Теория и разработка полупроводниковых источников питания электротехнологических установок индукционного нагрева с улучшенными энергетическими показателями

• Автор: Дзлиев, Сослан Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.12, 05.09.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 434 с. : ил

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПОЛУ ПРОВОД 1ИКОВЫХ

ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ УСТАНОВОК ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

1.1. Технологии с применением индукционного нагрева

1.2. Индукционная система как нагрузка источника питания

1.3. Требования к полупроводниковым источникам питания установок индукционного нагрева
1.3.1. Структура и схемы полупроводниковых источников питания установок индукционного нагрева

1.3.2. Согласование источника питания с индукционной системой

1.3.3. Управление технологическим процессом

1.3.4. Требования по экономичности, электромагнитной совместимости и элсктробезопасности

1.4. Промышленные источники питания установок индукционного нагрева

1.5. Выводы
2. МЕТОДЫ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ
ГОЛУРОВОДНИКОВЫХ ИСТОЧ1ИКОВ ПИТАНИЯ
УСТАНОВОК ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
2.1. Структура модели преобразователя
2.2. Схемотехническая модель силовой части
преобразователя
2.2.1. Допущения при разработке расчетных схем
2.2.2. Методы схемотехнического моделирования
2.3. Анализ переходных и периодических режимов ключевых преобразователей
2.4. Оптимизация параметров полупроводниковых
источников питания электротехнологических установок
2.4.1. Задачи оптимизации
2.4.2. Методы оптимизации
2.4.3. Алгоритмы и программы оптимизации
2.4.4. Оптимизация параметров преобразователя
методом экстремального регулятора
2.5. Программа ПАКЛС
2.5.1. Назначение программы
2.5.2. Структура программы
2.5.3. Подготовка задачи моделирования
2.5.3.1. Описание расчетной электрической схемы
2.5.3.2. Описание алгоритмов управления преобразователя и плана вычислительного эксперимента
2.5.4. Программирование модели на входном языке
2.5.5. Выдача результатов
2.6. Выводы
3. ТИРИСТОРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ УСТАНОВОК ИНДУКИ0НН О НАГРЕВА НА БАЗЕ РЕЗО 1АНС1Ю1 О ИНВЕРТОРА С УДВОЕНИЕМ ЧАСТОТЫ
3.1. Тиристорный резонансный инвертор с удвоением
частоты
3.2. Параллельная работа инверторов с удвоением частоты
3.3. Согласование преобразователя с индукционной технологической нагрузкой
3.4. Системы централизованного питания кузнечных индукционных наг ревателей
3.4.1. Структура систем централизованного питания кузнечных индукционных нагревателей
3.4.2. Пусковые и аварийные процессы в СЦП КИН
3.4.3. Влияние параметров высокочастотной распределительной сети на обменные процессы и энерг етические показатели СЦП КИН
3.5. Выводы
4. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ УСТАНОВОК ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
4.1. Сравнительный анализ схем транзисторных инверторов
4.2. Коммутационные процессы в транзисторных инверторах
и их оптимизация
4.3. Групповое включение силовых транзисторов
4.4. Аварийные режимы и способы защиты транзисторных инверторов
4.5.1. Виды аварийных режимов
4.5.2. Аварийные режимы при несимметричном управлении инвертором с трансформаторным выходом
4.5.2. Аварийные режимы при коротком замыкании нагрузки
4.6. Управление транзисторными преобразователями
4.7. Параллельная работа резонансных транзисторных
инверторов напряжения
4.8. Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И УСТАНОВОК И1ДУКЦИОИНОГО НАГРЕВА
5.1. Серия транзисторных преобразователей частоты ГИ для питания установок индукционного нагрева
5.2. Экспериментальные исследования индукционного нагрева бандажных колец роторов турбогенераторов и разработка промышленной установки для горячей посадки и съема бандажных колец
5.2.1. Цель и программа экспериментальных исследований
5.2.2. Эксперимент по нагреву бандажного кольца ротора турбогенератора ТВВ2 многовитковым индуктором
5.2.3. Эксперимент по нагреву бандажно о кольца ротора турбогенератора ТВВ одновитковым индуктором
5.2.4. Эксперимент по горячей посадке и съему бандажного кольца на роторе турбогенератора ТВВ
2 с нагревом одновитковым индуктором
5.2.5. Экспериментальные работы по снятию с ротора возбудителя БВД2 большого и малого опорных
колец и бандажных колец
5.2.6. Разработка промышленной установки индукционного нагрева бандажных колец роторов турбогенераторов при горячей посадке и съеме
5.3. Разработка установок для индукционной пайки
5.4. Экспериментальные электротехнологические установки индукционного нагрева
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Эти катушки выполняют те же функции, что и Ьк в схеме рис. Из описанных транзисторных схем наиболее широкое применение для питания установок индукционного нагрева нашли схемы инверторов напряжения и тока, сравнительный анализ которых дан в , . Инвертор тока является более , сложным, чем инвертор напряжения. Кроме того, необходимо устанавливать тяжелый сглаживающий дроссель на частоту 0 Гц для того, чтобы корректно управлять параллельной резонансной цепью. Инвертор напряжения менее сложный, чем инвертор тока, так как мощность регулируется самим инвертором и нет необходимости в управляемом входном силовом блоке управляемый выпрямитель или транзисторный ключ на входе, как в случае инвертора тока. В источнике питания с инвертором напряжения применяется простой неуправляемый выпрямитель. Для компенсации реактивной мощности индуктора последовательно или параллельно с ним включается конденсатор могут быть и более сложные схемы включения. При этом образуется нагрузочный колебательный контур с высокой добротностью 3С0, в котором локализуется реактивная мощность. Эффективная передача мощности от источника в индуктор осуществляется на резонансной частоте этого контура от источника потребляется только активная мощность. Емкость конденсатора выбирается так, чтобы резонансная частота нагрузочного контура совпадала с оптимальной частотой нагрева или находилась в рекомендованном для данной технологии частотном диапазоне. Изменение параметров индукционной системы в процессе нагрева детали приводит к изменению резонансной частоты нагрузочного контура, поэтому система управления источника питания для поддержания высокого КПД должна обеспечивать автоматическую подстройку частоты на резонанс нагрузочного контура, т. По уровню активного сопротивления согласование индуктора с источником питания производится с помощью согласующего трансформатора. Схемы согласования инверторов напряжения и тока отличаются параллельно выходу инвертора напряжения нельзя подключать конденсатор, а последовательно в цепь нагрузки инвертора тока нельзя включать индуктивность. Таким образом, инвертор напряжения может быть нагружен на последовательный или последовательно параллельный колебательный контур, образованный индуктором и элементами согласующего устройства, а инвертор тока на параллельный или параллельнопоследовательный колебательный контур. В соответствии с этим, инвертор напряжения, используемый для питания индуктора, обычно называют последовательным резонансным инвертором, а инвертор тока параллельным резонансным инвертором. Схемы согласования инверторов напряжения показаны на рис. В схеме рис. Ввиду того, что ток индуктора протекает через вторичную обмотку трансформатора и через компенсирующий конденсатор, эти элементы и индуктор должны быть конструктивно выполнены как единый узел с минимальными по длине и индуктивности силовыми связями. На рис. Несмотря на то, что трансформатор и кабель в этой схеме должны быть рассчитаны на полную мощность индуктора, перенос конденсатора на начальный конец кабеля позволяет уменьшить размеры блока, к которому подключается индуктор. ИЮСрТОр напрягаю . Каха. IIе КМея. Т . Ииорпр НГфЯЖСМЯ Л И П и1Л пи оиш . Юкрир ацвшамк 1 и1 и и ои 1 п аиш с 0 о сниш и ЛЛуТТр
Рис. Схемы рис. Для согласования с инвертором напряжения параллельный нагрузочный контур включается через дополнительную индуктивность. В схеме рис. I в качестве дополнительной индуктивности может быть использован кабель. В целом на высоких частотах предпочтительной и перспективной является схема рис. Па рис. Инвертор с удвоением частоты может быть согласован с индуктором с помощью любой схемы, изображенной на рис. Инвертор
Со
Сп
Рис. Основными функциями системы управления являются стабилизация или регулирование мощности, передаваемой от источника питания в индуктор, автоподстройка выходной частоты к резонансной частоте нагрузочного контура с целью минимизации реактивной мощности, потребляемой от инвертора, минимизация коммутационных потерь в транзисторах инвертора, быстродействующая защита при аварийных ситуациях.