Інвертор для індукційного нагріву металів

Реферат: Інвертор для індукційного нагріву металів містить перше та друге послідовні кола, які включають відповідно перший дросель та зворотний діод, другий дросель та зворотний діод, а також містить третє послідовне коло, що складається з комутуючого дроселя та вихідних виводів інвертора, зашунтованих конденсатором, який підключений між точками з'єднання дроселів. В першому і другому колі встановлено по два польових транзистора, підключених до входу і виходу дроселів. UA 112262 U (54) ІНВЕРТОР ДЛЯ ІНДУКЦІЙНОГО НАГРІВУ МЕТАЛІВ UA 112262 U UA 112262 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до перетворювальної техніки, і може бути використана в джерелах живлення індукційного нагріву металів в дугових печах. Відомий пристрій індукційного нагріву [Патент UA №4092, кл. Н05В 6/10. Опубл. 17.01.2005, Бюл. № 1, 2005], який має металеву ємність, поверхню якої охоплює провідник, по якому протікає струм значної величини, в результаті чого в стінці ємності створюється магнітне поле, яке породжує вихрові струми і в подальшому електрична енергія перетворюється в теплову. Недоліками даного пристрою є те, що він використовується лише для нагрівання ємності з технологічною рідиною в промисловому чи комунально-побутовому господарстві. Відомий інвертор для індукційного нагріву металів [Патент UA №64098, кл. Н02М 7/00. Опубл. 25.10.2011, Бюл.№20, 2011], який містить підключений до джерела живлення через фільтрований дросель комутуючий конденсатор, паралельно якому підключено ланцюг із послідовно з'єднаних комутуючої індуктивності та тиристора, а також окремий контур навантаження. Недоліками даного пристрою є те, що він має вузький діапазон регулювання вихідних параметрів та великі масу і габарити. Найбільш близьким за сукупністю ознак до запропонованого, є відомий інвертор для індукційного нагріву металів [Патент UA № 76674, кл. Н02М 7/53. Опубл. 10.01.2013, Бюл.1, 2013], що містить перше та друге послідовні кола, які складаються відповідно з першого дроселя, першого і другого керованого вентиля та зворотного діода, другого дроселя, третього та четвертого керованого вентиля та зворотного діода, а також містить третє послідовне коло, що складається з комутуючого дроселя та вихідних виводів інвертора, зашунтованих конденсатором, що компенсує, який підключений між точками з'єднання дроселів та керованих вентилів першого та другого послідовних кіл. Недоліками даного пристрою є складність та занизька надійність схеми управління всіма керованими вентилями інвертора в моменти переходів вихідної напруги через нуль. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення інвертора для індукційного нагріву металів, в якому за рахунок заміни усіх керованих вентилів на транзистори, забезпечується розширення діапазону регулювання вихідної напруги інвертора. Поставлена задача вирішується тим, що в інверторі для індукційного нагріву металів, що містить перше та друге послідовні кола, які включають відповідно перший дросель та зворотний діод, другий дросель та зворотний діод, а також містить третє послідовне коло, що складається з комутуючого дроселя та вихідних виводів інвертора, зашунтованих конденсатором, який підключений між точками з'єднання дроселів, згідно з корисною моделлю, в першому і другому колі встановлено по два польових транзистора, підключених до входу і виходу дроселів. Встановлення в схему польових транзисторів дозволяє розширити діапазон регулювання вихідної напруги інвертора, знизити напругу на них, що підвищує надійність, та дозволяє підняти вихідну частоту інвертора за рахунок використання більш низьковольтних і частотних польових транзисторів. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням. На кресленні приведена схема інвертора для індукційного нагріву металів. Інвертор містить перше та друге послідовні кола, які складаються відповідно з першого дроселя 1, першого 2 і другого польового транзистора 3 та зворотного діода 4, дроселя 5, третього та четвертого польового транзистора 6, 7 відповідно, зворотного діода 8, а також містить третє послідовне коло, що складається з комутуючого дроселя 9, до якого підключений індукційний нагрівач 10. Вихідні виводи інвертора зашунтовані конденсатором 11, який підключений між точками з'єднання дроселів та польових транзисторів першого та другого послідовних кіл. Інвертор для індукційного нагріву металів в сталому режимі працює таким чином: Джерело живлення постійної напруги підключається до позитивного «+» та негативного «-» входів інвертора. Його система керування формує імпульси керування відповідно для польових транзисторів 2, 3, 6 та 7 з автопідстроюванням частоти. При цьому імпульси керування подаються зі змінним коефіцієнтом заповнення, який прямо пропорційний часу імпульсу, протягом якого відкриті транзистори 3 та 7; та зворотно пропорційний періоду слідування імпульсів керування. Імпульси подаються одночасно на польові транзистори 3 і 6, а далі на польові транзистори 2 і 7. При цьому включення польових транзисторів синхронізовано з моментом переходу вихідної напруги через нульове значення. Імпульси керування, які відкривають відповідно польові транзистори 3 та 6. В результаті утворюється коло «+» -3-1-9-(10, 11) - 6 - «-» - «+», по якому завдяки невеликій індуктивності дроселя 1 в відкритих польових транзисторах 3 та 6 з'являються відповідно струми, і через 1 UA 112262 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дросель 9 формується вихідний струм інвертора, що живить контур навантаження (10, 11), в якому починає формуватися позитивна півхвиля вихідної напруги та струм через індукційний нагрівач 10. Відповідно до заданого коефіцієнта заповнення, знімається імпульс керування з польового транзистора 3, він закривається і струм вже не протікає, а до нього прикладається напруга з максимальним значенням, що дорівнює значенню вхідної постійної напруги. Тоді енергія, що накопичилася в дроселі 1, починає скидатися через зворотний діод 4 вже по іншому колу, побудованому елементами 4-1 - 9 - (10, 11) - 6-4. Струм в цьому колі, в польовому транзисторі 6 та в зворотному діоді 4 починає зменшуватися і спадає до нульового значення раніше, ніж напруга на вихідних виводах інвертора перейде через нульове значення. Синхронно вихідній напрузі та з невеликим випередженням її переходу через нульове значення, знімається імпульс керування з польового транзистора 6 для його закриття. В результаті формується пауза для надійного комутаційного режиму польових транзисторів інвертора. Отже формується позитивна півхвиля вихідного струму інвертора, яка через дросель 9 живить контур навантаження (10, 11), що підключений до вихідних виводів інвертора і побудований з конденсатора 11 та навантаження 10. Індуктивність дроселя 9 може включати як індуктивність самостійного елемента, так і являти собою індуктивність з'єднувальних шин, навантажувального трансформатора, що узгоджує (при його використанні), або комбінацію вказаних індуктивностей. Таким чином в контурі навантаження (10, 11) формується позитивна півхвиля вихідної напруги, а до польового транзистора 2 з іншої діагоналі прикладається напруга за формою та значенням, що відображає півхвилю синусоїдальної вихідної напруги. Далі подаються імпульси керування, які відкривають відповідно польові транзистори 2 та 7. В результаті утворюється друге коло «+» - 7-5 - (10, 11) - 9-2 - «-» - «+», по якому завдяки невеликій індуктивності дроселя 5 в відкритих польових транзисторах 2 та 7 з'являються відповідно струми і через дросель 9 формується вихідний струм інвертора в протилежному напрямку, що знову живить контур навантаження (10, 11), в якому починає формуватися негативна півхвиля вихідної напруги та струм через індукційний нагрівач 10. Відповідно до заданого коефіцієнта заповнення, знімається імпульс керування з польового транзистора 7, він закривається і струм вже не протікає, а до нього прикладається напруга з максимальним значенням, що також дорівнює значенню вхідної постійної напруги. Тоді енергія, що накопичилася в дроселі 5, починає знову скидатися через зворотний діод 8 по іншому колу, побудованому з елементів 8-5 - (10, 11) - 9-2-8. Струм в цьому колі, в польовому транзисторі 2 та в зворотному діоді 8 починає зменшуватися і спадає до нульового значення також раніше, ніж напруга на вихідних виводах інвертора перейде через нульове значення. Синхронно вихідній напрузі та з невеликим випередженням її переходу через нульове значення, знімається імпульс керування з польового транзистора 2 для його закриття. В результаті знову формується пауза для надійного комутаційного режиму польових транзисторів інвертора. Формується негативна півхвиля вихідного струму інвертора, яка через дросель знову живить контур навантаження (10, 11), в якому формується негативна півхвиля вихідної напруги, а до протилежного польового транзистора 6 прикладається напруга за формою та значенням, яка відображає другу півхвилю синусоїдальної вихідної напруги. Далі процес формування вихідного струму в дроселі 9, вихідної напруги та струму в навантаженні 10 повторюється. Два польових транзистора 3 та 7 з відповідним підключенням зворотних діодів 4 та 8, з використанням дроселів 1 та 5 з малим значенням індуктивності, являють собою імпульсні регулятори. Змінюючи коефіцієнт заповнення імпульсів керування польовими транзисторами 3 та 7 та синхронне формування імпульсів керування всіма польовими транзисторами інвертора в моменти переходів вихідної напруги через нуль, здійснюється глибоке регулювання середнього значення вихідного струму. Таким чином розширення діапазону регулювання вихідної напруги інвертора обумовлено новими елементами в схемі інвертора, що дозволяє знизити напругу, підвищити надійність або дозволяє підняти вихідну частоту інвертора за рахунок використання більш низьковольтних, більш частотних польових транзисторів, порядку їх включення. Діапазон значень вихідної напруги дозволяє використовувати інвертор в установках індукційної плавки металів з різними індукторами, де є потреба глибокого регулювання потужності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Інвертор для індукційного нагріву металів, що містить перше та друге послідовні кола, які включають відповідно перший дросель та зворотний діод, другий дросель та зворотний діод, а 2 UA 112262 U також містить третє послідовне коло, що складається з комутуючого дроселя та вихідних виводів інвертора, зашунтованих конденсатором, який підключений між точками з'єднання дроселів, який відрізняється тим, що в першому і другому колі встановлено по два польових транзистора, підключених до входу і виходу дроселів. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3