Сделай Сам Свою Работу на 5

Современные источники питания индукционных установок





В настоящее время для индукционного нагрева широко используются два типа источников питания: тиристорные инверторы (ТИ) и высокочастотные ламповые генераторы (ЛГ). Тиристорные инверторы, применяемые в диапазоне частот до 10 кГц, обладают удовлетворительным для технологических целей КПД. Однако, относительно большое временя переключения тиристоров, ограничивают их применение на повышенных частотах. Ламповые генераторы, в отличие от тиристорных инверторов, не имеют ограничения в частотах, но их главным недостатком является ограниченный срок службы, который составляет обычно до 6000 рабочих часов, в зависимости от условий эксплуатации. С другой стороны лампа как элемент электрической схемы обладает низким КПД (не выше 75%), что снижает общую эффективность генератора. На практике эффективность классических ламповых генераторов равна 50…70%.

С появлением силовых транзисторов, выполненных по МОП - технологии (MOSFET и IGBT) появилась возможность создания на их базе мощных высокоэффективных генераторов, обладающих значительными преимуществами по сравнению с теми, которые построены на электронных лампах и тиристорах. Этот новый тип генераторов с расширенным частотным диапазоном от 10 кГц до 200 кГц позволяет заменить электронные ламповые генераторы. Наиболее важными преимуществами таких генераторов по сравнению с ламповыми являются более высокий КПД, и срок службы, уменьшенные масса и габариты.



Генератор для индукционного нагрева на IGBT, производимого на базе оборудования General Electric, предназначен для работы на частотах до 25 кГц, с контролем и управлением температурой (до 500°С), и с принудительным воздушным охлаждением.

Разработанный специалистами компании General Electric генератор для индукционного нагрева позволяет экономить на потреблении электроэнергии не меньше 20% за счет высокого КПД (96%) и самое важное, не только восстановить технологию производства закалочной продукции, например, проволоки, но и поднять производительность более чем на 15% с помощью повышения частоты тока до 15 кГц. Ограничение частоты генератора индукторного нагрева продиктовано низким КПД закалочных трансформаторов на высоких частотах, которые в основном необходимы как гальванически-развязывающие устройства.



Упрощенная электрическая схема устройства приведена на рис. 5.14. Генератор выполнен на базе инвертора тока. Инвертор содержит входной реактор, мост на мощных IGBT транзисторах. Для исключения отрицательного напряжения на транзисторах параллельно с каждым из них включен частотный силовой диод. Питание инвертора осуществляется от трехфазной сети через неуправляемый выпрямитель. Регулирование мощности производится ключом на IGBT. Генератор содержит схему автоматической настройки частоты, позволяющей работать в широком диапазоне изменения нагрузки с малыми потерями мощности. Охлаждение принудительное воздушное.

Выбор схемотехнического решения продиктован следующими соображениями. Использование диодного выпрямителя и быстродействующего ключа вместо управляемого тиристорного выпрямителя дает возможность иметь высокий коэффициент мощности (до 0,96) во всем диапазоне регулирования, повышенные динамические показатели, уменьшенные масса и габариты входного реактора и инвертора. Отсутствует специальное устройство для запуска инвертора тока. Транзисторный ключ обеспечивает надежный пуск инвертора и быструю защиту в аварийных ситуациях. Отсутствует циркуляция реактивной мощности внутри инвертора, соответственно, низкие потери мощности в транзисторах инвертора. Малые потери при передаче энергии по гибкому кабелю до резонансного контура.

Рис. 5.14. Упрощённая электрическая схема генератора индукционного нагрева

Особенностью схемы управления частотой, представленной на рис. 5.14, является переключение транзисторов инвертора в момент достижения напряжения на компенсирующем конденсаторе нулевого значения. Такое оптимальное управление позволяет предельно снизить установленную мощность транзисторов инвертора и динамические потери мощности в них.



Цифровая система управления, реализована на базе сигнального процессора фирмы Analog Device и микроконтроллера Infineon C167.

Таблица 5.4. Номенклатура генераторов для индукционного нагрева на IGBT на базе оборудования General Electric

Типы генераторов
Наименование параметра ПТВЧ-160/400-4-1 ПТВЧ-315/400-4-1 ПТВЧ-800/700- 4- 1 ПТВЧ-1500/700-4-1 ПТВЧ-132/400-15-1
Номинальная мощность на выходе, кВт
Номинальная частота на выходе, кГц
Допускаемый диапазон изменения выходного напряжения, В 200…800 200…800 200…1000 400…2000 200…800
Номинальное напряжение на входе, В
Допустимый ток на выходе (А) с перегрузом 150% в течении 60 сек
Базовая мощность на выходе (кВт) при частотах на выходе, кГц: – 0,4…0,5 и 0,8…1,0 – 1,96…2,4 – 3,2…4,0 – 6,4…8,0 – 8,0…10,0 – 10,0…15,0   - - -   - - -   - - -   - - -   - - -
КПД при Uном и базовой мощности, не менее, %
Габаритные размеры, мм: ширина глубина высота          
Масса (кг), не более

 

Цифровой модуль управления совместно с платами датчиков и дискретных входов-выходов выполняет дополнительные функции, тем самым, улучшая потребительские свойства преобразователя тока высокой частоты.

Наличие современного, быстродействующего микропроцессора фирмы Analog Devices позволяет анализировать состояние силовой схемы преобразователя в зависимости от электрических процессов, происходящих в нагрузке и в реальном масштабе времени выбрать оптимальный режим работы, а также заранее предупредить возможность создания аварийной ситуации. Удобная система ввода информации через клавиатуру улучшают сервис при наладке и обслуживании. Сигнализационные лампочки и цифровая индикация передней панели создают качественное отображение информации позволяющее анализировать состояние ПТВЧ внешним наблюдением. Цифровой модуль управления позволяет поддерживать стандартные протоколы передачи данных через интерфейсы: RS-232, RS-485 и RS-422 для управления и контроля состояний привода, а так же отслеживать технологию производства закаленной проволоки.

Генератор имеет следующие защиты:

- от внутреннего короткого замыкания с помощью автоматического выключателя, установленного со стороны питающей сети;

- от токов перегрузки и короткого замыкания на выходе; от превышения выходного напряжения; от перегрузки силовых транзисторов с помощью электронных защит, расположенных в блоке управления;

- от перегрева силового модуля с помощью термоконтакта.

Реализация генератора по схеме "неуправляемый выпрямитель - импульсный регулятор постоянного тока - инвертор тока" обеспечивает высокий коэффициент мощности во всем диапазоне регулирования, плавный пуск, регулирование и эффективную защиту преобразователя.

Применение инвертора тока позволяет исключить протекание больших реактивных токов через полупроводниковые приборы и дает возможность транспортировать энергию до индуктора с минимальными потерями. Мягкое переключение транзисторов инвертора обеспечивает минимальные динамические потери мощности в них.

Контрольные вопросы и задания. 1. Объясните физический процесс передачи энергии электромагнитного поля в нагреваемый материал при индукционном нагреве. 2. Как параметры электромагнитного поля определяют характер его проникновения в нагреваемый материал? 3. Как изменяются напряженность электрического и магнитного полей в электропроводящем материале? 4. Как определяется тепловая мощность в нагреваемом материале при индукционном нагреве? 5. Почему изменяются электрофизические свойства материала в процессе его нагрева? 6. Назовите максимальные значения КПД и cos φ при индукционном нагреве и параметры, влияющие на их величину. 7. В каких режимах могут работать установки индукционного нагрева? 8. Назовите область применения индукционного и диэлектрического нагрева в сельском хозяйстве. 9. Чем определяется тепловая мощность при диэлектрическом нагреве? 10. Как зависят электрофизические параметры материала в переменном поле от частоты? 11. Какие материалы нагревают при индукционном и диэлектрическом нагреве? 12. В каком диапазоне частот используют питающий ток при индукционном и диэлектрическом нагреве? 13. Какие источники питания используют при индукционном и диэлектрическом нагреве?

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.