Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева



Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева
Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева
Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева
Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева
Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева

 


Владельцы патента RU 2405286:

Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" (RU)

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. Технический результат заключается в одновременном генерировании высокочастотного и низкочастотного электромагнитных полей и упрощении. Предлагаемое устройство состоит из четырех управляемых вентилей-тиристоров, из которых первый и второй образуют первый каскад и первыми выводами через первый входной дроссель подсоединены к первому полюсу источника постоянного напряжения, а третий и четвертый управляемые вентили, которые образуют второй каскад, вторыми выводами через второй входной дроссель соединены с вторым полюсом источника постоянного напряжения, при этом к вторым выводам первого и второго управляемых вентилей подсоединены параллельно соединенные активно-индуктивная нагрузка-индуктор и первый коммутирующий конденсатор, при этом к крайним выводам активно-индуктивной нагрузки-индуктора первыми выводами подсоединены первый и второй подстроечные дроссели, вторые выводы которых соединены с первыми выводами третьего и четвертого управляемых вентилей, причем к этим же точкам подсоединен второй коммутирующий конденсатор. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов.

Известно, что для индукционного нагрева металлов применяется либо одночастотное низкочастотное электромагнитное поле с частотой 50 Гц, когда индуктор подключается к промышленной сети переменного тока ([1] Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи. - М.: Энергия, 1967), что является аналогом предлагаемому изобретению, либо одночастотное высокочастотное электромагнитное поле, когда индуктор подключается к выходным зажимам вентильного преобразователя либо последовательного, либо параллельного типа ([2] Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники. Учебн. пособие для специальности «Промышленная электроника». - М.: «Высшая школа», 1974), что также является аналогом предлагаемому изобретению.

Однако в ряде случаев для индукционного нагрева требуется двухчастотное электромагнитное поле. Так, при индукционном нагреве металлов массивных заготовок для повышения эффективности индукционного нагрева необходимо увеличивать частоту электромагнитного поля, а для равномерного глубинного прогрева необходимо уменьшать частоту электромагнитного поля, при этом для каждого диаметра заготовки имеется оптимальная частота (Шамов А.Н. и др. Проектирование и эксплуатации высокочастотных установок. Изд. 2-е, доп. и перераб. - Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1974, стр.86, табл.24). В этом случае двухчастотное электромагнитное поле позволяет увеличить эффективность индукционного нагрева и увеличить равномерность нагрева заготовки.

В [1] для этого предлагается использовать два генератора: один высокочастотный, а второй низкочастотный. Однако это увеличивает установленную мощность нагревательного оборудования и требует в течение электротехнологического процесса индукционного нагрева металла переключений в силовых цепях, что усложняет нагревательное оборудование.

Таким образом, известные аналоги предлагаемому изобретению не обеспечивают достижение заявленного технического результата - одновременное генерирование высокочастотного и низкочастотного электромагнитных полей и упрощение. Поэтому в качестве прототипа выбран параллельный инвертор тока ([4] Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок. Е.И.Беркович и др. - 3-е изд. доп. и перераб. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983, стр.16, рис.2.1.). Однако прототип также не обеспечивает достижение заявленного выше технического результата.

Таким образом, известные аналоги и известный прототип имеют недостатки, которые заключаются в том, что они не могут генерировать одновременно высокочастотное и низкочастотное электромагнитные поля, либо рекомендуют для этого применение двух генераторов, т.е. они не обеспечивают достижение заявленного технического результата, заключающегося в одновременном генерировании высокочастотного и низкочастотного электромагнитных полей и упрощении.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания двухчастотного преобразовательного устройства, осуществление которой позволяет достичь заявленного технического результата, заключающегося в возможности одновременного генерирования высокочастотного и низкочастотного электромагнитных полей и упрощении.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в преобразовательное устройство, содержащее источник постоянного напряжения, первый входной дроссель, первый и второй управляемые вентили первого каскада, а также третий и четвертый управляемые вентили второго каскада, первый коммутирующий конденсатор и активно-индуктивную нагрузку-индуктор, при этом к первому полюсу источника постоянного напряжения подсоединен первый вывод первого входного дросселя, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого и второго управляемых вентилей, к вторым выводам которых подсоединены параллельно соединенные первый коммутирующий конденсатор и активно-индуктивная нагрузка-индуктор, при этом вторые выводы третьего и четвертого управляемых вентилей соединены с вторым полюсом источника постоянного напряжения, дополнительно введены второй входной дроссель, первый и второй подстроечные дроссели, а также второй коммутирующий конденсатор, при этом с крайними выводами активно-индуктивной нагрузки-индуктора соединены первые выводы первого и второго подстроечных дросселей, вторые выводы которых соединены соответственно с первыми выводами третьего и четвертого управляемых вентилей, причем к этим же выводам подсоединен второй коммутирующий конденсатор, при этом к вторым выводам третьего и четвертого управляемых вентилей подсоединен первый вывод второго входного дросселя, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника постоянного напряжения, при этом первый и второй подстроечные дроссели являются дополнительными обмотками активно-индуктивной нагрузки-индуктора.

Переключение первого и второго управляемых вентилей первого каскада с высокой частотой обеспечивает формирование в активно-индуктивной нагрузке-индукторе высокочастотного электромагнитного поля, а переключение третьего и четвертого управляемых вентилей второго каскада с низкой частотой обеспечивает формирование в активно-индуктивной нагрузке-индукторе низкочастотного электромагнитного поля, т.е. достигается заявленный технический результат - одновременное генерирование высокочастотного и низкочастотного электромагнитных полей и упрощение.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства.

Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева, приведенное на фиг.1, состоит из двух каскадов и содержит источник постоянного напряжения, первый 1 и второй 2 входные дроссели, первый 3 и второй 4 управляемые вентили первого каскада, а также третий 5 и четвертый 6 управляемые вентили второго каскада, в качестве которых использованы однооперационные тиристоры, первый 7 и второй 8 коммутирующие конденсаторы, активно-индуктивную нагрузку-индуктор 9, а также первый 10 и второй 11 подстроечные дроссели, при этом к первому (положительному) полюсу источника постоянного напряжения подсоединен первый вывод первого входного дросселя 1, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого 3 и второго 4 управляемых вентилей, к вторым выводам которых подсоединены параллельно соединенные первый коммутирующий конденсатор 7 и активно-индуктивная нагрузка-индуктор 9, при этом с крайними выводами активно-индуктивной нагрузки-индуктора 9 соединены первые выводы первого 10 и второго 11 подстроечных дросселей, вторые выводы которых соединены соответственно с первыми выводами третьего 5 и четвертого 6 управляемых вентилей, причем к этим же выводам подсоединен второй коммутирующий конденсатор 8, при этом к вторым выводам третьего 5 и четвертого 6 управляемых вентилей подсоединен первый вывод второго входного дросселя 2, второй вывод которого соединен с вторым (отрицательным) полюсом источника постоянного напряжения, при этом все управляемые вентили 3, 4, 5 и 6 включены в прямом направлении по отношению к полярности источника постоянного напряжения, а первый 10 и второй 11 подстроечные дроссели являются дополнительными обмотками активно-индуктивной нагрузки-индуктора 9.

Устройство работает следующим образом.

Для пояснения работы необходимо ввести следующие обозначения: Твч=1/fвч; Тнч=1/fнч, где Твч - период высокочастотного электромагнитного поля, которое формируется открыванием и закрыванием первого 3 и второго 4 управляемых вентилей первого каскада; fвч - частота высокочастотного электромагнитного поля; Тнч - период низкочастотного электромагнитного поля, которое формируется открыванием и закрыванием третьего 5 и четвертого 6 управляемых вентилей второго каскада; fнч - частота низкочастотного электромагнитного поля.

Для пояснения работы устройства целесообразно принять соотношение: Тнч=2n·Твч, где n - натуральное число. Примем n=5. Допустим, открываются первый вентиль 3 и четвертый вентиль 6, при этом пусковые устройства, для упрощения не показанные на фиг.1, должны обеспечить заряд первого 7 и второго 8 коммутирующих конденсаторов с полярностью «-, +», показанной на фиг.1, при этом ток будет протекать по контурам, как это показано на фиг.2, при этом первый 7 и второй 8 коммутирующие конденсаторы будут перезаряжаться соответственно с частотой Твч и fнч до напряжений с полярностью «(+), (-)», показанной на фиг.1. Поскольку емкость второго конденсатора 8 в несколько раз больше емкости первого конденсатора 7, перезаряд второго конденсатора 8 будет происходить с частотой fнч в несколько раз медленней. Поэтому перезаряд с частотой fвч до напряжения с полярностью «(+), (-)» первого конденсатора 7 заканчивается раньше, чем перезаряд с частотой fнч второго конденсатора 8 и при отпирании второго управляемого вентиля 4 первый управляемый вентиль 3 закрывается напряжением на конденсаторе 7, а ток протекает по контурам, как показано на фиг.3, при этом первый конденсатор 7 будет перезаряжаться с частотой fвч от полярности «(+), (-)» до полярности «-, +», а второй конденсатор 8 будет по-прежнему перезаряжаться с частотой fнч от полярности «-, +» до полярности «(+), (-)». После перезаряда первого конденсатора 7 с частотой fвч до полярности «-, +» снова открывается первый управляемый вентиль 3, а управляемый вентиль 4 закрывается напряжением на конденсаторе 7, и процесс полностью повторяется. После нескольких открываний и закрываний первого 3 и второго 4 управляемых вентилей с частотой fвч, которые формируют в нагрузке-индукторе 9 однофазное электромагнитное поле высокой частоты, второй конденсатор 8 перезаряжается с частотой fнч до напряжения «(+), (-)», при этом в нагрузке-индукторе 9 формируется первый полупериод электромагнитного поля низкой частоты fнч и после этого отпирается третий управляемый вентиль 5, при этом управляемый вентиль 6 запирается напряжением на коммутирующем конденсаторе 8. При отпирании первого управляемого вентиля 3 ток в этом случае протекает по контурам, как показано на фиг.4, при этом первый конденсатор 7 перезаряжается с частотой fвч от полярности «-, +» до полярности «(+), (-)», а второй конденсатор 8 медленно с частотой fвч перезаряжается от полярности «(+), (-)» до полярности «-, +». При отпирании второго управляемого вентиля 4 ток протекает по контурам, как показано на фиг.5, при этом первый конденсатор 7 перезаряжается с частотой fвч от полярности «(+), (-)» до полярности «-, +», а второй конденсатор 8 по-прежнему медленно с частотой fнч перезаряжается от полярности «(+), (-)» до полярности «-, +». После нескольких открываний и закрываний первого 3 и второго 4 управляемых вентилей второй конденсатор 8 перезаряжается с частотой fнч от полярности «(+), (-)» до полярности «-, +», при этом заканчивается второй полупериод низкочастотного электромагнитного поля в нагрузке-индукторе 9. После этого все электромагнитные процессы повторяются, при этом открывание и закрывание первого 3 и второго 4 управляемых вентилей с частотой fвч обеспечивает формирование в нагрузке-индукторе 9 высокочастотной составляющей электромагнитного поля, а открывание и закрывание третьего 5 и четвертого 6 управляемых вентилей с низкой частотой fнч обеспечивает формирование в нагрузке-индукторе 9 низкочастотной составляющей электромагнитного поля, т.е. достигается заявленный технический результат, а именно одновременное формирование высокочастотного и низкочастотного электромагнитных полей и упрощение, что позволяет увеличить эффективность индукционного нагрева массивных металлических деталей. Запирание первого 3 и второго 4 управляемых вентилей первого каскада обеспечивается перезарядом первого коммутирующего конденсатора 7, а запирание третьего 5 и четвертого 6 управляемых вентилей второго каскада обеспечивается перезарядом второго коммутирующего конденсатора 8.

В заключение необходимо заметить, что при смене полярности источника постоянного напряжения необходимо сменить направления прямого включения управляемых вентилей, в качестве которых использованы однооперационные тиристоры.

Двухчастотное двухкаскадное преобразовательное устройство для индукционного нагрева металлов, состоящее из двух каскадов и содержащее источник постоянного напряжения, первый входной дроссель, первый и второй управляемые вентили первого каскада, а также третий и четвертый управляемые вентили второго каскада, первый коммутирующий конденсатор и активно-индуктивную нагрузку-индуктор, при этом к первому полюсу источника постоянного напряжения подсоединен первый вывод первого входного дросселя, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого и второго управляемых вентилей, ко вторым выводам которых подсоединены параллельно соединенные первый коммутирующий конденсатор и активно-индуктивная нагрузка-индуктор, при этом вторые выводы третьего и четвертого управляемых вентилей соединены со вторым полюсом источника постоянного напряжения, а в качестве управляемых вентилей применены однооперационные тиристоры, при этом все тиристоры включены в прямом направлении по отношении к полярности источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что дополнительно введены второй входной дроссель, второй коммутирующий конденсатор, а также первый и второй подстроечные дроссели, при этом с крайними выводами активно-индуктивной нагрузки-индуктора соединены первые выводы первого и второго подстроечных дросселей, вторые выводы которых соединены соответственно с первыми выводами третьего и четвертого управляемых вентилей, причем к этим же выводам подсоединен второй коммутирующий конденсатор, при этом к вторым выводам третьего и четвертого управляемых вентилей подсоединен первый вывод второго входного дросселя, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника постоянного напряжения, при этом первый и второй подстроечные дроссели являются дополнительными обмотками активно-индуктивной нагрузки-индуктора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металла. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с выпрямителем/инвертором с устройством индукционного нагрева или плавления.

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву. .

Свч-печь // 1806447

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при проектировании источников питания для индукционных нагревателей и других высокочастотных электротехнических нагрузок

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных нагревателях и других электротехнологических нагрузках

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано к качестве источника питания для установок индукционного нагрева и формирования тока для нагрева

Изобретение относится к индукционной тепловой обработке непрерывных или дискретных изделий, в которой для управления индукцией тепловой обработкой изделий используют управление на основе широтно-импульсной модуляции или управление амплитудой. Технический результат - изменение частоты инвертора при регулировке уровня выходной мощности и управление частотой источника мощности для достижения оптимального индукционного нагрева за счет управления глубины проникновения. В устройстве и способе индукционного нагрева изделия изделие продвигается сквозь индуктор для его индукционной термообработки. Индуктор имеет электрическую мощность переменной частоты. При изменении частоты величиной электрической мощности управляют путем регулировки скважности или амплитуды. Альтернативно, изделие может быть неподвижным, а индуктор может перемещаться вдоль изделия, либо можно использовать комбинированное и скоординированное перемещение как изделия, так и индуктора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области технических устройств, обеспечивающих нагрев электромагнитным полем СВЧ реакционной среды при проведении химического синтеза. Изобретение предназначено для химического синтеза наноматериалов для промышленности и науки и позволяет проводить исследования кинетики химического синтеза с обеспечением контролируемого и управляемого воздействия микроволнового излучения на реакционную среду. Устройство микроволнового химического синтеза содержит компьютер, магнетрон, блок плавно изменяемого напряжения питания, реакторную камеру с размещенным в ней реакторным сосудом, на который через отверстие в стенке реакторной камеры направлен оптический термодатчик, электрически соединенный с аналогово-цифровым преобразователем термодатчика, выход которого соединен с первым входом компьютера, и волновод прямоугольного сечения, соединенный одним концом с магнетроном, другим концом с реакторной камерой, а выход блока плавно изменяемого напряжения питания соединен с магнетроном. В устройство дополнительно введены блок измерения коэффициента отражения, содержащий четыре зонда блока измерения коэффициента отражения и четырехканальный преобразователь аналоговых микроволновых сигналов в цифровой сигнал, каждый из каналов которого электрически связан с одним из зондов блока измерения коэффициента отражения, а выход четырехканального преобразователя аналоговых микроволновых сигналов в цифровой сигнал со вторым входом компьютера, блок динамического согласования, содержащий зонд и шаговый линейный привод блока динамического согласования, электрически связанный с первым выходом компьютера, а механически с зондом блока динамического согласования, при этом вход блока плавно изменяемого напряжения питания электрически соединен со вторым выходом компьютера. Технический результат - повышение стабильности проведения химического синтеза, безопасности эксплуатации устройства и долговечности магнетрона. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую, и может быть применено, например, в автономных системах освещения, обогрева и т.п. Технический результат заявленного изобретения заключается в исключении влияния остаточной индукции Br на величину генерируемой энергии и таким образом повышении удельной мощности в целом устройства. Согласно предлагаемому способу электрический ток от источника преобразуют в трансформаторе и направляют в нагревательное устройство, в котором используют источник постоянного тока с генератором линейно меняющегося во времени напряжения, которое направляют в первичную обмотку трансформатора, вторичную обмотку которого подсоединяют к нагревательному устройству, в качестве линейно меняющегося во времени напряжения используют напряжение треугольной формы, при этом в моменты времени излома кривой напряжение треугольной формы переключают направление тока в первичной обмотке трансформатора. Для реализации способа предлагается реверсивное устройство, содержащее источник электрического тока, генератор напряжения, линейно меняющегося во времени, диод, выполненный с возможностью шунтирования по обратному току между входом и выходом, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первый вход генератора соединен с первым полюсом аккумуляторной батареи, второй полюс которой соединен со вторым входом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к потребителю тепловой или электрической энергии. Устройство дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, при этом первый вход этого блока соединен со вторым полюсом аккумуляторной батареи и со вторым входом генератора, второй вход этого блока соединен первым выходом генератора, а первый и второй выходы этого блока соединены соответственно с первым и вторым выводами первичной обмотки трансформатора, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, а генератор выполнен с возможностью создания линейно меняющегося по времени напряжения треугольной формы и возможностью синхронизации моментов времени излома кривой напряжения треугольной формы с моментами времени переключения направления тока в первичной обмотке трансформатора, причем второй выход генератора соединен с третьим входом блока изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора. Предлагаемые способ и устройство позволяют осуществить процесс перемагничивания ферромагнитного сердечника трансформатора, исключить остаточную индукцию Br, значительно увеличить изменение магнитной индукции В и относительной магнитной проницаемости µ ферромагнитного материала и, таким образом, увеличить величину генерируемой энергии, а также удельную мощность в целом устройства. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх