автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Регулирование мощности в магнитосвязанных индукторах многозонной электротермической установки

ГГО СП

О 3 ЙПП 1-7

На праве.? рукопись

КУРИЛ И Н Сергей Леонидович

УДК 621.305.52:621.314.752

РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ В МАГНИТОСЕЯЗАННЫХ ИНДУКТОРАХ МНОГОЗОННОЙ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Специальность: 05.09.10. — Электротехнология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

• Науч::ые руководители: доктор технических наук, профессор

| А. В. Донской|;

доктор технических наук, профессор С. В. Дресвин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В. В. Башенко;

кандидат технических наук, доцент Б. С. Полеводов.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт токов высокой частоты им. В. П. Вологдина.

Защита состоится 27 февраля 1997 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета К 063.38.25 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195227, Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29 в ауд. 152 Главного здания.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке СПбГТУ.

Автореферат разослан « . . . » января 1997 т.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

доцент А. Н. Кривцов

ОП1ЦДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшим направлением раллиия электротехполопш в современных условиях становится попышенне эффективности использования оборудования. При многотонных электротермических процессах зачастую целесообразно шпанке нескольких нагревателей oí одного источника. Регулирование нагрева осушссшляасн путем перераспределения мощности источника между потребителями, при этом существенно возрастает коэффициент его загрузки.

Механизм индукционного нагрева заключается в поглощении проводящим телом энергии электромагнитных волн, создаваемых переменными юкамп, протекающим по индукторам. При многозоппом нагреве близко расположенными индукторами трудно избежать взаимною переноса энергии через магнитную связь между ними. Взаимное влияние затрудняет регулирование мошносш нагрева и нарушает режим источником питания. Даже при небольших значениях коэффициента связи раздельное регулирование мощности невозможно, если несколько nai рузочпы.х кон турой питаются от элекромашиппых генераторов одинаковой частоты. Бла! одари замене электромашиниых генераторов знристорными иреобразова! елями частоты ( ТИЧ ) стало возможным уменьшение взаимного влияния путем рашссеиня рабочих частот нагрузочных контуров. Однако вопросы peíулнровапня мощности п магнитосвязанных индукторах рацтиСкмапы недостаточно, а расчет коэффицпешов связи зафуяпеп има экранирующего действия нагреваемого изделия.

С точки зрения режима работы ТПЧ, перенос энерпш через маишшую сгимь между индукторами эквивалентен появлению в nai ру ючнон цени сюромнею источника э.дс. 'Значительно возрастит опаспосп. нероружи силовых элементов схемы п срыва инвершроваиия. Требуются исследования взаимного влияния ТИЧ при совместной работе, особенно в переходных режимах peí улнровании мошносш в мапшюснязаипых иидукюрах.

Связь с крупными научными программами. Диссермцпя написана по материалам работ, выполняемых в соотиетсшпп с Комплексной iipoipaMMoii научно- нселсдова 1сльских pa6oi "Авиационная к'хнолошя", направление 0У.О2- "Полупроводниковые прсобраюиак'ли часкны и исючинкн пшаиия для методов элекгро!ехпологин".

I Ic.'ii. и задачи исследований. Разработка способов эффективного peíулировапня мощности и магшпосвязанных индукторах и мастаков шманнн для miioi озонной электротермической установки.

Н cooineieiBitii с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:

- рафаОотка методики расчет магнитной связи между индукторами с уча ом экранирующего действия нагреваемого изделн"

- исследование переноса энергии через магнитную связь, разработка маодпкн уменьшения взаимных влияний:

- рлipnüoiка источника пшамня с особой уаойчнвосшо к изменению иарамаров naiруючнон, цепи н исследование совместной работы таких ИС10ЧННК0В при регулировании мощности в магннтосвязанных индукторах.

Me i оды исследований. При исследованиях на математических моделях нрименякчеи: символический меюд расчет пеней 'переменного тока: ни lei ральпый меюд свя шнных контуров; матричные меюды решения спаем линейных а.п ебраическнх уравнений с комплексными коэффициентами; преобра тованне Maipim: топорный меюд расчет электромагнитных процессов в нпверюре.

В экспериментах использованы методы измерения а шкже наблюдения и фоют рафирования осциллограмм токов и напряжений, в том числе и с применением и шертельных преобразователей.

■Достоверность научных положений подтверждается сравнением расчетных парамаров с раулыатамн измерений, выполненных на денетвующей установке.

11аучная нови ma рабо1Ы заключена в следующих моментах:

- применение метода связанных контуров и матричных преобразований для определения эквивалентных коэффициентов магнитной связи между пндукюрамп с учеюм экранирующего действия нагреваемого ншелия;

- ра>работка меюдикп расчета требуемого разнесения рабочих частот и параметров настройки нагрузочных контуров в зависимости от нх добротности, значения коэффициента магнитной связи между пндукюрамп п необходимой глубнт|ы peí улировапня:

- применение; принципа рекуперации энергии источнику питания для защиты элементов инвертора от коммутационных перенапряжений.

-В -

11ракжчеекая ценность. Ра (работапа индукционная > ci ¡шпика с многозопным регулированием мощности нагрева для iiciii.iiaiejii.noro сменял турбинных дисков с применением ТПЧ в качеаве источников шнання.

Экономическая значимость. За счет сокращения времени испьнаннй дисков на сченде экономический эффект от внедрения разрабонж соаавп.т 31630 рублей ( в ценах до 1990 г. )

Основные положения, вмноснмме на защиту.

- Методика определения коэффициент мапппиоп снят между индукторами с учеюм экранирующею депавия шнреваемою изделия на основе применения расчетного метода связанных кошуров.

- Меюдика расчета требуемого разнесения рабочих члени исючпикои шшшни магнптосвязанных индукторов и парамефо» нагрузочных кошуров в мвнсимосги от коэффициента магнитной святи

- . Принцип защиты элементов инвертора от коммутационных перенапряжений путем рекуперации энергии, шпаеаемой индуктивными элементами схемы, источнику питания.

Личный_вклад соискателя. Разработаны Maie.Mai ическая модель

индукционной наг реоагельной системы и программа расчет распределения токов позволяющие, наряду с определением эквнвалсшных iiapaMeipoii нндук|оров, рассчитан, также и коэффициенты магнитной свят между ними с учетом экранирующею действия нагреваемого изделия; проведены исследования зависимости лих величин oi различных факюров. .

Исследован перенос энергии через магншиую снял, между пидукюрамп, разработана методика расчета требуемого рашесенпя рабочих часин исючииков питании, выведены формулы для расчета необходимой расстройки нагрузочных контуров, исследовано распределение мощной и Между Mai нитосвязаппымн нагрузочными контурами, в том числе и при последовательном их соединении.

Предложена спешшльная схема для защиты тиристоров инвертора oi коммутационных перенапряжений при обрыве обратного тока отсекающего диода с рекуперацией энергии, запасенной индуктивными элементами. Разработана схема инвертора, особо устойчивого к изменению парамщров нагрузочном цепи, исследована совместная работа этих инверторов в составе индукционной установки с многозопным регулированием мощности нагрева.

Лиробация. Основные результаты диссер! анионной рабоп докладывались и обсуждались на:

Семинаре "Применение . микроэлектроники п енлопо: преобра шшпелмюн технике", г. Москва, 1978 г.

- Республиканской ( НССР ) научно - технической конференци " 11 омммк-ш 1с эффективности нсиолыопаиия энергегическнх ресурсов шершемкнх ичановках и электротехнологических процессах промышленны предирняши". г. Втебск, 1979 г.;

Научно - технической конференции "Перспективы развит« 1>слорусской железной дороги", г. Гомель, 1980 г.;

- Паушо - конической конференции "Пути повышения эффективносп нсполыонапня подвижного состава", г. Гомель. 1983 г.:

- Исесоюшой научно - технической конференции ■ "Автоматнзаии новейшн.х э.тек1ро1ехиологическпх процессов в машиностроении на основ применения полупроводниковых преобразователен частоты с целью экономш ман-рнальпых, трудовых и энергетических ресурсов", г. Уфа, 1984г.;

- Всесоюзной научно • технической конференции "Лвтомашзаци »тек1рок'М1оло1нческих процессов в гибких производственных система машпносфоснпя на основе полупроводниковых преобразователей частоты" г. Уфа. 1987 г.

- Международной научно - практической конференции "Ресурсо - I шер|осбере! аюшие н'хпологип на транспорте и в строительном комплексе" I. Гомель, 1995 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 нечашы работ, в том числе две статьи, два ангорских свидетельства на нзобрекчпи тезисы докладов на пяш научно - технических конференциях. Результат исследований офажены в отчетах по чешрем научно - исследовательски» хо1договорным работам.

Структур;! н обьем. Диссеришпя состоит из внедення. четырех га а« заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержи 97с. основного текст;), включая 32 рисунка и 6 таблиц, а также 4 приложена на 24с. Библиографии включает 83 источники.

СОД[:РЖЛПШ£ РЛЬОТЫ

Во введении рассмотрены особенности индукционной) ширена тдедпя сложной конфигурации. Дня создания и регулирования температурного ноля в турбинном диске при испытаниях на механическую прочность используемся нагрев системой индукторов ( рис. I).

I lai реп.мольная система турбинного диска

Рис. I.

В существующей системе нагрева ни Iлипе кольцевых индукторов, расположенных по обе стороны диска, осуществлялось ог злектромашшшых (енераторов. Распределение температуры по радиусу диска н такой установке было далеко от реального, что приводило к необходимости шачшелмюго увеличения длительности испытании. К тому же в условиях значительной магнитной связи между индукторами различных групп возникала модуляция амплитуды напряжения генераторов с частотой, пропорциональной разности скоростей вращения. В ряде случаев это приводило к сбоям системы управления генератором и возникновению аварийных режимов.

Для устранения этих недостатков был выполнен ряд работ по переводу индукционной нагревательной установки па питание о г тнристорных преобразователей частоты, что позволило путем разнесения рабочих частот уменьшить взаимные влияния через магнитную связь между индукторами, а также увеличить точность и легальность отработки температурного поля и автоматизировать весь процесс циклических испытаний диска на стенде.

Пеувая_nitUH! диссертации посвящена анализу возможности

эффекпшпот peí улироиання мощности при индукционном нагреве Проведен анализ способов ' управления мощностью тирнсторны преобразовак-лей частоты, схем инверторов повышенной частоты дл итания индукционных электротермических установок а также методо моделирования электромагни шых процессов при индукционном нагреве Определены цель и задачи исследований.

В .многотонной установке индукционного нагрева трудно избежат взанмпых влияний через магнитную связь между индукторами. Требуете: метлика определения коэффициентов магншной связи с учеюи экранирующего действия, нагреваемого изделия. Для моделнровани: элсмромаишгны.х процессов в сложной системе индукционного нагрев; наибольший шперсс иредаавляег пшегральный подход, в частности "мета свякшных котурон". В рамках этого метода логично осу mec íвлистся ncpexoj к сосредоюченным параметрам эквивалентных схем замещения индукторов < учеюм наличия нагреваемого изделия, что позволяет в дальнейших расчета; прпмснжь моюлы теории'цепей.

Нерепос'энсргпи через магпигиую связь между индукторами затрудняе процесс регулирования мощности нагрева. Т-ребуются исследования влняши м«1 интнон связи на распределение мощности в индукторах, в том числе и npi часюшо - импульсном способе регулирования.

С точки зрения режима работы ТПЧ. перенос энергии через магнитнук свяп. эквивалентен появлению в нагрузочной цепи' стороннего источник: э.д.с. В таких условиях значительно возрастает опасность перегрузки силовы: элементов схемы и срыва инвертирования. Анализ схем инверторов приводи к выводу, что требуемой, устойчивостью в широком диапазоне нзменени! параметров нагрузки обладают инверторы со стабилизацией внутренни; токов и напряжений с помощью отсекающих диодов. Для подтвержден!!) эки'о предположения требуются исследования совместной работы так и: пиверюров при регулировании мощности в магнНтосвязанных индукторах.

Вторая глава диссертационной . работы посвящена исследовании электромагнитных процессов в сложной системе индукционного ширена. Дш расчета распределения источников тепла в нагреваемом изделии, а такж1 собственных и взаимных эквивалентных параметров индукторов на основе •метода связанных контуров разработана программа расчета распределение токов "CDC". Исходными данными для расчета являются геометрические размеры нагреваемого изделия и индукторов, удельное электрическое сопротивление материала и его зависимость от температуры, напряжение

пнтнннЛ индукторов. Программа предполагай!' предеташтенне Натреваемот изделия н индукторов н виде набора коаксиальных кольцевых элемент» прямоугольного сечения, расчет собственных и взаимных параметров этих элементов и составление системы уравнении но втрому икону Кнрмофа. Число кольцевых элементов определяет порядок системы уравнении н зависит от требуемой детальности расчета. Результатом решения системы уравнении являются гокп в кольцевых элемептач, черет которые легко определяется мощность источников тепла в нагреваемом изделии, ток индуктора, а также потерн мощности в индукторах п их коэффициенты ноле тот о действия.

Для определения эквивалентных параметров схемы замещения индуктора а также коэффициентов к магнитной связи между индукторами с учетом экранирующего действия нагреваемого изделия выполняется ряд операций над матрицей коэффициентов системы уравнений. Ра юбьем •мгрицу \7.\ сопротивлении на четыре част, а матрицы токов и |Г] напряжении каждую на две части. Г учетом особенностей матриц система уравнений примет вид

Лл'.« ] гм

Л*'««] .14. [ [и].

В формуле (I) индекс п относится к элементам, расположенным в индукторах, индекс II -к элементам нагреваемого изделия. Матрицы |Л',„ ] и [ ^<111 ] = ['^нн ] (транспонированной) содержат сопротивлении вшимпой индукции между элементами индукторов и нагреваемого изделия. После алгебраических преобразований с учетом тою, что напряжение питания кольцевых элементов, расположенных в нагреваемом нзделнп равно нулю, получим

[г),] [/1(]+[лда]^„], [лШ(] [/„] = [{/„]. . (2)

Выражение + ' |,У,„,] = [/Г„] можно рассматривать

как матрицу эквивалентных сопротивлении кольцевых элементов, расположенных в индукторах, содержащую изделие в скрытом виде. Используя формулы обращения комплексной матрицы получим

Разобьем полученные матрицы эквивалентных проводпмостей кольцевых элементов индукторов [Ц|(] и [В'„] на клетки, ориентируясь на принадлежность элементов дискретизации тому или иному индуктору. Кольцевые элементы, расположенные в пределах каждого индуктора находятся под одним н тем же напряжением, поэтому, суммируя внутри клеток эквивалентные проводимости кольцевых элементов, можно получить эквивалентные проводимости индукторов. При этом матрицы [iij,] и [й;(] сворачиваются до матриц, состоящих из эквивалентных проводпмостей индукторов [i7j] и [fij] и образующих матрицу [ Кэ]; порядок матриц соответствует количеству индукторов. После обращения матрицы эквивалентных проводпмостей нндукторов[ Гэ] получаем матрицу эквивалентных сопротивлений [¿j], элементами которой являются собственные, Zj=Rj+jcoL3H взаимныеу'й>Л/э сопротивления индукторов.

Из элементов матрицы [Z3] легко выделить эквивалентные активное сопротивление Hj и индуктивность ¿э каждого индуктора а также коэффициенты взаимоиндукции Мэ между каждой парой индукторов.

С помощью программы "CDC" проведены исследования зависимости распределения токов и эквивалентных параметров индукторов от варианта расположения индуктора, зазора между индуктором и нагреваемым изделием, частоты тока в индукторе, температуры изделия, варианта соединения двух индукторов и промежутка между ними.

Результ аты исследований позволяют сделать следующие выводы:

- уменьшение зазора вдвое ( с 10...12 до 5...6 мм ) могло бы привести к увеличению коэффициента полезного действия ?/ индуктора на 3...4%, что не оправдывает технической трудности реализации малых зазоров, связанной с возрастанием электромагнитных усилий и нагревом поверхности индуктора излучением тепла от изделия; -

- температура практически не влияет на эквивалентные параметры индукторов ( разница й "горячем" и "холодном" режимах 2...3%);

- при. питании двух индукторов от одного источника наилучшим вариантом следует считать их последовательное согласное включение;' .

* в случае, если индукторы одинакового размера расположены по разные стороны изделия, можно применить параллельное согласное включение;

- чтобы добиться увеличения мощности нагрева по радиуву изделия необходимо применять раздельное питание индукторов;

- 1П)П увеличении частоты тока и промежутка между индукторами экранирующее действие нагреваемого изделия проявляется сильнее и магнитная связь ослабляется (до к <0,15 при промежутке более 50 мм ).

При исследовании переноса энергии через магнитную свя!ь между индукторами использованы понятия вносимых в контур активного АЛ; и реактивного ДА'/ сопротивлений. Рабочие частоты источников питания/н и/в определяются из условия резонанса в системе магнптосвязанных контуров. При этом вводя.ся понятия коэффициента разнесения рабочих частот Л, как отношения высшей рабочей частоты к низшем, а также коэффициента расстройки нагрузочных контуров р как отношения резонансных частот нагрузочных контуров (большей к меньшей), определяемых без учета влияния магнитной связи.

Выведена формула, позволяющая выразить /? через Л в зависимое 1 и от коэффициента к магнитной связи между индукторам

Графики, иллюстрирующие эту формулу приведены на рис. 2а. Каждая дуга на графике охватывает зону, внутри которой физическая реализация контуров возможна. Математически возможность физической реализации нагрузочных контуров выражается через условие неотрицательности иод коренного выражения (4), которое можно записать в двух формах:

Левая формула позволяет определить необходимое разнесение частот если известен коэффициент магнитной связи между индукторами. По правой формуле вычисляется допустимый коэффициент магнитной связи через известные рабочие частоты. Однако выполнение условий ( 5 ) не гарантирует эффективного регулирования мощности в магнптосвязанных индукторах.

Р= 0,5(l -AJ) X + \¡X + fa + 1 !xf- 4/(l - к1) j . (4)

Л + 1/Я

(5)

Для ' количественной оценки этого процесса введено понятие коэффициента распределения мощности и, как отношение мощности, потребляемой "своим" индуктором, к передаваемой в соседний нагрузочный контур через магнитную связь.

Выведены формулы , зависимости коэффициентов распределения мощности а,| в контуре низшей и а, в контуре высшей частоты от А, Л, р для случая контуров с одинаковыми коэффициентами затухания Л:

а,

ягШр

1 -</' )

к1

(6)

Для иллюстрации полученных соотношений построены семейства зависимостей &нИ Ош от коэффициента магнитной связи к при коэффициенте затухания контуров А =0,2 и различных коэффициентах Л разнесения частот (рис. 2Ь).

Зависимость требуемой расстройки контуров (а)-и распределения мощности (Ь) от магнитной связи между индукторами

и)

1,8 1,6

Л= 1,8

\л= А

■^=1,2 \ \

Ь)

1,4

11,2

' I ' Р '

0 0,1 0,2 0.3 0,4 0,5 0,6 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.5

к--к

К 6

4 2.

ац.в 0[

Х-1,2; 1,4; 1,6- I К______

1

'Из графиков видно, что переносы энергии из контура высшей частот (сплошные линии) больше, следовательно условия регулирования мощности хуже в контуре низшей частоты. При коэффициентах магииIной связи А >0.25 эффективное регулирование мощности невозможно.

При частотно - импульсном регулировании мощности несколько последовательно соединенных нагрузочных контуров питакнея от одного источника, перераспределение мощности достигается изменением рабочей частоты преобразователя. В условиях значительного затухания (</=0.2.. 0,25) и магнитной связи между индукторами практически .возможно .реалпюиать только случай двух контуров. Из системы контурных уравнений выведены формулы »распределения мощности между контурами при,рабо1е на нижней ян и на верхней а в частотах.

(\р±к4р)-\

+аг4\-(11

Д/? 1 .

х

[д(| -</')(/? ±к:Щ-

:[д(|Р±кЩ-Л

- (7а)

1 + аЧ\-лг4Гр

4Р '

4р. (7Ь)

Здесь знак "-" соответствует согласному, а знак "+" -встречному включению индукторов. Полученные формулы ( 7а,Ь ) иллюстрируются графиками зависимостей ос и п ос в от коэффициента связи к при затухании 4 =0,2 и различных значениях коэффициента X разнесения рабочих частот (рис.З).

Распределение мощности между последовательно соединенными . магнитосвязаннымн нагрузочными контурами

Питание на нижнем частоте

. Питание на верхней частоте

4

2

■ 0 - 1

-0;4-0,3-0,2-0,1

Л-].2 1.4 1.6.

0,3 0,4

[ /1=1.2 [> А 0,1 о;з

ак

-0;4-0.3-6.2-0.1

(----Л.

Л=1,2 1,4 1,6 I,! к 0,1 0,2 0,3 0,4

ll i трафиков видно, mío следуе! примени и. согласное включение |||1л)кюро1). 1ак как мри ном уменьшайся перенос mouihocih id контура верхней чаенны и. следовательно, улуншнотси условия регулирования mouihocih и контуре нижней частош. Часгогно - импульсное регулирование МОШПОС1 п нагрева можно успению применять при коэффициентах мапппной снят к < 0.15; и шисрналс 0.15 < А < 0,25 индукторы следует шшиь от разных источников; при к > 0,25 переносы энергии возрастают настолько, что эффективное регулирование мощности в зонах нагрева становится

iiciio 1можным.

Тр'-чья глава дпсссрпщнп посвящена разрабо же схемы инвертора с требуемой устойчивостью к изменению пара меч рои нагрузки п исследованию conMcciiioii раГнны таких инверторов нрп регулировании мощности в магитосия кишых пндукюрах.

Перенос мощносш не единственная пепрпятноаь, вызываемая ма.шпнымн связями. Через магнитную связь в шпрузочную цепь инвертора вносятся источники сюронпеп э.д.с. иной частоты, что вызывает биения напряжении н токов с разностной частотой. Такой режим эквивалентен периодическому изменению сопротивления и коэффициента мощности нагрузочной цепи п днктус! особые требования к устойчивости инвертора.

Широко применяемые в промышленности параллельный инвертор, ' последовательный рсюнансный инвертор, а также разновидное! н ннвертров со встречно - параллельными диодами - все они обладаю! рядом недостатков, не позволяющих успешно пспользовап> их в таком жестком режиме. Перспективным явлненя инвертор с опекающими диодами, в котором применяется параметрическая стабилизация внутренних токов и напряжений путем возврата энергии коммутирующего дросселя.hciочнику питания. Эта схема взята-за основу при разработке оригинального стабилизированного инвертора с защитой от коммутационных перенапряжений,- на который получено авторское свидетельство [ 4 ].

Необходимость доработки схемы вызвана тем, что в о i дельных режимах, особенно в условиях действия в нагрузочной цепи сторонних э.д.с., вносимых через магнитную связь, обратный ток. стабилизирующего диода может достигать значительной величины. Обрыв обратного тока диода вызывает коммутационный пик напряжения на тиристоре обратной Полярности, способный вызвать пробой его полупроводниковой структуры.

Для защиты от коммутационных перенапряжений и схему инвертора добавлена цепь рекуперации энертпн. запасенной п индуктивных элементах. Параметры пени выбраны шкнм обраюм, чюбы в момеиг обрыва обрамют о тока стабилизирующего диода защитный конденсатор был мряжен напряжением отрицательной полярности. В пом случае jnepi ня. запасенная в реактивных элементах нагрузочного контура, поглощается защшиым кондепеаюром а пнем чере) ратрядные дроссели нотрашаени исючнику шнания. Отличительные особенносш такой janininoii схемы - oicyicnme потерь энергии а также предварительный отрицательный заряд конденсатора, помогающий при коммутации поглотить энергию, запасаемую в индуктивных элементах схемы.

Стабн.эп шруюпше свойства и устойчивость схемы инвертора [ 4 ] проверены при исследовании совместной работы преобразователей в режимах регулирования мощности в магшпосвязанпых ипдукюрах. Однако в режимах больших ко тффнцпенюв свят такие исследования неудобны из-за В01М0ЖИ0С1П срыва инвертирования, что не позволяет детально просмотреть осциллограммы. Поэтому экспериментальные исследования дополнены исследованиями на 'ЛЗМ с помощью программы имитационно! о моделирования ДП'Э.ЧЛ (днакошика электрическая), позволяющей получа1ь расчетные осппллот раммы токов и напряжений на элементах инвертора.

Расчеты выполнены для реальных значений параметров элементрв дейсшутощен устаноцкп от момента запуска ппверюра до наступления установившегося режима. Влияние второго инвертора моделируется введением в нагрузочную цепь nciочника синусоидальной э.д.с., кптас устойчивости инвертора оценивается по значению обратного напряжения, приложенного к тиристору в течение времени, предоставляемого на восстановление управляемости.

Результаты расчетов покатывают. что:

- наибольшее действие сторонний источник оказывает при работе инвертора на резонансной частоте, уход из резонанса способствует повышению устойчивости:

- величина сторонней э.д.с. не должна превышать 1/3 от напряжения собственного источника, при достижении значения 1/2 резко сокращается время, предоставляемое тиристору на восстановление управляемости и происходит срыв инвергировиичя;

- модуляция напряжения на Нагрузочном контуре достигает 100%, однако из-за стабилизирующих свойств схемы модуляция тока тиристора и напряжения на нем значительно меньше.

При экспериментальном исследовании совместной работы стабилизированных инверторов в качестве источников питания многозонной установки' ннлуюшонно!о нагрева особое внимание уделялось режиму эксплуанщпп силовых полупроводниковых приборов - тиристоров и стабилизирующих диодов. Контролируемыми параметрами являлись токи, напряжения и время, предоставляемое тиристору на восстановление запирающей способности. Исследования проводились как в установившемся режиме совместной работы инверторов, так и в переходных режимах запуска . путем наблюдения и фотографирования осциллограмм. Осциллограммы снимались на различных частотах и при различных значениях коэффициентов ма1 пи той связи.

Наибольший шперес 'представляет режим запуска ТПЧ в том случае, когда в нагрузочной цепи уже присутствует сторонняя э.д.с., наведенная ог другою источника через.магнитную связь между индукторами. Результаты исследовании подшерждают устойчивую работу инверторов на индукторы с (<о >фф|шненюм магнитной связи к до 0,35. Во всех режимах, в том числе при запуске инвертора на низшей и на высшей рабочих частотах, обеспечивается обратное напряжение на тиристоре в течение времени, достаточного для восстановления его управляемости. Коммутационный пик на тиристоре от обрыва обратного тока стабилизирующего диода по амплитуде не превышает напряжения, возникающего при включении противофазного тиристора.

Попутно отметим, что при коэффициентах связи к превышающих 0,25 эффективное регулирование мощности нагрева невозможно из-за большого переноса энергии через магнитную связь между индукторами.

В четвертой главе изложены результаты практического использования диссертационных разработок в виде индукционной установки с многозонным регулированием мощности нагрева а также результаты экспериментов но определению эквивалентных параметров реальных индукторов и распределения мощности между ними в действующей установке. Описаны структура установки, алгоритм управления температурным полем в изделии и конструктивное решение отдельных узлев. Приведены результаты экспериментального исследования амплитудно-частотных характеристик магнитосвязанных контуров.

ЗАКЛЮЧЕНИК

В диссертации исследованы возможности повышения эффективности использования электротехнологнческого оборудования при индукционном нагреве изделий сложной формы.

1. Разработанная меюдика расчета коэффициентов магии гной связи между индуки пами позволяет учесть экранирующее действие немагнитного нагреваемого изделия. Расширяется представление о возможностях применения методов, основанных на использовании интегральных уравнений, для ' моделировании электромагнитных процессов в индукционных нагревательных системах.

2. Выполнено теоретическое обоснование способа уменьшения влияния мапппной свят между индукюрамп путем разнесения рабочих часто! источников питания. Полученная аналитическая зависимость распределения мощности и системе мапнпосвязанных нагрузочных контуров от значений коэффициент магии той снят потолила вывести критерии возможности уменьшения влияния магнитной свят, а также формулы для расчета необходимой расстройки нагрузочных контуров.

3. Область применения частотно-импульсного, способа регулирования мощности нагрева распространена на случай магнигоспязанных нагрузочных' контуров. Рекомендуется согласное включение индукторов, при котором • небольшая магнитная связь несколько расширяет возможности регулирования.

4. Расширен диапазон изменения параметров нагрузочной цени тиристорного инвертора,- За счет применения нового способа защиты тиристоров инвертора от коммутационных перенапряжений достигнута особая устойчивость источников питания к влиянию' сторонних э.д.с., вносимых в нагрузочные цепи через магнитило связь между индукторами.

5. Применение новых решении при модернизации испытательного стенда турбинных дисков позволило: усовершенствовать структуру индукционной нагревательной установки, уменьшить влияние магнитных свя)ей на процессы регулирования мощности и режимы источников питания, -повысить точность реализации заданного температурного поля в изделии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Черномашенцев В. Г., Курнлин С. J1., Богдан А. А. О расширении диапазона нагрузки тирнсторного преобразователя частоты II Тез. докл. и,- i. конф. ( Витебск, 1879). - Минск, 1979. - С. 81-82.

2. Богдан А. А.. Курнлин С. J1. Исследование системы ограничения напряжений в тиристорном преобразователе частоты II Тез. докл. н,- т. конф. - Гомель, 1979.-С.117-118.

3. Пацкевич В. А., Курнлин С. Л. Расширение нагрузочного диапазона тнристориого преобразователя частоты II Межвузовский тематический сборник .- Ростов-на-Дону, 1981. - С. 28-33.

■ 4. A.c. 811459 (СССР). Инвертор / Черномашенцев В.Г., Пацкевич В.А., Kol лап A.A.; Курнлин СЛ. / СССР /. № 2711827 : Заявлено 11.01.79. : Опубл. 07.03.81 в-Б.И., № 9.

5.Курилин С.Л. Вопросы стабилизации температуры загрузки при индукционном нагреве II Тез. докл. н.-т. конф. -Гомель. 1983. -С.! 17-119.

6. Курилии С. Л. Повышение эффективности электротермической установки для спекания порошковых материалов II Тез. докл. всесоюзп. п.- т. конф.-Уфа, 1983.-С. 107.

7. Черномашенцев В. Г., Пацкевич В. А., Курилии С. "J1. Система многотонного регулирования температурного поля индукционной установкой //Тез. докл. всесоюзн. н.-т. конф. -Уфа, 1987. - С. 14-15.

8. А. с. 1403304 (СССР). Последовательный инвертор I Черномашенцев П. Г., Могила В. С'., Пацкевич В. А., Курнлин С. Л., Грибков А. С. / СССР /. № 4207589 : Заявлено 30.12.86.: Опубл. 15.06.88. в Б.П., № 22.

9. Сохор Ю.Н., Курнлин С.Л. Тензорный метод расчета процессов в инверторе индукционной электротермической уаановкп I Депонировано ЦНТН "Информэнерго" 19.09 91., № 21-57/403.