RU28793U1 - Схема управления установкой индукционного нагрева - Google Patents
Схема управления установкой индукционного нагрева Download PDFInfo
- Publication number
- RU28793U1 RU28793U1 RU2002127628/20U RU2002127628U RU28793U1 RU 28793 U1 RU28793 U1 RU 28793U1 RU 2002127628/20 U RU2002127628/20 U RU 2002127628/20U RU 2002127628 U RU2002127628 U RU 2002127628U RU 28793 U1 RU28793 U1 RU 28793U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- inverter
- output
- current
- voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Полезная модель относится к области радиоэлектроники, а именно к системам автоматики, и может найти применение для формирования сигнала управления, а также для стабилизации и регулирования процесса нагрева электротермических установок индукционного типа.
Индукционный метод нагрева проводниковых материалов применяется в различных отраслях промьшленного производства. Вследствие целого ряда преимуществ по сравнению с другими методами нагрева индукционные печи и установки, в основе работы которых лежит бесконтакный нагрев заготовки, получили широкое распространение . Они компактны, обеспечивают высокую производительность труда и хорошие санитарно-гигиенические условия производства, легко поддаются ремонту, исключают загрязнение воздушного бассейна.
Индукционный нагрев металлических изделий осуществляется с помощью специального устройства - индуктора. При пропускании переменного тока через индуктор вокруг его провода возникает электромагнитное поле.
МПК: Н02М 5/40, G05F 1/10
напряженность которого периодически изменяется во времени по величине и направлению. Если внутрь индуктора поместить металлическое тело/ то пронизывающий его переменный магнитный поток вызовет в нем появление индуцированного тока, который приведет к нагреву тела. При этом температура поверхности и глубина нагрева зависят от подводимой к индуктору мощности, частоты и времени нагрева.
Стабилизация и регулирование процесса нагрева индуктора обеспечиваются специальной схемой управления, от которой в большой степени зависят коэффициенты использования и полезного действия оборудования (к.п.д.), повышение которых является приоритетной задачей для всех энергоемких процессов.
Схемотехнические решения названных систем управления различны и зависят от частоты обеспечивающего нагрев тока. От частоты зависит и к.п.д. оборудования: чем выше требуемая частота питающего тока, тем больше потери и тем меньшие значения к.п.д. удается получить.
Известные промышленные схемы регулирования режима индукционного нагрева на средних частотах питающего тока - от 150 до 20000 Гц - основаны на использовании статических тиристорных преобразователей частоты. В книге «Электрические печи и установки индукционного нагрева (авторы Н.И.Фомин, Л.М.Зату-ловский. - М.,1979.- 247с. Копии прилагаются) представлен такой преобразователь, который состоит из пяти основных функциональных узлов:
V/J/.J) V Ц/ -xt IjiljLHJf f
-блока выпрямителей (звено постоянного тока), который предназначен для преобразования трехфазного тока промьпБленной частоты в постоянный ток;
-блока дросселей, осуществляющих сглаживание выпрямленного тока;
-инвертора, назначением которого является преобразование постоянного тока в переменный, но уже однофазный и повышенной частоты;
-блока запуска преобразователя.
Инвертор собран по типовой мостовой однофазной схеме с тем отличием, что на место источника переменного тока включена нагрузка (индуктор), а на место нагрузки постоянного тока включен источник постоянного тока (выпрямитель). Таким oбpaзoм принцип действия инвертора основан на поочередном отпирании вентилей моста, в результате чего в индукторе будет проходить переменный ток, частота которого равна частоте коммутации управляемых вентилей.
Кроме таких недостатков, как большие габариты и масса, низкая технологичность из-за наличия большого числа моточных изделий, данный преобразователь обладает низкой электромагнитной совместимостью, что приводит к помехам в сети и снижению коэффициента мощности cos((p), определяюш,ему к.п.д. преобразователя. Кроме того, в названной схеме нет дополнительной коррекции напряжения, регулирование которого возможно за счет введения обратных связей.
Наиболее близким к предлагаемому решению можно считать преобразователь, описанный в заявке на полезную модель «Устройство управления асинхронным электродвигателем (свидетельство на полезную модель №
24057 от 20.07.2002 г., приоритет от 18.02.2002 г., МПК: Н02Р 21/00, Н02Р 7/42) .
Прототип содержит соединенные последовательно входной выпрямитель, вход которого подключен к внешней сети, усилитель-регулятор напряжения питания с блоком ШИМ, LC-фильтр, выходной трехфазный усилитель мощности (инвертор) с задающим генератором и генератором, управляемым напряжением, на сигнальных входах и два резистивных шунта тока, обеспечивающих обратные связи по току и напряжению. Генераторы на входах инверт; Ора формируют трехфазный 12-тактный сигнал, который с выхода инвертора поступает на нагрузку - асинхронный двигатель.
Схемные решения позволили достичь высоких технических характеристик прототипа:
-повысить к.п.д. устройства до уровня 96-97%;
-использовать силовые транзисторы усилителярегулятора напряжения на номинальном токе, без запаса, что повьшает надежность устройства;
-реализовать устройство на микросхемах широкого применения и нескольких дискретных электрорадиоэлементах, что резко снижает его габаритные размеры, массу, энергопотребление и стоимость по сравнению со многими отечественными и зарубежньми аналогами.
Однако рассмотренное устройство не может быть использовано для управления и регулирования режимов работы других систем, в частности, установок индукционного нагрева, в связи с тем, что данные установки работают на фиксированных частоте и напряжении, которые не должны изменяться в процессе работы системы.
Задачей предлагаемого решения является расширение области применения схемы управления и повышение ее коэффициента полезного действия.
Для решения поставленной задачи в схему управления установкой индукционного нагрева, содержащую входной выпрямитель, усилитель-регулятор напряжения питания с силовым транзистором и с блоком ШИМ, LC-фильтр, выходной усилитель мощности (инвертор), задающий генератор, формирователь 12-тактного сигнала и два резистивных шунта тока, введены RC-цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и конденсатора, и электронный ключ. При этом выпрямитель, усилитель-регулятор напряжения питания, LCфильтр и инвертор соединены последовательно, выход задающего генератора соединен со входом формирователя 12-тактного сигнала, выход которого подключен к сигнальным входам инвертора, один резистивный шунт включен между минусом конденсатора LC-фильтра и землей и соединен с первым входом по току блока ШИМ, второй резистивный шунт включен между минусовой шиной питания инвертора и землей, вход плюсовой шины питания инвертора, соединенный с общей точкой LC-фильтра, подключен к первому входу по напряжению блока Ш1/1М, вход минусовой шины питания инвертора соединен с первым входом по току блока ШИМ, ко второму входу по току блока ШРМ подключен источник опорного напряжения, а выход блока ШИМ соединен с силовым транзистором усилителя-регулятора. Минус конденсатора введенной RC-цепочки заземлен, плюс конденсатора, соединенный с резистором RC-цепочки, подключен ко второму входу по
напряжению блока ШИМ, а второй конец резистора RCцепочки - к выходу источника опорного напряжения и ко второму входу по току блока ШИМ. Входом схемы служит вход выпрямителя, соединенный с внешним источником напряжения питания, выходом являются выходы инвертора, к которьм подключена нагрузка - устройство индукционного нагрева.
Введение дополнительных элементов и связей в схему управления не уменьшает преимуществ технического решения, отмеченных в прототипе, и дополнительно позволяет:
-получить плавный запуск установки индукционного нагрева, без скачков тока и напряжения;
-обеспечить стабилизацию рабочих режимов тока и напряжения в течение всего цикла нагрева.
Реализация предложенного решения возможна на основе интегральных микросхем широкого применения и современной дискретной элементной базы. Например, задающий генератор и формирователь 12-тактного сигнала, реализованы на микросхеме ПЗУ, блок ШИМ - на одной микросхеме из двух компараторов, силовые элементы инвертора - на новейших транзисторах и модулях IGBT. Работа схемы управления на частоте работы установки нагрева (10-20 кГц) позволяет повысить к.п.д. схемы.
Предлагаемая схема управления приведена на фиг.1.
Схема представляет собой электронный блок, в котором производится преобразование промьшленного напряжения 50 ГЦ/380В в переменное напряжение повышенной частоты, которое подается на вход устройства индукционного нагрева. Для реализации указанной функции
схема содержит входной выпрямитель 1, на вход которого поступает напряжение питания U1 (50 Гц/380 В) от внешнего источника, усилитель-регулятор напряжения питания 2, работающий в режиме ШИМ и состоящий из силового транзистора Q1, источника 2.1 опорного напряжения Пор и двух компараторов 2.2 и 2.3, LC-фильтр, состоящий из дросселя L1 и конденсатора С1, и усилитель мощности 5 (или инвертор) . Блоки 1, 2, LC-фильтр и 5 соединены последовательно, к сигнальным входам инвертора 5 подключены последовательно соединенные задающий генератюр 3 м формирователь 12-тактного сигнала 4. Выходы инвертора 5 подключены к нагрузке б установке индукционного нагрева. Два резистивных шунта тока RS1 и RS2 предназначены для образования обратных связей по току между инвертором 5 и усилителем-регулятором напряжения 2. Для этого шунт RS1 включен между минусом конденсатора С1 LC-фильтра и землей, и общая точка RS1 и С1 соединена с первым входом по току компаратора 2.2. Шунт RS2 включен между минусовой шиной питания инвертора 5 и землей, а общая точка «минус питания инвертора - RS2 подключена к тому же первому входу по току компаратора 2.2. На второй вход компаратора 2.2 подается опорное напряжение Uop с выхода 2.1 - источника этого напряжения. Обратная связь по напряжению образуется путем соединения выхода LC-фильтра и, соответственно, плюсовой шины питания инвертора 5, с первым входом по напряжению компаратора 2.3. Выходы обоих компараторов 2.2 и 2.3 соединены с силовым транзистором Q1.
конденсатора C2, и электронный ключ SA1, причем минус конденсатора С2 соединен с земляной шиной, а плюс конденсатора С2, соединенный с резистором R1, подключен ко второму входу по напряжению компаратора 2.3, второй конец резистора R1 соединен с выходом 2.1 источником опорного сигнала Uop и подключен ко второму входу по току компаратора 2.2. Электронный ключ SA1 включен параллельно конденсатору С2.
Схема работает следующим образом.
На вход выпрямителя 1 поступает напряжение питания U1 от сети с частотой 50 Гц, Выпрямленное напряжение подается на силовой транзистор Q1 усилителя-регулятора напряжения 2. Силовой транзистор Q1 вместе с LC-фильтром работают в автоколебательном режиме как импульсный понижающий конвертор. Сглаженное LCфильтром импульсное напряжение подается в качестве напряжения питания на инвертор 5.
Одновременно с задающего генератора 3 на вход формирователя 4 поступает напряжение повьшенной фиксированной частоты. Блок 4 преобразует его в 12тактный сигнал, в котором подавлена третья и минимизирован уровень остальных нечетных гармоник, и подает его на сигнальные входы инвертора 5, управляющего установкой индукционной нагрева 6.
Шунт RS1 служит для измерения тока конденсатора С1 LC-фильтра, а шунт RS2 измеряет суммарный ток инвертора 5, который является током нагрузки б. Компаратор 2.2 сравнивает сигналы шунтов RS1 и RS2 с опорным напряжением Uop, поступающим с блока 2.1, и вырабатывает сигнал управления по току, который поступает
на силовой транзистор Q1. Таким образом обеспечивается регулирование напряжения питания инвертора 5 так, чтобы его выходной ток (и соответственно нагрев установки индукционного нагрева б) ограничивался на заданном уровне. Одновременно ограничивается ток силового транзистора Q1, обеспечивая безопасный режим его работы.
Для плавного запуска и регулирования режима нагрева используется компаратор 2.3. Когда электронный ключ SA1 замкнут, конденсатор С2 разряжен, и на входе компаратора 2.3 нулевое напряжение. Устройство индукционного нагрева выключено. При размыкании электронного ключа SA1 на конденсаторе С2 напряжение плавно нарастает и подается на вход компаратора 2.3. Напряжение на конденсаторе С2 нарастает до уровня опорного напряжения Uop с постоянной времени , Выходной сигнал компаратора 2.3 также подается на силовой транзистор Q1. В результате напряжение питания инвертора 5 и, соответственно/ амплитуда его выходного напряжения растут.
Предлагаемые изменения, дополнения и усовершенствования схемы управления за счет регулирования ее выходного напряжения способствуют решению поставленной задачи расширения области применения преобразовательных схем и позволяют использовать предлагаемую схему для управления процессом индукционного нагрева практически любой мощности. Мощность установок регламентируют возможности элементной базы, на которой схема реализована.
ввести дополнительные обратные связи, - например, по температуре нагрева.
И наконец, за счет работы всей схемы, в том числе, и выходного ее каскада, на частоте установки индукционного нагрева (10-20 кГц) удается повысить ее КПД до уровня 97-98%. Простота предлагаемого решения позволяет разработать конструкцию простого, компактного и недорогого устройства, увеличить ассортимент изделий данного профиля и расширить круг потребителей, заинтересованных в подобных схемах регулирования.
Claims (1)
- Схема управления установкой индукционного нагрева, содержащая входной выпрямитель, усилитель-регулятор напряжения питания с силовым транзистором и блоком ШИМ, LC-фильтр, выходной усилитель мощности (инвертор), задающий генератор, формирователь 12-тактного сигнала и два резистивных шунта тока, причем выпрямитель, усилитель-регулятор напряжения питания, LC-фильтр и инвертор соединены последовательно, выход задающего генератора соединен с входом формирователя 12-тактного сигнала, выход которого подключен к сигнальным входам инвертора, один резистивный шунт включен между минусом конденсатора LC-фильтра и землей и соединен с первым входом по току блока ШИМ, второй резистивный шунт включен между минусовой шиной питания инвертора и землей и также соединен с первым входом по току блока ШИМ, вход плюсовой шины питания инвертора, соединенный с выходом дросселя LC-фильтра, подключен к первому входу по напряжению блока ШИМ, вход минусовой шины питания инвертора соединен с первым входом по току блока ШИМ, к второму входу по току блока ШИМ подключен источник опорного напряжения, выход блока ШИМ соединен с силовым транзистором усилителя-регулятора, входом схемы служит вход выпрямителя, соединенный с внешним источником напряжения питания, выходом являются выходы инвертора, к которым подключена нагрузка - устройство индукционного нагрева, отличающаяся тем, что в нее введены RC-цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и конденсатора, и электронный ключ, при этом минус конденсатора RC-цепочки заземлен, плюс конденсатора, соединенный с резистором RC-цепочки, подключен к второму входу по напряжению блока ШИМ, а второй конец резистора RC-цепочки - к выходу источника опорного напряжения и к второму входу по току блока ШИМ.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127628/20U RU28793U1 (ru) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Схема управления установкой индукционного нагрева |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127628/20U RU28793U1 (ru) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Схема управления установкой индукционного нагрева |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU28793U1 true RU28793U1 (ru) | 2003-04-10 |
Family
ID=37436918
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002127628/20U RU28793U1 (ru) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Схема управления установкой индукционного нагрева |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU28793U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501194C2 (ru) * | 2007-06-10 | 2013-12-10 | Индактотерм Корпорейшн | Индукционная тепловая обработка изделий |
-
2002
- 2002-10-15 RU RU2002127628/20U patent/RU28793U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501194C2 (ru) * | 2007-06-10 | 2013-12-10 | Индактотерм Корпорейшн | Индукционная тепловая обработка изделий |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5547603B2 (ja) | 電源装置 | |
CN108900093B (zh) | 单相pfc电路工频纹波消除方法及pfc拓扑***、充电桩*** | |
CN102686351A (zh) | 利用并联功率模块的通用输入电源 | |
JP5370519B2 (ja) | 電力変換装置 | |
RU155594U1 (ru) | Многофункциональный регулятор качества электроэнергии для трехфазных распределительных систем электроснабжения 0,4 кв | |
CN105074478A (zh) | 单位变流器单元及用于线性调节利用其的输出电力的电磁感应方式的电源供给装置 | |
Ahmed et al. | Single-phase symmetric-bipolar-type high-frequency isolated buck-boost AC–AC converter with continuous input and output currents | |
EP2677651B1 (en) | Synchronized isolated AC-AC converter with variable regulated output voltage | |
Jha et al. | Hardware implementation of single phase power factor correction system using micro-controller | |
RU28793U1 (ru) | Схема управления установкой индукционного нагрева | |
RU105095U1 (ru) | Устройство для управления асинхронным двигателем | |
CN105576995B (zh) | 随机曲线变化式数字交流稳压电源 | |
GB2346744A (en) | Heavy duty isolating converter | |
RU2626009C1 (ru) | Компенсированная система электроснабжения удаленных потребителей электрической энергии | |
RU2819809C1 (ru) | Преобразователь частоты с устройством коммутации постоянного тока | |
CN205544953U (zh) | 随机曲线变化式数字交流稳压电源 | |
RU2006163C1 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
RU2020710C1 (ru) | Преобразователь частоты со звеном постоянного тока | |
JP2018174643A (ja) | コンバータ装置及びその制御方法並びにモータ駆動装置 | |
Handoko | Sine wave inverter bipolar SPWM using analog triggering circuit | |
CN104052286B (zh) | 电力变换装置 | |
JP2677738B2 (ja) | スイッチングレギュレータ | |
RU2600572C2 (ru) | Способ регулирования напряжения и мощности | |
RU119546U1 (ru) | Преобразователь переменного трехфазного напряжения в постоянное | |
CN219041623U (zh) | 晶闸管半桥串联谐振逆变器超频限制电路及感应加热电源 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20051016 |