内温度，-55℃-125℃，温度传感器DS18B20，AI12+，AI12-。

4.2开关量输入

通道1—电源故障，常开触点，线号：DI01；

通道2—电源冷却水压力低，常开触点，线号：DI02；

通道3—淬火液压力低，常开触点，线号：DI03；

通道4—感应器水压低，常开触点，线号：DI04；

通道5—变压器水压低，常开触点，线号：DI05；

通道6—变压器水温高，常开触点，线号：DI06；

通道7—显示画面切换，常开触点，线号：DI07；

通道8—复位，常开触点，线号：DI08；

通道9—电源冷却水流量低，常开触点，线号：DI09；

通道10—变压器流量低，常开触点，线号：DI10；

5

通道11—感应器流量低，常开触点，线号：DI11；

通道12—电容器温度高，常开触点，线号：DI12；

通道13—电位器调功/机床自动调功，常开触点，线号：DI13；

通道14~16—备用。

4.3模拟量输出

通道1—控制电源1，输出信号为0~10V，线号：V01，模拟量地线：线号：DAGND；

通道2—控制电源2，输出信号为0~10V，线号：V02，模拟量地线：线号：DAGND。

4.4开关量输出

通道1—电源准备好，常开触点，K1；

通道2—冷却水温度低，常开触点，K2；

通道3—冷却水温度高，常开触点，K3；

通道4—淬火液温度低，常开触点，K4；

通道5—淬火液温度高，常开触点，K5；

通道6—淬火液流量低，常开触点，K6；

通道7—淬火液流量高，常开触点，K7；

通道8—系统故障，常开触点，K8；

通道9—报警输出(手动复位断开)，常开触点，K9；

通道10~12—备用。

4.5其他接口

1）标准CAN口；

2）2路标准ＲＳ－２３２串行口；

3）通讯以及显示等功能；

4）工作条件：环境温度-５-5０℃，空气相对湿度≤８５％周围空气中不应含有腐

蚀性气体；

5）供电电源：12ＶDC。

5功能测试方法

5.1起振成功判断

控制系统送电后，信号1为低电平，信号2为高电平，启动后信号1为高电平，延时0.5S

后变为低电平，信号2为低电平，延时0.5S后变为高电平，并且此时起振成功信号一直输出

高电平，则认为起振成功。

6

图1起振成功时序图

5.2起振失败判断

控制系统送电后，信号1为低电平，信号2为高电平，启动后信号1为高电平，

延时0.5S后仍然为高电平，信号2为低电平，延时0.5S后仍然为低电平，送电后起振成功信

号为高电平，启动后为高电平，延时0.5S后变为低电平，则认为启动失败。

图2起振失败时序图

5.3输出PWM时序逻辑

根据输入波形，输出波形之间的时序逻辑如图5所示，其中时间t1和t可设置，并且时间

t1可在0.1-15us之间可调，时间t可在0.1-5us之间可调。

7

图3输出PWM时序图

5.4电流过零点检测

负载电流大于0时，过零点检测电路输出信号为高电平，负载电流小于0时，过零点检测

电路输出信号为低电平。

图4过零点检测波形示意图

5.5扫频启动过程测试

以设定频率（大于负载谐振频率）的激励信号去控制逆变器开关器件的通断，

8

然后不断减小激励信号的频率，对负载谐振频率进行扫描，直到激励信号进入谐振范围内，

转为自激信号，启动成功。如果启动扫描时它激信号频率没有检测到负载谐振频率，则激励

信号置为最大值，重新开始扫描，重复启动的周期约为0.3秒钟，完成一次启动到满功率的

时间不超过1秒。

图5扫频启动示意图

5.6模拟量输出响应曲线

当模拟电压从2V上升到10V过程中持续时间限制在40ms—200ms以内。

图6模拟电压变化示意图

5.7功率调节上升曲线

起振成功开始投功后，电源功率上升到设定功率的时间小于300ms，如果采用机床调功

和手动调功时，调功时间从图6中模拟电压从2V变化时开始计时，功率调节变化示意图如图7

所示。

9

图7功率调节变化示意图

5.8电压超调量

调压投功时，设定目标电压为U0，电压上升时超上限11.5V，稳定状态下超下限

11.0V，21.0V。

图8闭环控制电压变化示意图

6电源控制总成与显示串口通讯

6.1命令格式

读写格式（除字头、字尾外所有字节均为ASCII码）

字头设备地址数据代码数据字节数数据异或CR

说明；

字头：1字节1个ASCII码，40H；

设备地址：1字节2个ASCII码(3046)；

10

数据代码：1字节2个ASCII码，0x00~0xff；

数据字节数：1字节2个ASCII码，1—100，实际读写的数据的字节数(2)；

数据…：为实际的数据转换为ASCII码，个数为字节数乘2；

异或：异或从设备地址到异或字节前，异或值转换成2个ASCII码；

CR：0x0d。

6.2上位机发送读命令

字头设备地址数据代码数据字节数异或CR

下位机应答：若正常：

字头设备地址数据字节数数据异或CR

若不正常：

字头设备地址**异或CR

若应答正确：

40304630323634363437350d

字头设备地址15数据字节数2数据异或0d

若应答不正确：

4030462a2a37360d

字头设备地址15**异或

注意：数据传输统一为2字节；

6.3数据ID

1）交流电压值：00；

2）交流电流值：01；

3）直流电压值：02；

4）直流电流值：03；

5）电位器调功值：04；

6）机床自动调功值：05；

7）淬火液温度值：06；

8）淬火水流量值：07；

9）冷却水温度值：08；

10）环境温度值：09；

11

11）电源内部温度值：10；

12）控制柜内部温度值：11；

13）频率：12；

14）功率因素：13；

15）有效功率值：14；

16）加热时间：15；

17）输入开关信号故障检测：16；(定义为一个字)，发出；

18）报警上限故障检测：17；(定义为一个字)，发出；

19）保护参数设定：18；(接收一个数组，48个字)，接收；

20）程序段参数设定：19；(接收一个数组，18个字），接收；

21）启动/停止：20；(0X55：启动；0XAA：停止；0XCC：复位)，接收；

命令应答正确：

403046555537360d

字头设备地址15**异或

命令应答错误：

4030462a2a37360d

字头设备地址15**异或

6.4开关信号位定义

（1）Flag1位段定义

BIT0：电源故障；

BIT1：电源冷却水压力低；

BIT2：淬火液水压力低；

BIT3：感应器水压低；

BIT4：变压器水压低；

BIT5：变压器水温低；

BIT6：变压器水温高；

BIT7：显示换面切换；

BIT8：复位；

BIT9：电源冷却水流量低；

12

BIT10：感应器流量低；

BIT11：电容器温度高；

BIT12：电位器调功/机床自动调功；

BIT13∽BIT15：保留；

（2）Flag2位段定义

BIT0：设备冷却水温度；

BIT1：功率因素低于下限值；

BIT2：Udc/Idc；

BIT3：Idc/Iac；

BIT4：直流电压超上限；

BIT5：直流电流超上限；

BIT6：交流电压超上限；

BIT7：交流电流超上限；

BIT8：频率超上限；

BIT9：功率超上限；

BIT10∽BIT15：保留；

13

7电源控制总成与上位机CAN通讯

7.1通讯协议规范

发送回复

ID号字节号功能定义数据周期ID号字节号功能定义数据

0面板按键-启动(1有效)0/10回复按键-启动(10有效)10

1面板按键-停止(1有效)0/11回复按键-停止(10有效)10

2面板按键-复位(1有效)0/12回复按键-复位(10有效)10

3面板按键-近=1/远=21/23回复开关-近=10/远=10010/100

10100ms10

4查询记录程序参数标志(1有效)0/14回复记录程序参数标志0

5NC05NC0

6NC06NC0

7NC07NC0

0授时-年（0-99）0-990回复授时-年42

1授时-月（0-12）0-121回复授时-月42

421S42

2授时-日（0-31）0-312回复授时-日42

3授时-时（0-23）0-233回复授时-时42

14

4授时-分（0-59）0-594回复授时-分42

5授时-秒（0-59）0-595回复授时-秒42

6NC06NC0

7NC07NC0

0查询系统设定时间-年430回复系统设定时间-年0-99

1查询系统设定时间-月431回复系统设定时间-月0-12

2查询系统设定时间-日432回复系统设定时间-日0-31

3查询系统设定时间-时433回复系统设定时间-时0-23

43500ms43

4查询系统设定时间-分434回复系统设定时间-分0-59

5查询系统设定时间-秒435回复系统设定时间-秒0-59

6查询系统时间修改标志06回复系统时间修改标志（修改=255）0/255

7查询系统时间修改标志07回复系统时间修改标志（修改=255）0/255

0查询系统初始化情况440回复系统初始化情况（1有效）0/1

上电

1查询总能量数据001回复总能量数据Power_save[0]0~255

44查询44

2查询总能量数据102回复总能量数据Power_save[1]0~255

1次

3查询总能量数据203回复总能量数据Power_save[2]0~255

15

4查询总能量数据单位04回复总能量单位Power_Danwei[1]0~4

5NC05NC0

6NC06NC0

7NC07NC0

0查询0-直流电压值-调功上限-H510回复0-直流电压值-调功上限-H0~255

1查询0-直流电压值-调功上限-L511回复0-直流电压值-调功上限-L0~255

2查询1-直流电压值-量程下限-H512回复1-直流电压值-量程下限-H0~255

3查询1-直流电压值-量程下限-L513回复1-直流电压值-量程下限-L0~255

51100ms51

4查询2-直流电压值-量程上限-H514回复2-直流电压值-量程上限-H0~255

5查询2-直流电压值-量程上限-L515回复2-直流电压值-量程上限-L0~255

6查询3-直流电压值-报警下限-H516回复3-直流电压值-报警下限-H0~255

7查询3-直流电压值-报警下限-L517回复3-直流电压值-报警下限-L0~255

0查询4-直流电压值-报警上限-H520回复4-直流电压值-报警上限-H0~255

1查询4-直流电压值-报警上限-L521回复4-直流电压值-报警上限-L0~255

522查询5-直流电流值-调功上限-H52100ms522回复5-直流电流值-调功上限-H0~255

3查询5-直流电流值-调功上限-L523回复5-直流电流值-调功上限-L0~255

4查询6-直流电流值-量程下限-H524回复6-直流电流值-量程下限-H0~255

16

5查询6-直流电流值-量程下限-L525回复6-直流电流值-量程下限-L0~255

6查询7-直流电流值-量程上限-H526回复7-直流电流值-量程上限-H0~255

7查询7-直流电流值-量程上限-L527回复7-直流电流值-量程上限-L0~255

0查询8-直流电流值-报警下限-H530回复8-直流电流值-报警下限-H0~255

1查询8-直流电流值-报警下限-L531回复8-直流电流值-报警下限-L0~255

2查询9-直流电流值-报警上限-H532回复9-直流电流值-报警上限-H0~255

3查询9-直流电流值-报警上限-L533回复9-直流电流值-报警上限-L0~255

53100ms53

4查询10-交流电压值-调功上限-H534回复10-交流电压值-调功上限-H0~255

5查询10-交流电压值-调功上限-L535回复10-交流电压值-调功上限-L0~255

6查询11-交流电压值-量程下限-H536回复11-交流电压值-量程下限-H0~255

7查询11-交流电压值-量程下限-L537回复11-交流电压值-量程下限-L0~255

0查询12-交流电压值-量程上限-H540回复12-交流电压值-量程上限-H0~255

1查询12-交流电压值-量程上限-L541回复12-交流电压值-量程上限-L0~255

2查询13-交流电压值-报警下限-H542回复13-交流电压值-报警下限-H0~255

54100ms54

3查询13-交流电压值-报警下限-L543回复13-交流电压值-报警下限-L0~255

4查询14-交流电压值-报警上限-H544回复14-交流电压值-报警上限-H0~255

5查询14-交流电压值-报警上限-L545回复14-交流电压值-报警上限-L0~255

17

6查询15-交流电流值-调功上限-H546回复15-交流电流值-调功上限-H0~255

7查询15-交流电流值-调功上限-L547回复15-交流电流值-调功上限-L0~255

0查询16-交流电流值-量程下限-H550回复16-交流电流值-量程下限-H0~255

1查询16-交流电流值-量程下限-L551回复16-交流电流值-量程下限-L0~255

2查询17-交流电流值-量程上限-H552回复17-交流电流值-量程上限-H0~255

3查询17-交流电流值-量程上限-L553回复17-交流电流值-量程上限-L0~255

55100ms55

4查询18-交流电流值-报警下限-H554回复18-交流电流值-报警下限-H0~255

5查询18-交流电流值-报警下限-L555回复18-交流电流值-报警下限-L0~255

6查询19-交流电流值-报警上限-H556回复19-交流电流值-报警上限-H0~255

7查询19-交流电流值-报警上限-L557回复19-交流电流值-报警上限-L0~255

0查询20-交流频率值-调功上限-H560回复20-交流频率值-调功上限-H0~255

1查询20-交流频率值-调功上限-L561回复20-交流频率值-调功上限-L0~255

2查询21-交流频率值-量程下限-H562回复21-交流频率值-量程下限-H0~255

563查询21-交流频率值-量程下限-L56100ms563回复21-交流频率值-量程下限-L0~255

4查询22-交流频率值-量程上限-H564回复22-交流频率值-量程上限-H0~255

5查询22-交流频率值-量程上限-L565回复22-交流频率值-量程上限-L0~255

6查询23-交流频率值-报警下限-H566回复23-交流频率值-报警下限-H0~255

18

7查询23-交流频率值-报警下限-L567回复23-交流频率值-报警下限-L0~255

0查询24-交流频率值-报警上限-H570回复24-交流频率值-报警上限-H0~255

1查询24-交流频率值-报警上限-L571回复24-交流频率值-报警上限-L0~255

2查询25-冷却水温度-调功上限-H572回复25-冷却水温度-调功上限-H0~255

3查询25-冷却水温度-调功上限-L573回复25-冷却水温度-调功上限-L0~255

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