автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Высокочастотный преобразователь на IGBT транзисторах для индукционного нагрева

ТВ

од

на правах рукописи

Чаколья Перес Эдгар Гонсало

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА ЮВТ ТРАНЗИСТОРАХ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

Специальность: 05.09.12 - «Силовая электроника»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена на кафедре промышленной электроники Московского Энергетического Института (МЭИ, г. Москва)

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор О. Г. Булатов

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Э.М. Ромаш

Кандидат технических наук,

доцент Е.В. Долбилин

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт электротермического оборудования (ВНИИЭТО), Москва.

Защита диссертации состоится 49 аиои4 в аудитории кафедры ЭПП в У^час на заседании Диссертационного совета Д053.16.13 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Е-250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14.

С диссертации можно ознакомится в научно-технической библиотеке Московского энергетического института.

Автореферат разослан " ^ ^ 1998 г.

Ученный секретарь Диссертационного совета Д053.16.13

к.т.н., доцент /УУ/(гги J 1 и г- БУРе

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Индукционный метод нагрева широко используется во многих отраслях промышленности для нагрева и плавки черных и цветных металлов и сплавов. Индукционный нагрев характеризуется относительной сложностью электрооборудования и значительными потерями энергии. Характерная для последнего времени тенденция увеличения эффективности производства вызвала повышенный интерес к совершенствованию электрооборудования индукционных установок и их автоматизации. В последние годы были разработаны и внедрены образцы новых более экономичных источников питания, отличающихся более высокой эксплуатационной надежностью и простотой обслуживания.

Одной из области применения индукционно! о ншрева янляотси электрофизические установки, в частности, установка по иыращиианию олоои карбида кремния моюдом 1азофазной эпитакции, где индукционный нагрев используется для разогрева графита и карбида кремния в среде инертных газов.

Применение карбида кремния в полупроводниковой электронике может значительно расширить как сферы ее применения, так и ее функциональные возможности. Уникальные свойства БЮ открывают перспективу создания аиимоииюй 6л:»и дня шссжотомпора!урной и родиационно-сгойкой э/юктропики, мощной СВЧ электроники,

оптоэлектроники для коротковолновой видимой и

ультрафиолетовой областей спектра. Существует широкий спектр изготовленных в последнее время полупроводниковых приборов, которые сочетают в себе достоинства карбида кремния как широко-зонного материала: коротковолновые оптоэлектронные приборы (зеленые, синие и фиолетовые светодиоды, ультрафиолетовые фотоприемники),

высокотемпературные электропреобразовательные приборы (диоды, полевые транзисторы с р-п-переходом, п-МОП транзисторы со встроенным и индуцированным каналом, биполярные транзисторы и тиристоры), высокочастотные приборы (микроволновые транзисторы с затвором Шоттки), элементы длительного хранения информации (транзисторные ячейки памяти для перепрограммируемых запоминающих устройств).

В настоящее время для индукционного нагрева широко используются два типа генераторов: статические тиристорные инверторы (СТИ) и высокочастотные ламповые генераторы (ЛГ). Статические тиристорные инверторы применяются в диапазоне частот до 10 кГц с удовлетворительным к.п.д.. Поскольку тиристоры имеют относительно невысокие времена

\

переключения, СТИ имеют ограничения по применению на повышенных частотах. Ламповые генераторы , в отличие от СТИ, не имеют ограничения по частоте. Главный недостаток ЛГ это ограничение времени жизни, которое составляет обычно до 6000 рабочих часов в зависимости от условий эксплуатации . С другой стороны лампа сама по себе элемент с низким к.п.д. (никогда не выше 75%), что снижает общую эффективность генератора. На практике эффективность классических ламповых генераторов равна 50%.

В последнее время с появлением силовых транзисторов, выполненных по МОП-технологии (МОБРЕТ и ЮВТ) появилась возможность создания на их базе высокоэффективных мощных генераторов, обладающих значительными преимуществами по сравнению с теми, которые построены на электронных лампах и тиристорах. Этот новый тип генератора с частотным диапазоном о! 10 до 1Г>0 кГц. мо:шошш1 .ммоиип, о/ижIроммыо л.чммонмо

(снораторы.

Потому созданио пыг.окочасюших гжономичних итераторов является актуальной задачей.

Цель, „работы: Целью работы является создание иысокочасютых преобразовашлей для индукционного на1рева немагнитных материалов в частности для электрофизических установок по выращиванию слоев карбида кремня методом газофазной эпитакции, с улучшенными знорготичоокими, массо1абаритными показаюлями. Э1а цель мофобоиала ришонии следующих задач:

- анализ режимов работы индукционных установок;

- выбор структурной схемы преобразователя частоты;

- выбор типа резонансного инвертора; сравнительный анализ и выбор полупроводниковых ключевых элементов;

анализ режимов работы высокочастотного преобразователя и оптимизация способа управления, обеспечивающего наилучшие условия эксплуатации ключевых элементов, минимальные потери и минимальную установленную мощность элементов;

- анализ режимов работы выбранной схемы преобразователя, математический анализ и схемотехническое моделирование высокочастотного преобразователя для индукционного нагрева;

- разработка инженерной методики расчета преобразователя;

- создание опытного образца преобразователя для индукционного нагрева в составе установки по

выращиванию слоев карбида кремния методом газофазной эпитакции.

Методы исследования: При проведении теоретических исследований использовались методы теории электрических цепей, схемотехническое моделирование на ПЭВМ с использованием пакета «Design Center 5.1». Достоверность полученных результатов проверялась на опытном образце и схемотехнических моделях.

Научная новизна:

- Впервые сформулированы требования к транзисторным высокочастотным генераторам, работающим в диапазоне частот 20-50 кГц, для индукционного нагрева графита 8 установках по выращиванию карбида кремния методом газофазной эпитакции;

- на основе сравнительного анализа преобразователей частоты для нагрева немагнитных материалов предложена структура высокочастотного преобразователя, обладающего наилучшими энергетическими и массогабаритными показателями;

- предложен способ управления, обеспечивающий минимальные потери в силовых ключах и облегченные режимы эксплуатации силового оборудования параллельного резонансного инвертора (силовых ключей, реакторов, конденсаторов);

- создана математическая модель преобразователя частоты, выполненного по схеме: неуправляемый выпрямитель - импульсный регулятор - автономный инвертор тока;

- разработана методика расчета преобразователя частоты, корректность которой проверена путем математического моделирования и практическими испытаниями опытного образца преобразователя.

Практическая ценность:

Предложена схема силовой части транзисторного преобразователя для индукционного нагрева homui питых ма1ериа/юо, рабогающсло в диапазоне повышенных частот, с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями;

- предложена инженерная методика расчета транзисторного преобразователя на IGBT для индукционного нагрева;

разработаны принципиальные схемы силовой части и системы управления преобразователя для индукционного

нагрева в составе установки по выращиванию слоев карбида кремния методом газофазной эпитакции;

- Опытный образец преобразователя успешно эксплуатируется в физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе, г. Санкт-Петербург.

Апробация работы: Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной технической конференции студентов и аспирантов вузов России «Радиоэлектроника и электроника в народном хозяйстве», в г. Москве в феврале 1998г., и на семинарах кафедры Промышленной электроники.

Публикации: По теме диссертационной работы опубликованы тезисы доклада «Высокочастотный генератор для индукционного нагрева» в сборнике «Радиоэлектроника и электроника в народном хозяйстве», результаты работы нашли отражение в отчете по Научно-исследовательской работе кафедры Промышленной электроники 1996г.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержание которых изложено на 62 страницах и иллюстрировано 31 рисунками на 22 страницах, а так же содержит список литературы из 69 наименований на 6 страницах и 2 приложения на 15 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, рассмотрены степень их научной разработанности, их теоретические и методологические основы, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследования, дана общая характеристика работы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой, главе на основе имеющихся опубликованных материалов определены системы индукционного нагрева, янлшощо! оси одним из нлиболоо распрос!районных методой ii.il реиа. Индукционное нагревательное или плавильное устройство представляет собой активно-индуктивную нагрузку с коэффициентом сдвига, изменяющимся в пределах 0,05 - 0,5, где нижний предел связан с нагревом немагнитных материалов, с большими зазорами и высокими частотами. Рассмотрен индукционный нагрев немагнитных материалов, в частности в установке по выращиванию карбида кремня методом газофазной

эпитакции, где индукционный нагрев используется для разогрева графита и кремния в среде инертных газов. Применение этой технологии в полупроводниковой электронике позволяет значительно расширить как сферы ее применения, так и ее функциональные возможности по созданию: новой элементной базы для высокотемпературной и радиационно-стойкой электроники, мощной СВЧ электроники, оптоэлектроники для коротковолновой видимой и ультрафиолетовой областей спектра.

Структурная схема установки изображена на рис. 1. Имеется индуктор, внутри которого находится кварцевая трубка с внутренним термоизолятором внутри которого размещен графит в виде цилиндра, в полости которого находятся пластинки 31. Графит разогревается в среде инертного газа, прокачиваемого с определенной скоростью.

Функциональная схема электрической части установки по выращиванию слоев карбида кремния методом газофазной эпитаксии

Индуктор | Графит ч

*

Инертный газ I

^ Кварцевая трубка

1°

Измеритель температуры

а

О) с _ 5 -а> «и

о О

8

Высокочастотный генератор

задание по

мощности

Регулятор температуры

задание 1 температуры |

Рис. 1

к

Пшаиио индуктра ог.ущог.шшкмсм 01 нмг.пкпчиишпмю шморшора. Томгшратура н.'прона 1 р.чфи 1.1 поддоржимао к;я 11.1 ниооходимом уровне за счим управлении выходной мощнооыо. Выход регулятора температуры является задающим сигналом по мощности для высокочастотного генератора.

Система нагрева обеспечивает регулировку температуры в рабочей зоне индуктора в пределах 1500-1800 °С при продувке последнего водородом (поток до ЗОсм/сек), с плавным выходом на рабочий режим (в пределах 10-20 мин). Водоохлаждаемый индуктор выполнен из посеребреной медной трубки диаметром 5-8 мм с зазором между витками 2-3 мм. Рабочая частота генератора варьируется в пределах 20-40 кГц. Генератор должен отдавать в нагрузку мощность 6-8 кВт, развивая на индукторе напряжение около 500 В.

Во второй главе проведен сравнительный анализ преобразователей высокой частоты, на основании которого выбрана схемы преобразователя для рассматриваемой установки.

Использование диодного выпрямителя В и быстродействующего ключа в схеме импульсного регулятора ИР (рис. 2) вместо управляемого тиристорного выпрямителя позволяет иметь высокий коэффициент мощности (до 0,95) во всем диапазоне регулирования, повышенные динамические показатели, меньшую массу и габариты входного реактора инвертора.

Структурная схема преобразователя с неуправляемым выпрямителем и импульсным регулятором.

Рис. 2

Неуправляемые выпрямители с импульсным регулятором в цепи постоянного тока имеют коэффициент мощности, который равен х~01)5. Наличие дополнительного ключевого элемента обеспечивает регулирование входной мощности за счет изменения скважности входных токов. Этот же ключ может быть использован для обеспечения быстродействующей защиты при

возможных аварийных ситуациях в инверторе и на нагрузке. При возникновении аварийной ситуации происходит отключение транзистора импульсного регулятора преобразователя.

Главным недостатом схемы рис. 2 является повышение установленной мощности вентильного оборудования за счет дополнительного полупроводникого ключаключа и входного фильтра импульсного регулятора. Однако, увеличение массы, габаритов и стоимости вполне компенсируется за счет исключения компенсатора мощности и уменьшения установленной мощности реактора.

Применение полностью управляемых ключей позволяет применять законы управления с различными вариантами широтно-импульсной модуляции. В качестве таких ключей принципиально можно использовать мощные биполярные транзисторы в ключевом режиме, полевые транзисторы МОБРЕТ и биполярные транзисторы с изолированным затвором ЮВТ. Причем в последнее время МОБРЕТ и ЮВТ интенсивно вытесняют первые за счет своих достоинств, таких как легкое управление и малые потери при включении, а так же за счет более широкой области безопасной работы. Сравнение приборов примерно одного уровня токов и напряжений показало, что меньшие потеря прямой проводимости обеспечивает ЮВТ. Расчеты показали, что с точки зрения удельных показателей по стоимости при расчетном уровне потерь и при питании установки от сети 380В предпочтительным является использование в высокочастотных преобразователях в качестве ключевых элементов ЮВТ транзисторов.

В основном нагрузкой преобразователя для индукционного нагрева является индуктор. Прямая запитка индуктора привела бы к очевидному уменьшению коэффициента мощности, поэтому необходима компенсация реактивной мощности. Повышение коэффициента мощности производится за счет подключения конденсаторной батареи с емкостью, подобранной таким образом, чтобы ««ф приближался по значению к единице на рабочей частоте.

Проведен сравнительный анализ инверторов с параллельным и последовательным подключением к индуктору 1_ компенсирующей конденсаторной батарей. Схемы которых приведены на рис. 3.

Обычно, структура двойной нагрузки хорошо адаптируется к индуктивному нагреву. Однако существуют некоторые различия между этими конфигурациями. Преимуществами

последовательного инвертора являются простая структура, несложный контроль прибора и то, что источник питания является независимым, а недостатками - то, что нет защиты от короткого замыкания, которое может быть вызвано одновременным выключением транзисторов в плече моста. Преимуществами

параллельного инвертора являются: более низкое напряжение на конденсаторе, транзисторы проводят только полезный ток, возможен не загруженный режим индуктора и режим короткого замыкания в нагрузке.

Параллельный инвертор тока ЬР

Рис. 3

Последовательный инвертор

В табл. 1 указаны значения установленной мощности полупроводниковых ключей , реактивной мощности

компенсирующих конденсаторов 0Г и габаритной энергии \Ур|

входного реактора 1.р при последовательным и параллельным

инверторах, а так же на рис. 5, представлено их графическое соотношение в логарифмическом масштабе для различных частот.

Таблица 1

Значения Я,,.,, О, и при последовательном и параллельном инверторах

Инвертор ; О,, (кВА) Г 2()к1'ц Г ЗОкГи I' 4()кГц а у. 1 (кВ.) ** (Дж)

Параллельный ! , 164 | 180 ■ 245 10 1.22

Последовательный : | • ; 67 | 136 | 246 327 650

Графическое отношение 8УС1, Qp и при последовательном (---) и параллельном (—) инверторах

Ор(ВА) У^Щж) в^Вт)

10

10

10

10

'ОуОт

»уст

р1

20

1 (кГц)

Рис. 5

Анализ полученных кривых, позволяет сделать следующие выводы:

а) установленная мощность полупроводниковых ключей при использовании параллельного инвертора в заданном рабочем диапазоне частот (20-40 кГц) более чем на порядок меньше установленной мощностью ключей при использовании последовательного инвертора;

б) габаритная энергия реактора входного фильтра в последовательном инверторе более чем на два порядка

превышает габаритную энергию входного реактора параллельною инвертора;

в) реактивная мощность компенсирующего конденсатора в схеме с параллельным инвертором превышает в три раза реактивную мощность компенсирующего конденсатора в схеме с последовательным инвертором, однако при повышении частоты до 40 кГц реактивная мощность компенсирующего конденсатора в схеме с последовательным инвертором начинает превышать аналогичную в схеме параллельного инвертора.

Как уже отмечалось перечисленные выше параметры: установленная мощность, реактивная мощность компенсирующего конденсатора и габаритная энергия реактора фильтра определяют стоимость, массу, габариты и к.п.д. инвертора. Из сравнения очевидно, что для целей индукционного нагрева при заданных параметрах нагрузки целесообразно использование схемы параллельного инвертора тока работающего на частоте резонанса.

Если фазовый сдвиг между напряжением на транзисторе инвертора и входным током резонансного контура равен нулю (<р = 0), то транзисторы включаются и отключаются при напряжении близком к нулевому. В этом случае обеспечиваются наименьшие потери мощности переключения транзистора, а так же наименьшее напряжение на коммутирующем конденсаторе по отношению к режиму работы, где ф*0. При постоянстве мощности нагрузки полупроводниковые и реактивные элементы выбираются в этом случае на меньшие напряжения и соответственно, на меньшую мощность.

Результаты анализа режимов работы инвертора и потерь мощности в ключах показывают, что с точки зрения обеспечения минимальной массы, габаритов и стоимости, увеличение к.п.д. и повышения надежности целесообразно использовать режим регулирования работы преобразователя с ф = 0 между напряжением и током, при котором переключение транзисторов происходит в момент перехода напряжения через нуль.

В третьей главе проведен математический анализ регулируемого преобразователя с параллельным инвертором юка. Эквиваленжая схема регулируемого иниерюра тока приведена на рис. 6. Принципиальная схема изображена на рис.7. Временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу приведены на рис. 8.

На основе проведенного, анализа для расчета параметров и режимов работы силовых элементов предлагается следующая методика. Исходными данными для расчета являются: Р - мощность нагревателя (нагрузки), I) - к.п.д. 1енораюра,

I - частота тока индуктора, 1_ - индуктивность индуктора.

Эквивалентная схема регулируемого инвертора тока

Рис. 6

Расчет проведен при следующих допущениях: добротность резонансного контура 0»1 и частота инвертирования о)~(»„, что является нормальным условием для - индукционных нагревательных установок.

1) Рассчитывается емкость компенсирующего конденсатора при принятых выше условиях

С =--(1)

Ц2яГ)2

2) Максимальное напряжение на конденсаторе С определяется из условия наилучшего использования преобразователя по питающему напряжению с учетом допуска на уменьшение напряжения сети

ис„ 5 0.9Ц)т,„,

(2)

где и,1тш - минимальные напряжения выпрямителя, исходя из условия надежной работы транзисторов

исм = Ш1Т,

(3)

где к - коэффициент запаса по напряжению, и,,. -максимальное напряжение коллектор-эмиттер (справочное значение).

3) Рассчитывается входной ток инвертора, учитывая, что мощность нагрузки равна:

Р - пШ

Ч'^'с

м

(4)

где ч- к.п.д.

Структурная схема генератора

С'ЛУЧ - Система автоматического уираплення частотой ЬГМ - к ок регулятора мощност и БЗ - Блок зашиты

Рис. 7

Расчетное выражения для тока имеет вид я1>

I

2п1'г

•м

Временные диаграммы напряжений и токов

Рис. 8

4) Ток индуктора приближенно определяется по формуле I. « ~ (6)

<вЬ

5) Рассчитывается индуктивность входного реактора. 5начение индуктивности приблизительно можно оценить при 1амене пульсирующего напряжения на шинах постоянного тока 1Нвертора на его среднее значение при частоте работы ключа ГГ1 Т, « f и исходя из максимально допустимой амплитуды ока

Д1

К

1 +

1.1 2

'и„-и _и_ О

V Ц, 'и/г

= (Ud-U)U 2(IM-I)U,f,

где Л1 - пульсации тока входного реактора.

6) Выходной ток выпрямителя определяется из условия

, - £

7) Средний ток через транзисторы инвертора

lew = 0,5 I (9)

8) Средний ток через транзистор ключа VT,

IfVll = (10)

Максимальное напряжение на ключе U,,M соответствует максимальному сетевому напряжению.

Проведено схемотехническое моделирование

преобразователя частоты с использованием программы «Design Center 5.1». Получена программа расчета токов и напряжения на элементах преобразователя в рабочих режимах. На рис. 9 показаны расчетные кривые напряжения на транзисторе инвертора и входного тока резонансного контура.

Кривые напряжения на транзисторе инвертора и входного тока резонансного контура

Рис. 9

Введение в схемотехническую модель параметров преобразователя полученных по разработанной инженерной методике показало, что ошибка в расчете заданных параметров (мощность, частота, входное напряжения инвертора) составило не более ±10%. Это доказывает приемлемость разработанной инженерной методики для предварительных расчетов преобразователя.

В четвертой главе представлен разработанный на основе проведенных исследований высокочастотный преобразователь для индукционного нагрева, который выполнен на основе регулируемого инвертора тока на мощных ЮВТ транзисторах. На выход индуктора подключен параллельный резонансный контур, содержащий водоохлаждаемый индуктор и компенсирующие конденсаторы.

Структурная схема представлена на рис. 7. Система автоматического управления частотой работает следующим образом. Сигнал с датчика напряжения ДН поступает на устройство контроля УК, формирующее импульсы в момент достижения выходным напряжением порогового значения близкого к нулю. Эти импульсы поступают на частотный импульсный модулятор ЧИМ, синхронизируя его работу. Для обеспечения запуска инвертора частота генератора, определяемая сигналом задания иг, устанавливается выше собственной частоты резонансного контура. Генератор управляет триггером, формирующим управляющие сигналы на драйверы транзисторов инвертора.

Мощность, передаваемая генератором, контролируется цепью обратной связи ОС, сравнивающей опорный сигнал с сигналом пропорциональным выходной мощности, снимаемым с блока умножителя БУ, на который поступают сигналы с датчика тока ДТ и датчика напряжения ДН. Выход ОС управляет ШИМ-модулятором, формирующем управляющее напряжение на драйвер транзисторного ключа \ЛГ1. Напряжение задания на вход ШИМ-модулятора поступает через схему плавного пуска.

Блок управления ключом \Л"1 содержит также узел ограничения напряжения УОН и узел ограничения тока УОТ. В УОТ используется позиционное слежение за амплитудой тока. В УОН реализовано слежение за интегралом импульса напряжения на периоде модуляции. Сигналы с УОТ и УОН, поступая на ШИМ-модулятор, определяют момент запирания \/Т1 в режиме ограничения напряжения или тока.

Для отслеживания аварийных ситуаций и автоматического повторного пуска служит блок защиты БЗ. На вход схемы совпадения СС (логическая схема "И") БЗ поступают сигналы прерывания с драйверов ЮВТ, обеспечивающих защиту приборов от токовых перегрузок и при снижении питающего

напряжения, с узла слежения за напряжением УСН, если амплитуда выходного напряжения превышает заданное максимальное значение, с узла слежения за температурой УСТ, при превышении температуры охладителя заданного значения. При наличии сигнала прерывания на любом из входов СС происходит прерывание работы ШИМ и ЧИМ модуляторов и выдается сообщение о аварийной ситуации. При исчезновении сигнала прерывания через заданное время происходит повторный пуск. Контролируется определенное число прерываний по каждому из каналов. При превышении их количества в заданный промежуток времени система управления останавливает работу генератора.

Экспериментальные исследования опытного образца показали хорошие совпадения с расчетными соотношениями и результатами, получены при схемотехническом модулировании.

Опытный образец преобразователя эксплуатируется в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе в г. Санкт-Петербурге с 1996г.

Заключение

В результате теоретических и экспериментальных исследований получены основные результаты работы, расположенные в порядке следования глав диссертации.

1. Сравнительный анализ систем индукционного нагрева, работающих на частотах в диапазоне 20-100 кГц, показал, что наилучшими с точки зрения к.п.д., массогабаритных показателей являются высокочастотные транзисторные генераторы.

2. Показано, что по удельным показателям и стоимости при расчетном уровне потерь и при питании установки от сети 380В, преимущество дает использование IGBT в высокочастотных преобразователях в качестве ключевых элементов.

3. На основе анализа способов построения высокочастотных преобразователей для индукционного нагрева показано, что наилучшим по массе и габаритам и обеспечивающим высокий коэффициент мощности является преобразователь, выполненный по схомо: неуправляемый выпрямитель импульсный регулятор постоянного напряжения - автономный резонансный инвертор.

4. На основе сравнительного анализа схем резонансных инверторов с параллельным и последовательным компенсирующим конденсатором установлено, что с точки зрения минимума расчетной мощности ключевых элементов, мощности конденсаторов и габаритной энергии входного реактора при равных условиях по частоте и выходной мощности

ншруаки необходимо использоиль параллельный иниерюр гока, рабо!ающий на частоте розонанса. >. На основе анализа параллельного инвертора тока показано, что оптимальным является управление, при котором силовые транзисторы переключаются при напряжении на них близком к нулевому, что соответствует переключению на рабочей частоте равной резонансной. При этом ключи имеют наименьшую установленную мощность и наименьшие потери. S. На основе проведенного анализа разработана инженерная методика расчета преобразователя частоты для индукционного нагрева.

7 Проведено схемотехническое моделирование преобразователя частоты с использованием программного обеспечения «Design Center 5.1». Введение в схемотехническую модель параметров преобразователя, полученных по инженерной методике показало, что ошибка в расчете параметров рабочих режимов (выходной мощности, частоты и т.д.) составила не более ±10%. Это доказывает приемлемость разработанной инженерной методики для предварительных расчетов преобразователя, i. Разработана силовая часть и функциональная схема системы управления преобразователя частоты для индукционного нагрева мощностью до 10 кВт. Разработаны, принципиальные схемы силовой части системы управления опытного образца преобразователя частоты мощностью 8 кВт. ) Экспериментальные исследования опытного образца показали хорошие совпадения с результатами, получеными при схемотехническом модулировании. Опытный образец преобразователя эксплуатируется в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе в г. Санкт-Петербурге с ноября 1996г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующей работе:

- Чаколья Э., Булатов О.Г., Поляков В.Д. Высокочастотный генератор для индукционного нагрева // Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве.: Тез. док.- М. 1998,- с. 152.

Пс,>- л j.15_Тираж [ОО ЗгкязДУО

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.