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，直流觸發板

引言：

電解設備是利用金屬在電解液中發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，對于現場加工時遇到問題解決時才能游刃有余，本人通過現場維修，總結出關于直流控制出現各類的故障分析。

1電解直流控制

數控電解機床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，整流采用六相半波形式，通過觸發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要求

電解加工中各項參數較多，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，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觸發板控制分析

直流觸發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脈沖，控制可控硅的導通，調節直流輸出的大小，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，IF、GND接電流反饋信號，U+、U-接電壓反饋信號，FA用于復位，F3火花指示燈，HFA用于火花復位，A32、B32、C32接同步采樣信號，M1-M6接輸出觸發信號。

2典型故障分析

2.1故障現象：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，發現X17為直流啟動按鈕，通過查看plc的I/O狀態，發現X17輸入正常，根據梯形圖可以看出M82動作，Y4輸出，同時通過Y4輸出信號發現，用于控制直流啟動繼電器KJ3線圈，檢查發現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的電位器上，檢查KJ3的Y4線路，發現斷路，重新焊接后設備恢復正常。

2.2故障現象：加工中電壓、電流波動

故障分析與排除：對于加工中出現電壓和電流同時波動的情況，分析由于直流電壓不穩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定。當出現直流加工電壓穩定，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，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，檢查發現斷路器輸出端有短路現象，由于電解環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、參數進行介紹，通過本人現場的維修實踐積累，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，? 主要從事數控機床維修工作。