大功率高频开关电源
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产品描述
一、产品概述
GKS10-40V15KA 加热一体式大功率水冷高频开关电源，是根据客户要求特殊设计的一款管件加热成型用大功率电源装置。本设备将模块化的大功率高频电源与加热成型工作台融合设计为一体。省去了电源输出大电流外部连接，结构紧凑，现场占用空间小。节省了投资成本。使用更加安全可靠。
大功率高频开关电源采用N+1 冗余模块化的设计思路，单机以先进的软开关和硬开关逆变技术为核心，控制系统采用特有的多环控制技术，保证产品的可靠性和高精度控制性能。采用纳米晶材料为高频主变压器的铁芯，以进口大功率绝缘栅双极性晶体管IGBT模块为主功率器件，优选材质，确保品质。控制电路以可现场编程逻辑器件FPGA 为主控器件，高分辨率模数和数模转换，结合模拟电路的高速响应特性，控制精准，稳定可靠。
多台单机并机实现大功率输出，采用多台单机模块化冗余设计，多台单机并联时，采用全光纤互联通讯控制，无电气连接，采用数字化的均流母线技术，实现多台单机的高精度均流，可方便的实现容量扩展，便于维护，单机故障可及时切除，不影响整机工作。在高频强干扰的电磁环境下，由于互联控制信号为光信号，控制系统抗干扰性大大提高，整机可靠性也极大提高。
采用计算机3 维图形软件对电源整机建模，对电源结构进行优化设计。优化水冷/风冷通道。
二、系统控制功能描述
采用西门子S7-200smart PLC 为主控器，扩展8-CH 模拟量输入模块。TK6070 作为人机界面。PLC 通过Modbus 与电源总控制器通讯，对电源进行实时控制，使电源响应输出要求的电流。PLC 通过传感器(4-20mA)检测工件温度，与设定的温度值比较，控制电源输出的电流大小，调整加热功率，构成闭环控制系统，从而实现工件的恒温加热。闭环控制采用PID 控制算法。
PLC 还对4 个工件夹具气缸进行控制。每个气缸带有上下位置感应开关。
电源系统对外提供工业以太网接口(ProfiNet)，上位机可通过此接口与电源通讯。上位机可读取电源的实时参数值，包括电流、电压、温度、水压及各种状态报警信息。可向电源写入电流/电压/功率给定值，限流/限压值。控制电源启动、停止、紧急停车。可控制气缸的伸缩。
三、设备结构和描述
为满足用户要求，经过设计综合，本电源采用集成式一体化设计，主框架即为加热工作台，上面铺设工作台面，隔热绝缘垫层，最上面放置导电极板。工件夹具固定在导电极板上，电流通过夹具传导至待加热工件上。
工作台面下部，放置10 台单元机合路输出，单元机采用纵置结构，呈一字横向排列。
电源的左侧为开关柜，设有总电源隔离开关，10 个单元机的断路器开关。
电源的右侧为PLC 控制柜，安装了电源总控器和PLC 控制电路部分，面板上安装了总电流表、总电压表，人机操作触摸屏，控制按钮等。
单元机规格为DC40V,1500A。单元机采用2 只IGBT 半桥模块作为主开关器件，PWM控制，闭环采样，软启动、过压、过流、过热保护，使电源得以稳定、可靠、安全地工作。\
每台单元机采用数字光纤与总控器连接。总控器采样母排输出电压，并通过光纤高速通信获取各个单元盒输出电流，通过数字运算和控制完成高精度数字均流。
总控盒具有2 路独立的Modbus 通信接口，与PLC 通信。
单元机采用强弱电分隔式结构，前部为高压部分，后部为低压部分，前后完全分隔，冷却水仅存在与后部，前部高压部分无冷却水路存在。单元机前部设有单开门，不用将单元机抽出，即可进行测试和维护。单元机底部带有滚轮，可在滑道上推进和抽出，便于更换和维护。
工作台的后部，电源正负输出由2 根水冷铜排汇流，再用铜排从母排连接至工作台导电极板，导电极板上安装有工件气动夹具。采用双孔水冷铜排。
冷却水进出主管也安装在工作台后部，冷却水进水管和出水管上开有多个水嘴，分别与单元机的水嘴连接，与各个水冷铜排的水嘴连接。每一路冷却水进出均有单独的水阀门控制。
本电源采用纯水冷却方式，需匹配专用的纯水冷却器，如LSS100 型。因为其主冷却水采用去离子水，在封闭的水道中循环运行，减少了对电气部分的电化腐蚀，有利于电源水冷部件使用寿命延长。
四、整机基本参数
1. 输入电压：交流三相380V
2. 输入频率：50Hz±10%
3. 消耗功率：<700KVA(满载时)
4. 输出电流：DC 0-15000A 连续可调
5. 输出电压：DC 0-40V 连续可调
6. 工作模式：恒流/恒压/恒功率
7. 稳流精度：≤±1%
8. 稳压精度：≤±1%
9. 工作频率：15KHz
10. 整机效率：≥90%
11. 功率因数：≥0.9
12. 环境温湿度：<40℃，90%
13. 负载稳定度：<±1%
14. 冷却方式：水冷。
15. 报警保护：过流、水温、水压、IGBT 故障。
16. 输出电压、电流显示分辨率：0.1V;1A。
17.外形尺寸：长×宽×高：3600mm*1400mm*1300mm。不含后部铜排伸出长度。
18.总重量：约4500Kg 。不含气动夹具。
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湘潭大众整流器制造有限公司
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