RU2680715C1 - Power supply for inductor - Google Patents
Power supply for inductor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680715C1 RU2680715C1 RU2017138175A RU2017138175A RU2680715C1 RU 2680715 C1 RU2680715 C1 RU 2680715C1 RU 2017138175 A RU2017138175 A RU 2017138175A RU 2017138175 A RU2017138175 A RU 2017138175A RU 2680715 C1 RU2680715 C1 RU 2680715C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- inverter
- control system
- inductor
- power
- Prior art date
Links
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical compound ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
- B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5383—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement
- H02M7/53846—Control circuits
- H02M7/53862—Control circuits using transistor type converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
- H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/04—Sources of current
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к источникам питания индукционных установок для перемешивания жидких металлов, в частности алюминия, в печах и миксерах и направлено на повышение эффективности перемешивания при высоком коэффициенте мощности источника и улучшенном КПД.The invention relates to power sources of induction plants for mixing liquid metals, in particular aluminum, in furnaces and mixers and is aimed at increasing the mixing efficiency with a high power factor of the source and improved efficiency.
Одним из путей повышения эффективности перемешивания жидких металлов является использование источника несинусоидальных токов [1]. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при воздействии несинусоидальным периодическим током (на основании закона Ампера, поле Н линейно связано с током и повторяет его форму) можно увеличить эффективность перемешивания жидкого металла, как за счет более глубокого проникновения электромагнитного поля в его толщу, так и за счет увеличения силы взаимодействия жидкого металла (с наведенными в его толще вихревыми токами) с магнитным полем индуктора.One way to increase the efficiency of mixing liquid metals is to use a source of non-sinusoidal currents [1]. Theoretical and experimental studies show that when exposed to a non-sinusoidal periodic current (based on Ampere's law, the field H is linearly connected with the current and repeats its shape), the mixing efficiency of a liquid metal can be increased, both due to a deeper penetration of the electromagnetic field into its thickness and due to an increase in the interaction force of a liquid metal (with eddy currents induced in its thickness) with the magnetic field of the inductor.
Известны источники питания с двойным преобразованием напряжения: переменное (АС) - постоянное (DC) - переменное (АС). Структурная схема таких преобразователей и принцип их работы описаны в [2, 3]. Преобразователь включает следующие основные узлы: звено постоянного тока, содержащее неуправляемый выпрямитель (как правило, трехфазный), емкостной фильтр и звено предварительного заряда, мостовой трехфазный инвертор, выполненный на IGBT-модулях, систему управления, датчики тока, включенные в цепь нагрузки, и блок питания. Выпрямитель осуществляет преобразование переменного напряжения сети в постоянное. Инвертор посредством широтно-импульсного модулирования управляет транзисторными ключами и преобразует постоянное напряжение в переменное квазисинусоидальное, требуемой частоты и амплитуды в широком диапазоне.Known power supplies with double voltage conversion: AC (AC) - constant (DC) - AC (AC). The structural diagram of such converters and the principle of their operation are described in [2, 3]. The converter includes the following main units: a DC link containing an uncontrolled rectifier (usually a three-phase), a capacitive filter and a pre-charge link, a three-phase bridge inverter made on IGBT modules, a control system, current sensors included in the load circuit, and a unit nutrition. The rectifier converts AC voltage to DC. The inverter by means of pulse-width modulation controls transistor switches and converts a constant voltage into a quasi-sinusoidal variable, of the required frequency and amplitude in a wide range.
Этот тип источников с двойным преобразованием обеспечивает высокий коэффициент мощности и применяется, главным образом, в качестве частотного электропривода асинхронных двигателей, для обеспечения всех необходимых режимов работы которых, включая и тормозной режим, в цепи постоянного тока предусмотрены транзисторный ключ и тормозной резистор (на которых в процессе работы источника выделяется дополнительная мощность, что снижает КПД).This type of double conversion sources provides a high power factor and is mainly used as a frequency electric drive of asynchronous motors, to ensure all the necessary operating modes of which, including the braking mode, a transistor switch and a braking resistor are provided in the DC circuit (on which During the operation of the source, additional power is allocated, which reduces the efficiency).
Недостатком таких источников можно отметить то, что они работают только на симметричную трехфазную нагрузку, соединенную по схеме "звезда" или "треугольник", в то время как для перемешивания жидких металлов, зачастую, используют двухфазные магнитные системы, как более дешевые, и, кроме того, синусоидальная форма токов в нагрузке не способствует эффективному перемешиванию жидких металлов. Кроме того, на тормозном резисторе в процессе работы источника выделяется дополнительная мощность, что приводит к снижению КПД.A drawback of such sources is that they work only on a symmetric three-phase load connected in a "star" or "triangle" pattern, while for mixing liquid metals, often use two-phase magnetic systems, as they are cheaper, and, in addition to Moreover, the sinusoidal shape of the currents in the load does not contribute to the effective mixing of liquid metals. In addition, additional power is allocated to the braking resistor during operation of the source, which leads to a decrease in efficiency.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является преобразователь частоты для двухфазного магнитогидродинамического перемешивателя расплавленного металла [4], выполненный также по схеме двойного преобразования и содержащий следующие основные узлы: звено постоянного тока, состоящее из трехфазного выпрямителя и емкостного фильтра; двухфазный инвертор, каждая фаза которого выполнена по мостовой схеме на IGBT-модулях; систему управления; датчики тока, включенные в цепь нагрузки; блок питания. Выход устройства нагружен на двухфазную нагрузку (индуктор), причем фазы нагрузки гальванически не связаны между собой. Формирование синусоидальных токов в нагрузке, равных по величине и сдвинутых относительно друг - друга на 90° (для получения вращающегося магнитного поля в индукторе) осуществляется переключением IGBT-модулей по алгоритмам широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Стабилизация выходных параметров осуществляется с помощью замкнутой автоматической системы регулирования. Для рассеивания энергии, запасенной в магнитной системе индуктора, имеется силовой транзистор торможения и резистор торможения.Closest to the claimed technical solution is a frequency converter for a two-phase magnetohydrodynamic mixer of molten metal [4], also made according to the double conversion scheme and containing the following main nodes: DC link, consisting of a three-phase rectifier and a capacitive filter; two-phase inverter, each phase of which is made according to the bridge circuit on IGBT-modules; management system; current sensors included in the load circuit; Power Supply. The output of the device is loaded on a two-phase load (inductor), and the phases of the load are not galvanically connected. The formation of sinusoidal currents in the load, equal in magnitude and shifted relative to each other by 90 ° (to obtain a rotating magnetic field in the inductor) is carried out by switching the IGBT modules according to the pulse width modulation (PWM) algorithms. Stabilization of the output parameters is carried out using a closed automatic control system. To dissipate the energy stored in the magnetic system of the inductor, there is a power braking transistor and a braking resistor.
Этот преобразователь (далее источник питания для индуктора) имеет достаточно высокий коэффициент мощности и удовлетворяет всем требованиям производства, однако синусоидальная форма токов в обмотках индуктора не позволяет повысить эффективность перемешивания жидкого металла. А поскольку тормозной резистор активно участвует в формировании токов, то на нем выделяется значительная мощность, что влечет снижение КПД.This converter (hereinafter referred to as the power source for the inductor) has a sufficiently high power factor and satisfies all the requirements of production, however, the sinusoidal shape of the currents in the windings of the inductor does not improve the mixing efficiency of liquid metal. And since the braking resistor is actively involved in the formation of currents, significant power is released on it, which leads to a decrease in efficiency.
В основу настоящего изобретения положена задача повышения эффективности перемешивания жидких металлов за счет формирования в источнике, нагруженном на индуктор, несинусоидальных токов при высоком коэффициенте мощности и улучшенном КПД.The present invention is based on the task of increasing the mixing efficiency of liquid metals by forming non-sinusoidal currents in a source loaded on an inductor with a high power factor and improved efficiency.
Поставленная задача решается тем, что в источнике питания для индуктора, содержащем звено постоянного тока с трехфазным выпрямителем и емкостным фильтром, инвертор с датчиками тока в цепи нагрузки, каждая фаза которого выполнена по мостовой схеме на IGBT-модулях, систему управления, включающую элементы сопряжения с инвертором и микроконроллер, блок питания и тормозные транзистор и резистор, согласно изобретению, в цепи питания каждой фазы инвертора установлен дополнительный датчик тока, а система управления дополнительно содержит блок формирования импульсов, каждый пороговый элемент которого входом соединен с датчиком тока в цепи питания, и одним из выходов через диодную группу - с элементами сопряжения системы управления с одной фазой инвертора, а другим выходом через соответствующую диодную группу соединен с элементами сопряжения системы управления с другой фазой инвертора.The problem is solved in that in the power source for the inductor, containing a DC link with a three-phase rectifier and a capacitive filter, an inverter with current sensors in the load circuit, each phase of which is made according to the bridge circuit on IGBT modules, a control system including interface elements with an inverter and a microcontroller, a power supply and a brake transistor and a resistor, according to the invention, an additional current sensor is installed in the power circuit of each phase of the inverter, and the control system further comprises a unit f pulse generation, each threshold element of which is connected by an input to a current sensor in the power circuit, and one of the outputs through a diode group - with elements of the control system pairing with one phase of the inverter, and the other output through the corresponding diode group is connected with the elements of the control system interface with the other phase inverter.
На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого источника питания, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.In FIG. 1 shows a structural diagram of the inventive power source, in FIG. 2 is a timing diagram explaining its operation.
Заявляемый источник питания для индуктора (фиг. 1) выполнен по принципу двойного преобразования и содержит 3-х фазный выпрямитель 1, емкостной фильтр 2, звено предварительного заряда 3, инвертор, например, 2-х фазный 4А (4В) с соответствующими для каждой фазы нагрузкой 5А (5В) и датчиком 6А (6В) тока нагрузки. В цепи питания каждой фазы инвертора (либо в «+», либо в «-») установлены датчики 7А и 7В тока, соответственно. Датчики 6А и 6В тока нагрузки соединены с соответствующими входами системы управления 8, чьи управляющие выходы соединены с соответствующими ключами соответствующих фаз 4А и 4В инвертора. Система управления 8 содержит блок 9 формирования импульсов, в котором каждый пороговый элемент 10А (10В) входом соединен с датчиком 7А (7В) тока в цепи питания соответствующей фазы. При этом одним выходом каждый пороговый элемент 10А (10в) через диодную группу 11А (11В) соединен с элементами сопряжения системы управления 8 с соответствующей фазой инвертора, а другим выходом через другую диодную группу 12В (12А) он соединен с элементами сопряжения системы управления с другой фазой инвертора и микроконтроллером 13. Параллельно питанию ключей инвертора подсоединен блок защиты, включающий тормозной резистор 14 и тормозной транзистор 15. Источник питания включает в себя также низковольтный блок питания 16, обеспечивающий функционирование (питание) системы управления 8 с микроконтроллером 13 и питание схем управления ключами инвертора 4А (4В).The inventive power source for the inductor (Fig. 1) is made according to the principle of double conversion and contains a 3-
Основная идея, заложенная в данном устройстве, заключается в перераспределении энергии, при воздействии специально сформированных сигналов, из одной фазы индуктора в другую. При включенном питании источника и подаче команды "пуск" система управления 8 формирует сигналы управления силовыми IGBT-модулями. Сигналы управления модулями (ключами) соответствующих фаз 4А и 4В инвертора сдвинуты относительно друг друга на 90° и обозначены А1, А4, А3, А2 (фаза А), В1, В4, В3, В2 (фаза В). В интервале сигналами управления A1, А4 (фиг. 2) открываются соответствующие ключи, и формируется положительная полуволна тока в нагрузке 5А. В интервале сигналами A3, А2 открывается другая пара ключей, и формируется отрицательная полуволна тока в нагрузке 5А. Аналогично работают ключи в инверторе 4В. В интервале сигналами В1, В4 формируется положительная полуволна тока в нагрузке 5В, в интервале сигналами В3, В2 формируется отрицательная полуволна тока. Величина тока в нагрузке 5А (5В) задается широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) только верхними (по схеме фиг. 1) ключами в обеих фазах. Нижние ключи ШИМ не модулируются и открываются на все время действия полуволны тока. Такое управление обеспечивает неразрывную циркуляцию тока в паузах между импульсами ШИМ через нижний открытый ключ и обратный диод противоположного ему верхнего ключа, что исключает возникновение перенапряжения на нагрузке и силовых модулях (ключах) инвертора. Переключение диагоналей мостовых схем инвертора производится с задержкой Δt (фиг. 2). В промежуток времени Δt все силовые ключи соответствующей фазы заперты, и нагрузка подключается через обратные диоды к конденсаторам емкостного фильтра 2. При этом энергия, накопленная в индуктивной нагрузке 5А (5В), будет, преобразовываясь, заряжать конденсаторы фильтра 2. Одновременно с этим на выходе датчиков тока 7А, 7В в соответствующие моменты времени появятся сигналы отрицательной полярности (диагр. 5) и 13) фиг. 2). Эти сигналы поступают на соответствующие пороговые элементы 10А (10В) блока 9 формирования импульсов, с помощью которых формируются для каждой фазы прямоугольные импульсы (диагр. 6) и 14) фиг. 2). Инвертированные сигналы (диагр. 7) и 15) фиг. 2) подаются на диодные группы 11А и 11В соответствующих фаз, которые подключены к выходным каскадам системы управления 8. Появление на выходах пороговых элементов 10А (10В) сигналов низкого уровня приводит к открыванию соответствующих диодных групп 11А (11В), и тем самым, блокируется прохождение сигналов управления на силовые модули (ключи) инвертора. В этот момент времени все ключи соответствующей фазы закрываются (режим блокировки), и энергия, накопленная в обмотке индуктора (нагрузке), будет "сбрасываться" в батарею конденсаторов емкостного фильтра 2, заряжая ее. Одновременно с процессом разряда обмотки индуктора (нагрузки) одной фазы реализован процесс заряда обмотки (нагрузки) другой фазы. Для этого прямоугольные импульсы с другого выхода порогового элемента 10А (фазы А) подаются на диодную группу 12В (фазы В), а с другого выхода порогового элемента 10В (фазы В) - на диодную группу 12А (фазы А). Эти сигналы поступают также на входы микроконтроллера 13 схемы управления 8, максимально увеличивая длительность импульсов ШИМ того ключа, на входе которого присутствуют импульсы высокого уровня. При этом скорость нарастания тока резко увеличивается, как за счет полного открывания ключа, так и за счет возрастания напряжения на конденсаторе.The main idea embedded in this device is to redistribute energy, when exposed to specially formed signals, from one phase of the inductor to another. When the power source and the start command is issued, the
Таким образом, обеспечивается ускоренный процесс "перекачки" энергии из одной фазы в другую через конденсаторы фильтра 2. При этом на нагрузках 5А (5В) формируются токи несинусоидальной формы (на диаграммах 8) и 16) фиг. 2 показаны формы токов). На кривых токов можно выделить временные интервалы, соответствующие следующим процессам. Например, для кривой тока в нагрузке 5 фазы А в интервале с пологим нарастанием тока, идет процесс предварительного накопления энергии. В момент времени происходит разряд обмотки (нагрузки 5В), и ее энергия перераспределяется в нагрузку 5А. Ток в нагрузке 5А быстро возрастает и, по окончании процесса заряда формируется плоская вершина в интервале ~ На этом участке скорость изменения тока близка к нулю и, согласно [1], будет происходить максимальное проникновение электромагнитного поля в толщу металла. В момент происходит разряд нагрузки 5А и перераспределение ее энергии в нагрузку 5В. При разряде скорость изменения тока максимальна. Результирующий вектор электромагнитного поля будет вращаться дискретно через 90° при каждой смене полярности токов в нагрузках 5А, 5В.Thus, an accelerated process of "pumping" energy from one phase to another through the capacitors of
Таким образом, в моменты времени, кратные , скорость изменения тока в каждой фазе - максимальна, следовательно, и сила F взаимодействия жидкого металла с электромагнитным полем будет максимальна, т.е. эффективность его перемешивания возрастает [1]. Далее, процесс повторяется при изменении полярности тока. Аналогичные процессы протекают и в нагрузке 5В.Thus, at times multiple of , the rate of change of current in each phase is maximum, therefore, the force F of interaction of a liquid metal with an electromagnetic field will be maximum, i.e. its mixing efficiency increases [1]. Further, the process is repeated when the polarity of the current changes. Similar processes occur in the load 5.
Повышение КПД источника заключается в следующем.Improving the efficiency of the source is as follows.
1. В процессе перераспределения энергии, запасенной в нагрузках 5А, 5В, напряжение на конденсаторе емкостного фильтра 2 становится больше напряжения питающей сети, диоды выпрямителя 1 запираются и отключают питающую сеть. В эти промежутки времени токи в нагрузках 5А, 5В формируются только за счет накопленной в них энергии.1. In the process of redistributing the energy stored in loads of 5 A , 5 V , the voltage across the capacitor of the
2. Тормозные резистор 14 и транзистор 15 (фиг. 1) не принимают участия в процессе формирования токов и служат исключительно для защиты силовых элементов от перенапряжений, которые могут возникнуть в аварийных режимах, например, при аварийном отключении питающей сети или обрыве только одной ее фазы, обрыве нагрузки и т.п.2. The
Практическая реализация изобретенияPractical implementation of the invention
Для проверки заявляемого изобретения был изготовлен опытный образец источника питания на IGBT-модулях по структурной схеме (фиг. 1).To verify the claimed invention, a prototype power source on IGBT modules was manufactured according to the structural diagram (Fig. 1).
С помощью сигналов системы управления, дополнительных датчиков тока и блока формирования импульсов был реализован изложенный выше процесс перераспределения энергии из одной фазы нагрузки в другую.Using the signals of the control system, additional current sensors and a pulse shaping unit, the above process of energy redistribution from one load phase to another was implemented.
Испытания источника проводились в лабораторных условиях на двухфазном индукторе. Индуктивность каждой обмотки индуктора составляла L=0,4 Гн, взаимная индуктивность М=0,2 Гн. Рабочие частоты, на которых обычно работают перемешиватели жидких металлов, находятся в диапазоне 0,4-1,0 Гц.The source was tested in laboratory conditions on a two-phase inductor. The inductance of each inductor winding was L = 0.4 Gn, the mutual inductance M = 0.2 Gn. The working frequencies at which liquid metal stirrers usually operate are in the range of 0.4-1.0 Hz.
На фиг. 3 представлены осциллограммы токов в нагрузках. Амплитудные значения токов составили 240 А, частота - 0,62 Гц. Как видно из фиг. 3, форма токов имеет плоские вершины, где и крутые фронты, имеющие максимальную скорость изменения токов.In FIG. Figure 3 shows the waveforms of currents in loads. The amplitude values of the currents amounted to 240 A, the frequency - 0.62 Hz. As can be seen from FIG. 3, the shape of the currents has flat vertices, where and steep fronts having a maximum current rate of change.
На фиг. 4 приведена осциллограмма напряжения на одной фазе нагрузки (напряжение снималось с делителя 1:5).In FIG. Figure 4 shows the voltage waveform at one phase of the load (the voltage was removed from the divider 1: 5).
На приведенной осциллограмме напряжение на нагрузке представляет собой последовательность импульсов ШИМ положительной и отрицательной полярности, находящихся в соответствии с полярностью формируемого тока. В начале каждой последовательности есть импульсы напряжения, превышающие по амплитуде импульсы с ШИМ модуляцией. Эти импульсы соответствуют процессу разряда тока в нагрузке этой фазы. На этот момент блокируется управление ШИМ. По окончании разряда начинается процесс предварительного заряда, и через появляется второй всплеск напряжения. Это обусловлено разрядом другой фазы. В этот момент максимально открывается верхний ключ наблюдаемой фазы и происходит формирование плоской вершины тока. Напряжение на нагрузке вновь превышает амплитуду ШИМ импульсов. По окончании формирования полуволны тока, все ключи этой фазы закрываются, и нагрузка подключается параллельно конденсаторам фильтра 2 через обратные диоды инвертора. Далее процесс повторяется.In the given waveform, the voltage at the load is a sequence of PWM pulses of positive and negative polarity, which are in accordance with the polarity of the generated current. At the beginning of each sequence there are voltage pulses exceeding in amplitude the pulses with PWM modulation. These pulses correspond to the current discharge process in the load of this phase. At this point, the PWM control is blocked. At the end of the discharge, the precharge process begins, and through a second surge occurs. This is due to the discharge of another phase. At this moment, the upper key of the observed phase is maximally opened and a flat top of the current is formed. The voltage at the load again exceeds the amplitude of the PWM pulses. At the end of the formation of a half-wave of current, all the keys of this phase are closed, and the load is connected in parallel to the
Проведенные испытания позволили получить несинусоидальные токи в нагрузке, имеющие плоские вершины и крутые фронты. Токи сдвинуты относительно друг друга на 90°. В индукторе возбуждается магнитное поле, вращающееся дискретно через 90°, что ускоряет процесс гомогенизации расплава.The tests performed allowed us to obtain non-sinusoidal currents in the load having flat tops and steep fronts. The currents are shifted relative to each other by 90 °. A magnetic field is excited in the inductor, rotating discretely through 90 °, which accelerates the process of homogenization of the melt.
Измерение cosϕ проводилось с помощью комбинированного прибора для измерения активной, реактивной и полной мощности. Измерялась активная мощность Р и полная S. Коэффициент мощности вычислялся по формулеCosϕ was measured using a combined instrument for measuring active, reactive and apparent power. The active power P and the total S were measured. The power factor was calculated by the formula
и составил cosϕ≥0.9.and amounted to cosϕ≥0.9.
Эффективность источника питания по расходу электроэнергии оценивалась путем сопоставления длительности временных отрезков, в течение которых энергия из сети не потреблялась, к периоду тока в нагрузке. По нашим оценкам расход электроэнергии сокращается на 13-15%, что соответствует повышению КПД источника.The efficiency of the power source in terms of energy consumption was estimated by comparing the duration of time periods during which energy from the network was not consumed to the period of the current in the load. According to our estimates, energy consumption is reduced by 13-15%, which corresponds to an increase in the efficiency of the source.
Кроме лабораторных испытаний проводились испытания заявляемого источника питания на действующем миксере с жидким алюминием на Красноярском алюминиевом заводе.In addition to laboratory tests, tests of the claimed power source were conducted on an operating mixer with liquid aluminum at the Krasnoyarsk aluminum plant.
Проведенные испытания подтвердили правильность решения поставленной задачи и достижение технического результата, заключающегося в возможности повышения эффективности перемешивания жидких металлов за счет формирования несинусоидальных токов при высоком коэффициенте мощности и улучшенном КПД источника питания для индуктора.The tests carried out confirmed the correctness of the solution of the problem and the achievement of the technical result, which consists in the possibility of increasing the efficiency of mixing liquid metals due to the formation of non-sinusoidal currents with a high power factor and improved efficiency of the power source for the inductor.
Источники информацииInformation sources
1. Индукционная установка для перемешивания жидких металлов. Патент RU 2524463 С2.1. Induction installation for mixing liquid metals. Patent RU 2524463 C2.
2. http://artesk.ru/invertor_Shema.html (дата обращения: 13.11.2016, 1040)2.Http: //artesk.ru/invertor_Shema.html (accessed date: 11/13/2016, 10 40 )
3. http://ges.ru/raznoe/triol/240.htm (дата обращения: 13.11.2016, 1040)3.http: //ges.ru/raznoe/triol/240.htm (accessed: 11.13.2016, 10 40 )
4. Преобразователь частоты П4-ТМПТ-250-380-1 для двухфазного магнитогидродинамического перемешивателя расплавленного металла http://www.evas.b.ru/otraslevye-resheniya/metallurgia/elektromagn-peremeshivanie-metallov/ (дата обращения: 09.11.2016, 1300)4. Frequency converter P4-TMPT-250-380-1 for a two-phase magnetohydrodynamic mixer of molten metal http://www.evas.b.ru/otraslevye-resheniya/metallurgia/elektromagn-peremeshivanie-metallov/ (accessed: 09.11.2016 13 00 )
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138175A RU2680715C1 (en) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Power supply for inductor |
PCT/RU2018/000700 WO2019088878A1 (en) | 2017-11-01 | 2018-10-22 | Power supply for an inductor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138175A RU2680715C1 (en) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Power supply for inductor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2680715C1 true RU2680715C1 (en) | 2019-02-26 |
Family
ID=65479328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138175A RU2680715C1 (en) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Power supply for inductor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680715C1 (en) |
WO (1) | WO2019088878A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745365C1 (en) * | 2020-07-21 | 2021-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП Система 48" (ООО "НПП Система 48") | Energy efficient power supply system of induction heating unit |
RU2799783C2 (en) * | 2021-11-23 | 2023-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Синус" (ООО "НПП Синус") | Fast learning power supply system for induction heating plant |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2214731A (en) * | 1988-01-29 | 1989-09-06 | Heidelberger Druckmasch Ag | Converter with intermediate d.c. circuit |
JP2009277577A (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Fuji Denki Thermosystems Kk | Operation method of power supply device for induction heating |
RU2394350C2 (en) * | 2008-07-16 | 2010-07-10 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Double-frequency resonant conversion device |
EP2405711A2 (en) * | 2002-06-26 | 2012-01-11 | Mitsui Engineering and Shipbuilding Co, Ltd. | Induction heating method and unit |
RU2460246C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter and method to control conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter |
CN102474917B (en) * | 2009-07-03 | 2013-12-04 | 松下电器产业株式会社 | Induction heating device |
RU2524463C2 (en) * | 2012-11-01 | 2014-07-27 | Виктор Николаевич Тимофеев | Inductor unit for mixing of liquid metals |
US9554425B2 (en) * | 2011-12-06 | 2017-01-24 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Induction heating device |
WO2017043088A1 (en) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | Neturen Co., Ltd. | Induction heating power supply apparatus |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101170279B (en) * | 2007-12-11 | 2012-05-09 | 叶忠 | Dual-bridge DC-DC converter and its control method |
CN202889211U (en) * | 2012-10-19 | 2013-04-17 | 西安理工大学 | Crystallizer electromagnetic stirring power supply device for magnesium alloy continuous casting |
US9917530B2 (en) * | 2015-10-06 | 2018-03-13 | Cummins Power Generation Ip, Inc. | Reconfigurable converter |
CN107093976B (en) * | 2017-06-30 | 2023-10-20 | 宜昌清江电气有限公司 | Universal variable-frequency speed regulation system based on DSP |
-
2017
- 2017-11-01 RU RU2017138175A patent/RU2680715C1/en active
-
2018
- 2018-10-22 WO PCT/RU2018/000700 patent/WO2019088878A1/en active Application Filing
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2214731A (en) * | 1988-01-29 | 1989-09-06 | Heidelberger Druckmasch Ag | Converter with intermediate d.c. circuit |
EP2405711A2 (en) * | 2002-06-26 | 2012-01-11 | Mitsui Engineering and Shipbuilding Co, Ltd. | Induction heating method and unit |
JP2009277577A (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Fuji Denki Thermosystems Kk | Operation method of power supply device for induction heating |
RU2394350C2 (en) * | 2008-07-16 | 2010-07-10 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Double-frequency resonant conversion device |
CN102474917B (en) * | 2009-07-03 | 2013-12-04 | 松下电器产业株式会社 | Induction heating device |
RU2460246C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter and method to control conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter |
US9554425B2 (en) * | 2011-12-06 | 2017-01-24 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Induction heating device |
RU2524463C2 (en) * | 2012-11-01 | 2014-07-27 | Виктор Николаевич Тимофеев | Inductor unit for mixing of liquid metals |
WO2017043088A1 (en) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | Neturen Co., Ltd. | Induction heating power supply apparatus |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745365C1 (en) * | 2020-07-21 | 2021-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП Система 48" (ООО "НПП Система 48") | Energy efficient power supply system of induction heating unit |
RU2799783C2 (en) * | 2021-11-23 | 2023-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Синус" (ООО "НПП Синус") | Fast learning power supply system for induction heating plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019088878A1 (en) | 2019-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Akagi et al. | Control and performance of a transformerless cascade PWM STATCOM with star configuration | |
Hombu et al. | A current source GTO inverter with sinusoidal inputs and outputs | |
CN106464150B (en) | Power inverter | |
US9160173B2 (en) | Photovoltaic inverter with swinging line filter inductors | |
Zhou | A self-balancing space vector switching modulator for three-level motor drives | |
RU2680715C1 (en) | Power supply for inductor | |
Sharma et al. | Comparative analysis of VSI, CSI and ZSI fed induction motor drive system | |
EP3226399B1 (en) | Apparatus for driving and controlling converters and switching element modules in a wind power generation system | |
RU2428783C1 (en) | Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation | |
RU2341002C1 (en) | Method of inverter control | |
RU2596218C1 (en) | Regulating device for asynchronous motor | |
Lin | Implementation of nondeterministic pulsewidth modulation for inverter drives | |
RU113104U1 (en) | CONVERSION DEVICE FOR INDUCTION HEATING BASED ON THE PARALLEL BRIDGE BRIDGE RESONANCE INVERTER | |
Zhao et al. | An improved nearest-level-modulation of modular multilevel converter—STATCOM | |
Zheng et al. | A medium-voltage motor drive based on diode-clamped modular multilevel converters | |
RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
US20170040905A1 (en) | Apparatus and method for reducing harmonics | |
Mondal et al. | Study of a new single phase multilevel inverter based on switched capacitor units | |
RU61964U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER | |
RU2521613C1 (en) | Device for connecting controlled voltage inverter to direct current voltage source | |
Rasheed et al. | Performance studies of three-phase cascaded H-Bridge and Diode-Clamped multilevel inverters | |
Prabaharan et al. | A hybrid multilevel inverter with reduced power electronic components with unipolar trapezoidal pulse width modulation | |
RU2521419C2 (en) | High-voltage three-phase alternating current generating system | |
Grossen et al. | Three-phase buck active rectifier with power factor correction and low EMI | |
RU57063U1 (en) | FREQUENCY CONVERTER FOR INDUCTION HEATING |