Яров В. М., Терехов В. П., Ильгачев А. Н.
Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева
Рецензенты: кафедра электротехнологической и преобразовательной техники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (заведующий кафедрой д-р техн. наук, профессор ЮМ. Блинов); канд. техн. наук, доцент Ю.Ю. Петелин
Яров В.М. Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева: Учебное пособие / В. М. Яров, В. П. Терехов, А. Н. Ильгачев. Чебоксары: издательство Чувашского университета, 2005.
ISBN 5-7677-0863-0
Рассмотрены различные типы полупроводниковых частотных преобразователей, методика расчета автономных инверторов, вопросы моделирования процессов и основы автоматического управления.
Для студентов, обучающихся по направлению "Электротехника, электромеханика и электротехнологии", специальности 140605 "Электротехнологические установки и системы".
Утверждено Редакционно-издательеким советом университета Ответственный редактор д-р техн,наук, профессор А.Н. Миронова
Чувашский rocуниверситет
© Яров В.М, Терехов В.П., Ильгачев A.Н, 2005
Содержание книги
Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева
Предисловие
Введение
Глава 1. Свойства устройств индукционного нагрева как нагрузки преобразователя частоты
1.1. Параметры и схемы замещения нагрузки преобразователя частоты
1.2. Изменение параметров системы индуктор-загрузка в процессе нагрева
Вопросы для самоконтроля
Глава 2. Общая характеристика тиристорных преобразователей частоты и автономных инверторов
2.1.Полупроводниковые вентили
2.2. Типы тиристорных преобразователей частоты и автономных инверторов
Вопросы для самоконтроля
Глава 3. Расчет электрического режима тиристорных преобразователей частоты
3.1. Инверторы тока
3.1.1. Параллельный инвертор тока
3.1.2. Последовательно-параллельный инвертор тока
3.1.3. Параллельно-последовательный инвертор тока
3.1.4. Инвертор с П-образным включением контура
3.1.5. Инвертор с Т-образным включением конденсаторов
3.2. Резонансные инверторы
3.2.1. Последовательный инвертор без диодов встречного тока
3.2.2. Несимметричный инвертор с закрытым входом
3.2.3. Параллельный резонансный инвертор
3.2.4. Последовательно-параллельный резонансный инвертор
3.2.5. Последовательный резонансный инвертор с диодами встречного тока
3.2.6. Параллельный резонансный инвертор с диодами встречного тока
3.2.7. Последовательно-параллельный резонансный инвертор с диодами встречного тока
3.2.8. Параллельно-последовательный резонансный инвертор с диодами встречного тока
3.2.9. Инвертор с удвоением частоты
Вопросы для самоконтроля
Глава 4. Транзисторные преобразователи частоты
4.1. Принцип работы и свойства современных силовых транзисторов и полевого тиристора
4.2. Преобразователи частоты на базе силовых транзисторов
Вопросы для самоконтроля
Глава 5. Математическое моделирование процессов в преобразователях частоты
5.1. Общая характеристика систем компьютерного моделирования
5.2. Моделирование тиристорных преобразователей частоты
5.3. Моделирование транзисторных преобразователей частоты
Вопросы для самоконтроля
Глава 6. Основы управления полупроводниковыми преобразователями частоты
6.1. Способы управления электрическим режимом
6.2. Структура системы управления, регулирования и защиты ТПЧ
6.3. Системы пуска инверторов
Вопросы для самоконтроля
Заключение
Список рекомендуемой литературы
Приложение
Предисловие
Источники питания являются важнейшей составной частью установок индукционного нагрева, работа которых может осуществляться на различных частотах питающего напряжения. Выбор частоты тока при нагреве определяется как технологическим процессом, так и технико-экономическими показателями. Регулирование и согласование параметров источника и приемника энергии иногда целесообразнее осуществлять на частоте, отличной от частоты сети. В установках индукционного нагрева средней и высокой частот наибольшее применение находят статические преобразователи частоты на основе полупроводниковых приборов и электронных ламп, причем диапазон частот, в котором используются последние, в настоящее время постоянно уменьшается. Именно по этой причине в учебном пособии основное внимание уделено полупроводниковым преобразователям частоты.
В пособии рассмотрены принципы действия и методики расчета автономных инверторов тока и напряжений, нашедших в свое время применение в промышленности. В настоящее время число применяемых схем в серийно выпускаемых источниках резко сократилось. Но на предприятиях продолжают работать ранее выпущенные самые разнообразные преобразователи частоты. Вместе с тем актуальными остаются вопросы согласования параметров индукционной установки с характеристиками источника, решение которых связано с возможным изменением силовой схемы инвертора.
С появлением новых силовых транзисторов диапазон частот, перекрываемых полупроводниковыми инверторами, значительно расширился, и при их применении появляются особенности^ которые необходимо учитывать при разработке. Однако работ, в которых рассматривалось бы своеобразие новых источников питания и обобщались основные принципы их построения, сегодня явно недостаточно. В предлагаемом пособии авторы стремились выделить вопросы, общие для наиболее распространенных типов инверторов, нашедших применение в промышленности.
Помимо указанных вопросов в учебном пособии рассмотрены: свойства устройств индукционного нагрева как нагрузки преобразователей частоты; сведения о силовых полупроводниковых приборах; вопросы математического моделирования процессов в автономных инверторах; основы автоматического управления полупроводниковыми преобразователями.
Надеемся, что настоящее учебное пособие окажет помощь в повышении качества подготовки студентов по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и специальности «Электротехнологические установки и системы».
Авторы выражают благодарность профессору, доктору технических наук А.Н. Мироновой за ценные советы и замечания при, подготовке и редактировании рукописи, а также сотруднику кафедры Г.А. Ершовой за помощь в подготовке рукописи.
Особую признательность выражаем заведующему кафедрой Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина) профессору, доктору технических наук Ю.И. Блинову и кандидату технических наук, доценту Ю.Ю. Петелину за ценные замечания при рецензировании рукописи.
ВВЕДЕНИЕ
Для ряда электротехнологических процессов с индукционным нагревом требуются источники питания повышенной и высокой частоты от нескольких сотен Гц до нескольких МГц. В целях получения таких частот применяются как электромашинные преобразователи частоты, так и статические. В качестве последних используются полупроводниковые преобразователи частоты и ламповые генераторы.
Генерация токов повышенной частоты от 250 Гц до 10 кГц во всем мире осуществляется в большинстве случаев с помощью тиристорных. преобразователей частоты [5].
По сравнению с электромашинными преобразователями они имеют ряд преимуществ:
- возможность изменения рабочей частоты, обеспечивающей режим работы, близкий к оптимальному, без переключения в силовой цепи;
- более высокий КПД от 0,92 до 0,97, не зависящий от изменения выходной мощности преобразователя;
- практически мгновенная готовность к работе;
- меньший расход активных материалов;
- более низкие эксплуатационные затраты и расходы по техническому обслуживанию;
- меньшее время простоев на ремонт преобразователя и его элементов.
Благодаря созданию новых полностью управляемых полупроводниковых приборов, таких как силовые полевые транзисторы (МДПТ) и силовые, биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ), открылись новые возможности для разработки мощных полупроводниковых генераторов в области частот от 10 кГц до нескольких МГц. Тем самым создаются реальные возможности и для замены ламповых генераторов.
Следует, однако, отметить, что статическим преобразователям частоты присущи специфические особенности, которые необходимо учитывать при согласовании источника питания с нагрузкой, при выборе силовых схем, систем управления, регулирования и защиты, режимов работы вентилей, конструктивных решений.
Имея значительные преимущества перед своими предшественниками, полупроводниковые преобразователи частоты являются достаточно сложными агрегатами и требуют высокой квалификации специалистов, занимающихся их разработкой и эксплуатацией.
ГЛАВА I.
СВОЙСТВА УСТРОЙСТВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА КАК НАГРУЗКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
Индукционный нагрев, основанный на преобразовании непосредственно в нагреваемых материалах энергии переменного электромагнитного поля в тепловую, получил широкое распространение в промышленности и научных исследованиях: от получения и обработки полупроводниковых материалов до нагрева слитков цветных и черных металлов под прессование и прокатку. Сфера его применения постоянно расширяется. Происходят существенные перемены в областях традиционного применения индукционного метода нагрева (поверхностная закалка, сквозной нагрев заготовок в кузнечном производстве, индукционная плавка в тигельных и канальных печах) [4].
Применение индукционного нагрева и перспективы его развития обусловлены целым рядом достоинств перед другими видами нагрева.
Устройства индукционного нагрева, обеспечивающие проведение технологического процесса, состоят в основном из нагреваемого тела (загрузки), индуктирующей обмотки, тепловой изоляции, магнитопроводов, конструктивных и дополнительных элементов, служащих для крепления и перемещения изделия, подачи охлаждающей воды, обеспечения требуемого распределения температурного поля, создания защитной атмосферы и т.д. [4].
Устройство индукционного нагрева является частью всей индукционной установки, в состав которой входят также источник питания и ряд других элементов (согласующие трансформаторы, токотгроводы, конденсаторы, система контроля и управления). Для получения высоких технико-экономических показателей устройства индукционного нагрева требуют, как правило, специальных источников питания. В простейшем случае устройство индукционного нагрева представляется в виде системы индуктор-загрузка.
Скачать книгу "Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева". Чебоксары, Издательство Чувашского университета, 2005
|
