Обеспечение электромагнитной совместимости сварочных инверторов

• Автор: Пивкин, Антон Викторович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Проблемы обеспечения электромагнитной совместимости

статических преобразователей с импульсным регулированием

1.0. Введение

1.1. Инверторные преобразователи электрической энергии

с широтно-импульсным регулированием

1.2. Виды, классификация и причины появления помех в

инверторных преобразователях

1.3. Требования по обеспечению электромагнитной
совместимости преобразовательных устройств
1.4. Цель диссертации и постановка задачи
Глава 2. Источники, причины и характер электрических и
электромагнитных помех в сварочном инверторе знакопеременного тока
2.0. Введение
2.1. Инверторный сварочный аппарат знакопеременного

2.2. Причины, источники и характер помех в инверторном
сварочном аппарате знакопеременного тока
2.3. Компьютерная модель сварочного инвертора
2.4. Выводы
Глава 3. Теоретическое и экспериментальное исследование помех в
инверторном сварочном аппарате
3.0. Введение
3.1. Спектральный состав тока ИСА и его зависимость от
элементов схемы и режима работы
3.2. Кондуктивные помехи и их исследование
3.3. Излучающая способность сварочного кабеля

3.4. Излучающая способность сварочного трансформатора
3.5. Выводы
Глава 4. Коэффициент полезного действия ИСА и его связь со
спектральным составом тока
4.0. Введение
4.1. Зависимость КПД от факторов режима и
конструктивных элементов ИСА
4.2. Оптимизация КПД по критерию ЭМС
4.3. Методические рекомендации по расчетной оценки
ЭМС инверторных источников тока
4.4. Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Библиографический список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Инверторные преобразователи электрической энергии, выполненные на тиристорах, ЮВТ- и МОБРЕТ- транзисторах, имеют широкую область использования: преобразователи частоты для
электропривода, источники питания постоянного тока, установки гарантийного питания, индукционные печи, сварочные аппараты и др. Применение в инверторах принципа широтно-импульсного регулирования позволяет обеспечивать гибкость задания выходных параметров преобразователя и их стабилизацию. Устройства подобного типа имеют высокий КПД, поскольку активные элементы инвертора (в частности, МОБРЕТ- и ЮВТ- транзисторы) работают в ключевом режиме с минимальными потерями. Однако этот режим работы при коммутации значительных токов и напряжений с частотой в десятки килогерц приводит к формированию широкого спектра гармонических составляющих, которые являются источником электрических (фидерных) и электромагнитных помех. Уровень таких помех в соответствии с действующими стандартами должен быть ограничен.
В последние два десятилетия в области сварочного приборостроения четко прослеживается тенденция перехода от громоздких трансформаторнодроссельных аппаратов переменного и постоянного тока к малогабаритным и эффективным транзисторным инверторным сварочным аппаратам (ИСА). Абсолютное большинство представленных в настоящее время на рынке отечественных и зарубежных ИСА предназначены для сварки только на постоянном токе. Однако сегодня на кафедре радиотехники Мордовского государственного университета, проводятся активные работы по созданию нового класса сварочных аппаратов - сварочных инверторов знакопеременного тока частоты ультразвукового диапазона. Результаты разрушающих испытаний нескольких партий образцов, полученных путем сварки на постоянном токе, на переменном токе промышленной частоты и на знакопеременном токе частотой 25 кГц показали, что в последнем случае прочность соединений повышается не

Токи заряда-разряда конденсатора, возникающие вследствие высокочастотной коммутации силовых транзисторов VT1 и VT2, вызывают на выводах конденсатора С1 напряжение симметричных (дифференциальных) кондуктивных помех. Уровень помех может быть порядка единиц вольт, в зависимости от частоты преобразования и типа выбранного конденсатора. Реальный проводник, имеющий конечную длину, характеризуется наличием распределенной паразитной индуктивности. На рис. 2.3 указана паразитная индуктивность шины питания L. Как показано в [44, 45], данная индуктивность оказывает существенное влияние на работу силовых IGBT/MOSFET-транзисторов. При коммутации больших токов с высокой скоростью наличие этой индуктивности приводит к возникновению перенапряжений на силовых ключах. Например, при отключении транзистора напряжение на коллекторе возрастает на величину Д V = L ■ dic/dt относительно напряжения шины питания Vdc, гДе dic/dt - скорость спада тока коллектора. Суммарное напряжение коллектор-эмиттер Vce = Vdc + AF может превысить значение напряжения пробоя и вывести транзистор из строя. Аналогичный процесс происходит при открывании транзистора, в этом случае перенапряжение вызывается скачком тока обратного восстановления оппозитного диода. На величину распределенной индуктивности также оказывает влияние ориентация компонентов, расположенных по пути протекания тока, например конденсаторов DC шины.
На рис. 2.3 в качестве силовых ключей VT1 и VT2 изображены IGBT-транзисторы. Для наглядности эквивалентная схема VT1 и VT2 условно изображена в виде ключа S1 с активным проходным сопротивлением Roson, то есть с сопротивлением открытого канала «сток-исток» IGBT. Там же изображены типовые внутренние паразитные емкости транзисторов:
— Cgs ~ входная емкость (емкость затвор-исток);
— С as - выходная емкость (емкость сток-исток);
— Cdg ~ емкость обратного переноса или емкость Миллера (емкость сток-затвор).