Статический преобразователь частоты

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социвлистическик Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву -22) Заявлено 210976 (21) 2405331/24-07 Р 1)М. (Л.2 Н 02 М 5/22 с присоединением заявки М 9 -Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 15.06,80. Бюллетень МВ 22 Дата опубликования описания 20. 06. 80(088. 8) В. Г. Казанцев, В. В. Карташев, Р. Н. Киямов и А, В. Старцев 172 Авторы .изобретения 71 Заявитель Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах для индукционного нагрева металлов.5Известны преобразователи частоты,содержащие автономный последовательный инвертор, систему управления исистему автоматической стабилизациикоэффициента мощности нагрузки 1) .Недостатком. известных статическихпреобразователей частоты являютсясравнительно невысокий КПД, недостаточное использование по мощности вустройствах индукционного нагреваметаллов при изменении параметров .15нагрузкт. в широких пределах,Из известных статических преобразователей частоты наиболее близким потехнической сущности является ста- Щ тический преобразователь 2), содержащий автономный последовательный мостовой инвертор со встречно-параллельными диодами, систему автоматической стабилизации соотношений токов 25 прямой и обратной полуволн. В ходе ряда технологических процессов индукционного нагрева имеет место значительное изменение эквивалентного сопротивления и собственной частоты на грузочного контура. Началу нагревамагнитных материалов соответствуетуменьшенное значение эквивалентногосопротивления и собственной частотынагрузочного контура. Система автоматической стабилизации коэффициентамощности нагрузки уменьшает частотувыходного тока инвертора, .при этомувеличивается время бестоковой паузыи, как следствие, уменьшается действующее значение выходного тока. Таким образом, выходная мощность инвертора, равная произведению квадрата выходнс)го тока. на, эквивалентное сопротивление нагрузки, в начале нагрева имеет уменьшенное значение. Следствием снижения выходной мощности преобразователя частоты является снижение его КПД и увеличение времени нагрева. По мере повышения температуры нагреваемого тела из ферромагнитного материала растет эквивалентное сопротивление и собственная частота нагрузочного контура, При достижении определенного значения эквива-лентного сопротивления нагрузки система автоматической стабилизации соотношений токов прямой и обратной полуволн изменяет частоту инвертирования таким образом, что уменьшается , коэФфициент мощности нагрузки, при этом элементы инвертора загружаются дополнительным реактивным током, что снижает надежность работы преобразователя частоты.Цель изобретения - повышение КПД, надежности и сокращение времени нагрева.Поставленная цель достигается тем, что в статическом преобразователе частоты, содержащем автономный последовательный инвертор, нагруженный на колебательный контур индукционной установки, систему управления инвертором с распределителем импульсов, систему стабилизации коэффициента мощ ности нагрузки и пороговый элемент, к выходу которого подключена схема задержки, выход которой подключен к одному из входов элемента И, ко второму входу которого подключен выход 20 нуль-органа, вход которого соединен с выходом инвертора, выход элемента И соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого через усилители подключены к соответствующим полупроводниковым ключам, через которые дополнительные конденсаторы подключены параллельно основным.На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на Фиг. 2 - зависимости выходного напряжения инвертораат частаты инвертирования.Устройство содержит автономный последовательный инвертор 1, нагруженный на колебательный контур, со- З 5 стоящий из индуктора 2 и основной компенсирующей батареи 3, систему 4 управления инвертором, систему 5 автоматической стабилизации и коэффициента мощности, пороговое устройство б, вход которого подключен к вы" ходу инвертора, к выходу порогового устройства подключены схема 7 задержки и схема 8 изменения частоты инвертирования, причем выход последней подключен к системе 4 управления ин вертором, а выход схемы 7 задержки подключен к одному из входов логической схемы И 9, ко второму входу которой подключен выход нуль-органа 10, вход нуль-органа соединен с выходом ЦО инвертора 1, выход логической схемы И соединен с входом распределителя импульсов 11, выходы его через источники тока управления 12, 13 подключены к соответствующим полупроводниковым ключам 14, 15, а дополнительные конденсаторы 16, 17 компенсирующей батареи подключены параллельно основной батарее 3 через ключи 14, 15,В начале нагрева инвертор 1 работает на колебательный контур, состоящий из индуктора 2, параллельна которому подключена только основная батарея 3 конденсаторов. Система 5 автоматической стабилизации коэффициента мощности нагрузки устанавли вает частоту инвертирования, равнэйчто соответствует точке акривой 18. По мере повышения температуры металла и цастижения точки Кюрипроисходит потеря магнитных свойств,что приводит к увеличению собственной частоты колебательного кангура иувеличенио его эквивалентного активного сопротивления, Увеличение сопротивления ведет к увеличению выходного напряжения и мощности инвертора.Пои достижении выходного напряженияинвертора б кривой 19 срабатываетпороговое устройство б и включаетсясхема изменения частоты, которая воздействуя на системууправления инвертором 4, переводитего из рабочей точки б в точкув кривой 19, Пороговое устройство включает также и схему задержки7, время задержки которой равновремени изменения частоты схемой 8.Схема изменения частоты 8 необходимадля предотвращения перенапряжений винверторе с индуктивным Фильтрам навходе при резком изменении собственной частоты контура нагрузки. Присрабатывании схемы задержки 7 и приходе очередного сигнала с нуль-органа10 логическая схема И выдает сигналы на распределитель импульсов 11 свыхода которого через источник токауправления 12 подается управляющийсигнал на полупроводниковый ключ 14,Нуль-орган 10 предназначен для синхронизации включения полупроводникового ключа с моментом перехода напряжения на индуктаре 2 через нулевоезначение с целью снижения скоростинарастания тока включающихся полупроводниковых управляемых вентилей.Включением ключа 14 осуществляетсяподключение дополнительного конденсатора 16, параллельного основнойбатарее компенсирующих конденсаторов 8.Инвертар из точки в кривой 19переходит в точку г кривой 20.Система автоматической стабилизациикоэффициента мощности нагрузки переводит инвертор из точки г в точку д по кривой 20. Точка драсположена ниже точки б (Фиг. 2потому что с подключением дополнительного конденсатора 16 снижаетсясобственная частота нагрузки, атакже и частота инвертирования, суменьшением которой уменьшается выходной ток и выходное напряжение инвертора. При дальнейшем нагреве происходит потеря магнитных свойствболее глубоких слоев нагреваемоготела, растут выходная мощность и напряжение, и при достижении уровнясрабатывания порогового устройствааналогично подключается следующаяступень конденсаторов,Количество подключаемых ступенейконденсаторов находится в зависимос741390 формула изобретения Подписное аж 78 НИИПИ Заказ 3215/52 илиал ППП фПатент ектна У од, ул ти от диапазона изменения эквивалентного сопротивления нагрузки, требований технологии нагрева и т. д,5Статический преобразователь частоты, содержащий автономный последовательный инвертор, нагруженный на колебательный контур индукционной установки, систему управления инвертором с распределителем импульсов, систему стабилизации коэффициента мощности нагрузки и пороговый элемент, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыаения КПД и надежности, к выходу порогового элемента под ключена схема задержки, выход которой соединен с одним из входов элемента И, ко второму входу которого подключен выход нуль-органа, подключенного сврим входом к выходу инвертора, причем выход элемента И соединен со входом распределителя импульсов, выходы которого через усилители подключены к полупроводниковым ключам, через которые дополнительные конденсаторы подключены параллельно основным.Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе1. Авторское свидетельство СССР Р 506104, кл. Н 02 И 5/40, 1975.2. Годин В. ф., Бусленко Е. М. Система автоматического регулирования режима работы инвертора. Электротехника, Р 1, 1976, с. 39-41 (прототип)