Файл: Васильев, А. С. Статические преобразователи частоты для индукционного нагрева.pdf

П)

Рис. 35. Изменение активного и реактивного сопротивлении контура, составленного из индукционного нагревателя и компенсирующей его емкости для разных значений удельной

мощности, передаваемой в ферромагнитную де­ таль.

а — активное сопротивление индуктора; б — индук­ тивность индуктора; о—активное сопротивление экви­ валентного контура; г — реактивное сопротивление эквивалентного контура.

J 04

заключается в пересчете цепи, включенной в коммути­ рующую диагональ, по первой гармонике выходной ча­ стоты в последовательное соединение эквивалентных R0 и Хэ. Строго говоря, данным приемом можно пользо­ ваться только вдали от полюсов частотной характери­ стики цепи, но качественный характер результатов до­ статочно близок к экспериментальным.

Рис. 36. Изменение режима преобразователя при нагреве ферромагнитной заготовки при удельной мощности 0,25 квт/с.и2 н частоте тока 2 500 гц.

Характер изменения токов гг напряжений преобра­ зователя в процессе нагрева определяется в значитель­ ной степени двумя факторами: конкретным характером изменения параметров нагрузки и выбором компенси­ рующей емкости нагревательного контура на ту или иную стадию нагрева. В приведенных ниже примерах наименьшая емкостная расстройка выбирается в горя­ чем режиме. Следует отметить, что при использовании данной методики нагревательный контур все время дол­ жен работать с емкостной реакцией.

дующие: угол проводимости вентилей 163°, коэффициент нагрузки D = (oC/?=0,45, частотный коэффициент F —

105

1,7 раза. При большей удельной мощности происходит менее резкое изменение выходных напряжений и токов, время запирания меняется на 20% (рис. 37).

Рис. 37. Изменение режима преобразователя при нагреве детали с удельной мощностью 1 квт/см2.

Режим постоянства мощности, подводимой к нагруз­ ке, благоприятен для целого ряда технологических про­ цессов. Например, для закалки целого ряда деталей требуется применять ступенчатый нагрев, когда мощ­ ность в течение заданных интервалов остается постоян­ ной [Л. 30]. Режим с постоянством мощности выгоден в плавильных печах. В случае постоянства мощности время запирания меняется в 1,3—1,5 раза, а напряже­ ние на вентилях примерно на 20%. Для поддержания мощности необходимо осуществлять регулирование ча­ стоты на 10—15% (рис. 38, 39) [Л. 29].

В некоторых схемах преобразователей применяется режим постоянства времени, в течение которого вентиль находится под обратным напряжением. Как видно из рис. 40, режим с % = const приводит к сильному измене­ нию напряжения на вентилях (при больших значениях t0

106

эти изменения увеличиваются). На рис. 41 показаны необходимые изменения частоты для достижения режи­ мов с /0 = const и Pd = const. Приведенные результаты позволяют сделать выводы, что изменения параметров

Рис. 38. Изменение режима преобразователя в случае постоянной выходной мощности и малой удельной мощ­ ности (р=0,25 квт/см2), передаваемой в деталь, при из­ менении частоты.

Рис. 39. Изменение режима преобразователя в случае постоянной выходной мощности п малой удельной мощ­ ности (р0= 1 квт/см2), передаваемой в деталь при изме­ нении частоты.

107

изделия при закалке с со = const без специального регу­ лирования приведут к значительным изменениям как времени запирания (до 50% )> так п напряжения на вентилях (в 1,7—2 раза).

Рис. 40. Изменение режима последовательного преобра­ зователя при /о = const, удельной мощности 1 кет/см'1 и

ш = \-аг.

Аналогичная картина имеет место и в случае пре­ образователя параллельного п последовательно-парал­

108

мутирующего элемента использован ключ с двусто­ ронней проводимостью. Классическим примером яв­ ляется резонансный инвертор (рис. 32). Как известно, схема может работать в двух режимах: с коммутацией тока с обратных вентилей на прямые и без нее. Схема характеризуется ограниченным напряжением на венти­ лях, однако при большой его скорости нарастания. Кроме того, обязательным является включение последо­

ществления этого необходимо, чтобы между источником постоянного напряжения и нагрузкой осуществляли за­ мкнутые контуры, включаемые нелинейными элементами

при перегрузке по мощности.

Одним из вариантов, где осуществлен этот принцип, является схема с обратными вентилями и удвоением частоты, рассматриваемая ниже. Работы по исследова­ н и ю этой схемы проводились в ЛЭТИ им. В. И. Улья-

109

нова (Ленина), во ВНИИТВЧ им. проф. В. П. Вологди­ на п в Уфимском авиационном институте им. С. Орджо­ никидзе [Л. 32, 33].

12.Анализ схем статических преобразователей

судвоением выходной частоты и встречно­ параллельными вентилями

Впредыдущем параграфе был сформулирован основ­ ной принцип работы схемы источника питания техноло­ гических устройств, который должен соблюдаться при составлении схем инвертора. В частности преобразова­

тель приобретает U'-образную входную характеристику и не имеет аварийных режимов при холостом ходе или коротком замыкании при использовании схемы с удвое­ нием частоты и встречными вентилями (рис. 43).

^ ^d

Рис. 43. Принципиальные схемы инвертора с удвоением частоты и обратными вентилями.

Рассмотрим принцип действия этой схемы. Для про­ стоты будем считать, что преобразователь питается от выпрямителя с бесконечно большой индуктивностью, обеспечивающей постоянство тока. Нагрузка преобра­ зователя активная. Схема представляет собой мост, в одной диагонали которого включен коммутирующий контур LK—Ск, собственная частота которого больше

ПО

частоты переключения вентилей. Во вторую диагональ через конденсатор Ср включается нагрузка.

При работе схемы могут возникать режимы непре­ рывного пли прерывистого тока, связанные с различны­ ми состояниями преобразовательного моста. Начало работы схемы отнесем к моменту, когда конденсатор Ср заряжен и полярность его соответствует полярности вы­ прямителя (рис. 44). Допустим, что сигнал подан на

Рис. 44. Формы токов и напряжении в схеме с удвоением частоты

тивности.

управляющие электроды вентилей Д , Д , в контуре Ск—U —Ср—R происходит колебательный процесс. Обратная полуволна тока в течение времени U замыкает­ ся через тот же контур Ск—LK—Ср—R и через обратные вентили Д , В&. Дальнейшее развитие колебательного процесса невозможно, так как управляемые вентили запираются.

В конце интервала проводимости конденсатор Ск перезарядится и полярность напряжения на нем изме­

цу этого полупериода состояние в схеме будет соответ­ ствовать начальному.

111