Электрическая схема индукционной печи
Существует мнение, что изготовить самодельную индукционную печь невозможно. Если не верите, спросите у специалистов в этом деле и девять из десяти согласятся с вышесказанным мнением. И так и так невозможно! Захотели и сделали!
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Принцип работы индукционных печей. Принцип индукционного нагрева
- Индукционная печь своими руками
- СХЕМА ИНДУКЦИОННОЙ ПЛИТЫ
- Индукционная плавка металлов своими руками
- Лекция № 12 Электрооборудование индукционных печей и установок
- Самодельная индукционная печь для плавки металла
- Индукционная печь своими руками — схема, как собрать?
- Схемы индукционных плит
- Индукционная печь.
Схема индукционной печи.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Индукционный нагрев на двух пальцах
Принцип работы индукционных печей. Принцип индукционного нагрева
Индукционные печи применяются для выплавки металлов и отличаются тем, что нагрев в них происходит посредством электрического тока. Возбуждение тока происходит в индукторе, а точнее в непеременном поле.
Подобные печи позволяют использовать тепло с максимальной эффективностью, что неудивительно, ведь они — наиболее совершенные из всех существующих моделей, работающих на электроэнергии. Обратите внимание! Индукционные конструкции бывают двух типов — с сердечником или без него. В первом случае металл помещается в трубчатый желоб, который располагается вокруг индуктора.
Сердечник размещен в самом индукторе.
Второй вариант называют тигельным, т. Разумеется, ни о каком сердечнике в данном случае речи быть не может. Оба варианта конструкции используются при выплавке чугуна, алюминия, стали, магния, меди и драгоценных металлов.
Полезный объем подобных конструкций может составлять как несколько килограмм, так и несколько сотен тонн. Именно технология индукции легла в основу более популярных приборов — микроволновых печей.
Ввиду очевидных причин индукционная печь для плавки нечасто используется в быту. Зато технология, описываемая в статье, встречается практически во всех современных домах и квартирах. Это и упомянутые выше микроволновки, и индукционные плиты, и электродуховки. Рассмотрим, к примеру, плиты. Они нагревают посуду за счет индукционных вихревых токов, вследствие чего разогрев происходит практически мгновенно. Характерно, что включить конфорку, на которой нет посуды, невозможно.
Но справедливости ради стоит заметить, что для эксплуатации описываемых плит требуется специальная посуда.
Не так давно отечественные радиолюбители наглядно продемонстрировали, что индукционную печь можно сделать самому.
Сегодня существует масса различных схем и технологий изготовления, мы же привели лишь самые популярные из них, а значит, самые эффективные и простые в выполнении. Ниже приведена электрическая схема для изготовления самодельного прибора из высокочастотного 27,22 мегагерца генератора. Помимо генератора, при сборке потребуются четыре электролампочки высокой мощности и тяжелая лампа для индикатора готовности к работе.
Главным отличием печи, сделанной по этой схеме, является ручка конденсатора — в данном случае она располагается снаружи. Помимо того, металл, находящийся в катушке индукторе , расплавится в приборе самой незначительной мощности.
При изготовлении необходимо помнить о некоторых важных моментах, влияющих на скорость правления металла. Устройство будет питаться от стандартной сети в В, но с предварительно установленным выпрямителем. Если печь предназначается для обогрева помещения, то рекомендуется использовать нихромовую спираль, а если для плавки, то графитовые щетки.
Ознакомимся с каждой из конструкций более детально. Суть конструкции в следующем: устанавливается пара графитовых щеток, а между ними засыпается порошковый гранит, после чего осуществляется подводка к понижающему трансформатору.
Характерно, что при выплавке можно не опасаться удара током, т. Шаг 1. Собирается основа — бокс из шамотного кирпича размером 10х10х18 см, уложенный на огнеупорную плитку. Шаг 2. Бокс отделывается асбестокартоном. После смачивания водой материал смягчается, что позволяет придавать ему любую форму. При желании конструкцию можно обмотать стальной проволокой.
Шаг 3. Оптимальный вариант для печи на графите — трансформатор от сварочного аппарата мощностью 0,63 кВт. Если трансформатор рассчитан на В, то его можно перемотать, хотя многие опытные электрики утверждают, что можно оставить все как есть.
Шаг 4. Трансформатор обматывается тонким алюминием — так конструкция не будет сильно греться при эксплуатации. Шаг 5. Устанавливаются графитовые щетки, на дно бокса устанавливается глиняная подложка — так расплавленный металл не будет растекаться.
Но среди минусов — быстрый нагрев трансформатора, небольшой объем за один раз можно выплавить не больше 10 г. По этой причине для плавки больших объемов потребуется иная конструкция.
Не рекомендуется выплавлять латунь! Дело в том, что содержащийся в нем цинк при высокой температуре выгорает едким и вредным для организма дымом. Итак, для выплавки больших объемов металла потребуется печь с нихромовой проволокой. Принцип работы конструкции достаточно прост: электрический ток подается на нихромовую спираль, та нагревается и плавит металл.
В Сети есть масса различных формул для расчета длины проволоки, но все они, в принципе, одинаковые. Проволоку необходимо намотать. Один конец трубы затыкается асбестовой нитью — так расплавленный металл не будет вытекать. После проверки работоспособности спираль укладывается вокруг трубы. При этом между витками кладется та же асбестовая нить — она предотвратит замыкание и ограничит доступ кислорода.
Готовая катушка помещается в патрон от лампы высокой мощности. Такие патроны обычно керамические и имеют необходимый размер. Нельзя добавлять в печку металл, если там уже расплавлена предыдущая порция. В противном случае весь материал разлетится по помещению, более того, он может травмировать глаза. Как видим, индукционную печь все же можно сделать своими силами. Но если быть откровенным, описанная конструкция как и все, имеющиеся в Интернете — это не совсем печь, а лабораторный инвертор Кухтетского.
Собрать же полноценную индукционную конструкцию в домашних условиях попросту невозможно. Расплавить небольшой кусок железа можно в самостоятельно собранной индукционной печи. Это самое эффективное устройство, которое работает от домашней розетки В.
Печь пригодится в гараже или мастерской, где она может размещаться просто на рабочем столе. Нет смысла покупать ее, так как индукционная печь своими руками собирается за пару часов, если человек умеет читать электрические схемы.
Без схемы обходиться нежелательно, ведь она дает полное представление об устройстве и позволяет избежать ошибок при подключении.
Самодельная индукционная печь для плавки небольшого количества металла не требует больших габаритов и такого сложного устройства, как промышленные агрегаты. Ее работа основана на выработке тока переменным магнитным полем. Металл расплавляется в специальной заготовке, называемой тигелем и помещаемой в индуктор.
Он представляет собой спираль с небольшим количеством витков из проводника, например, медной трубки. Если устройство используется в течение короткого времени, проводник не будет перегреваться.
Специальный генератор запускает в эту спираль индуктор мощные токи, а вокруг нее создается электромагнитное поле. Это поле в тигле и в помещенном в него металле создает вихревые токи. Именно они разогревают тигель и расплавляют металл за счет того, что он поглощает их. Следует отметить, что процессы происходят очень быстро, если использовать тигель из неметалла, например, шамота, графита, кварцита.
Самодельная печь для плавки предусматривает выемную конструкцию тигеля, то есть, в него помещают металл, а после нагрева или плавки его вытаскивают из индуктора. Генератор высокой частоты собирают из 4-х электронных ламп тетродов , которые соединяются между собой параллельно. Скорость нагрева индуктора регулируется конденсатором переменной емкости.
Его ручка выводится наружу и позволяет регулировать емкость конденсатора. Максимальное значение обеспечит нагрев куска металла в катушке всего за несколько секунд до красного состояния. Как подобрать составляющие детали схемы, чтобы получить для плавки в мастерской достаточные условия? Частота генератора задана заранее: она должна составить 27,12 МГц, если устройство собирают своими руками для использования в домашней мастерской. Катушку делают из тонкой медной трубки или провода, ПЭВ 0,8.
Достаточно сделать не более 10 витков. Электронные лампы следует использовать большой мощности, например, марки 6п3с. Также схема предусматривает установку дополнительной неоновой лампы.
Она будет служить индикатором готовности устройства.
Схема также предусматривает применение керамических конденсаторов от В и дросселей. Подключение к домашней розетке осуществляется через выпрямитель.
Внешне самодельная индукционная печь выглядит так: к небольшой подставке на ножках прикрепляется генератор со всеми деталями схемы. К нему подключается индуктор спираль. Следует отметить, что данный вариант сборки самодельного устройства для плавки применим для работы с небольшим объемом металла.
Индуктор в виде спирали изготавливается проще всего, поэтому для самодельного устройства он используется именно в таком виде. Однако существует много разных модификаций индуктора. Например, он может изготавливаться в форме восьмерки, трилистника или иметь любую другую форму. Она должна быть удобной для размещения материала для термообработки. Например, плоскую поверхность легче всего нагреть виткам, расположенными в виде змейки.
Индукционная печь своими руками
Если вышеуказанные причины отсутствуют, разбираемся с температурными датчиками и панелью управления.
Полезный совет: если подходящей посуды нет, а у вас только индукционная плита, воспользуйтесь подходящим по диаметру ферромагнитным диском. Они есть в продаже, или его можно изготовить из толстой стальной сковороды. Правда эффективность приготовления резко снизится, ведь источником тепла будет не сама посуда, а металлический диск. Зато вы сможете готовить на любимой медной сковороде или кастрюле из жаропрочного стекла. Наличие в немагнитной посуде жидкости даже воды не заставит работать индукционную конфорку. Это не микроволновка.
Самодельная индукционная печь для плавки Что система работает на постоянном электрическом токе. Печатная плата изготавливается по схеме, когда.
СХЕМА ИНДУКЦИОННОЙ ПЛИТЫ
Приборы, осуществляющие нагрев за счет электричества, а не газа, безопасны и удобны. Такие нагреватели не производят копоти и неприятного запаха, но потребляют большое количество электроэнергии. Отличный выход — собрать индукционный нагреватель своими руками. Это и экономия средств, и вклад в бюджет семьи.
Существует много простых схем, по которым индуктор можно собрать самостоятельно. Это интересно: Как сделать фальш камин декоративный своими руками. Индукционные печи применяются для выплавки металлов и отличаются тем, что нагрев в них происходит посредством электрического тока. Возбуждение тока происходит в индукторе, а точнее в непеременном поле.
Индукционная плавка металлов своими руками
Индукционная печь хорошо знакома тем, чья профессия или хобби связаны с плавкой, обработкой металла. Их повсеместно используют на металлургических предприятиях. Но при этом такие печки вполне можно использовать для хозяйственных нужд. Скажем больше, данное оборудование при правильном подходе изготавливается своими руками.
Индукционные печи применяются для выплавки металлов и отличаются тем, что нагрев в них происходит посредством электрического тока. Возбуждение тока происходит в индукторе, а точнее в непеременном поле.
Лекция № 12 Электрооборудование индукционных печей и установок
Индукционные печи применяются для выплавки металлов и отличаются тем, что нагрев в них происходит посредством электрического тока.
Возбуждение тока происходит в индукторе, а точнее в непеременном поле. Подобные печи позволяют использовать тепло с максимальной эффективностью, что неудивительно, ведь они — наиболее совершенные из всех существующих моделей, работающих на электроэнергии. Обратите внимание! Индукционные конструкции бывают двух типов — с сердечником или без него.
Самодельная индукционная печь для плавки металла
Сейчас печи с индукционной системой повсеместно используются в процессе плавки металлов. Ток, производимый в поле индуктора, способствует нагреву вещества, и эта особенность таких устройств является не только основной, но и важнейшей. Обработка приводит к тому, что вещество претерпевает несколько превращений. Первым этапом преобразования является электромагнитная стадия, после нее электрическая, а потом и тепловая. Температура, которую выделяет печка, применяется практически без остатка, поэтому такое решение является самым лучшим среди всех прочих. Многих может заинтересовать печь индукционная, своими руками руками изготовленная.
Далее будет рассказано о возможностях реализации подобного решения.
Подборка индукционных плит. радиоаппаратуры. Вы находитесь здесь: Схемы радиоаппаратуры Промышленная техника Индукционные плиты.
Индукционная печь своими руками — схема, как собрать?
Плавка металла методом индукции широко применяется в разных отраслях: металлургии, машиностроении, ювелирном деле. Простую печь индукционного типа для плавки металла в домашних условиях можно собрать своими руками. Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.
Схемы индукционных плит
Ваши права в разделе. Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах Вы не можете добавлять файлы Вы можете скачивать файлы.
Автомат для полива комнатных растений. Блок питания и модулятор магнетрона МИ Регулятор Напряжения РНДm.
Электрическая цепь индукционных печей состоит из источника питания, соленоида и емкости.
Индукционная печь. Схема индукционной печи.
Разработанные более века назад, индукционные печи прочно входят в наш быт. Это стало возможно благодаря развитию электроники. Взрывной рост мощности контроллеров, выполненных на основе кремниевых полупроводников и появление в широкой продаже транзисторов, способных обеспечивать большие мощности в несколько киловатт в последние годы приобрёл характер лавины. Всё это подарило человечеству невероятно большие перспективы в развитии миниатюрных установок, сопоставимых по мощности с промышленными устройствами ближайшего прошлого. Применение индукционных печей в домашнем хозяйстве позволяет избежать появления в помещении очагов открытого пламени и является довольно эффективным способом плавления и контролированного нагрева металлов и сплавов.
Это происходит благодаря тому, что металл нагревается, раскаляется и расплавляется не под воздействием высокотемпературных горелок, а с помощью пропускания через себя токов большой частоты, стимулирующих активное движение частиц в структуре материала.
Для плавки металла в малых масштабах бывает необходимо какое то приспособление. Особенно это остро ощущается в мастерской или при малом производстве. Максимально эффективным на сегодняшний момент является печь для плавки металла с электрическим нагревателем, а именно индукционная. Ввиду особенности ее строения, она может эффективно использоваться в кузнечном деле и стать не заменимым инструментом в кузнице.
СХЕМА ИНДУКЦИОННОЙ ПЛИТЫ
от admin
Индукционная плита отличается от обычной тем, что разогревает металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем.
При работе с такой плиткой используют посуду, изготовленную из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей. Например обыкновенная сталь, поэтому посуду для индукционных печей можно проверять магнитом. Но не бойтесь ошибиться в выборе материала — современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включают генератор.
При этом никакого физического нагрева поверхности не происходит. Можно положить на плиту бумагу — она незагорится, или прикоснуться ладонью и не обжечься. В отличии от микроволновки, нагревающей сам продукт изнутри (жидкость, находящуюся в пище), индукционная плита греет только металл и металлическую посуду, которая, в свою очередь, передаёт тепло еде (что-то похожее на обычную электроплиту).
Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке.
1 — посуда,
2 — стеклокерамическая поверхность,
3 — изоляция,
4 — индукционная катушка,
5 — преобразователь частоты,
6 — блок управления.
Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. В днище посуды наводятся токи индукции, которые нагревают её, а заодно и помещенные в посуду продукты. В такой плите нагрев происходит быстрее, чем на газовой или на электрической плите — примерно в полтора раза.
Принципиальная схема индукционной плиты довольно сложная, и может существенно отличаться для различных моделей. Особенно блок электронного управления. Хотя основа — генератор, драйвер на транзисторах средней мощности и выходной биполярный транзистор с изолированным затвором, типа IGBT h30R1202 (IRGP 20B120), который управляет катушкой индуктора, одинакова у всех плит. Несколько электросхем показаны ниже — клик для увеличения.
Самый сложный элемент индукционной плитки — электронный блок управления. Он не просто включает или регулирует мощность генератора, а делает это по специальной программе — вначале на пару минут выведет плиту на максимальную мощность, а когда вода закипит, убавит мощность до заданного уровня.
А ещё продвинутые модели имеют инфракрасные сенсоры, контролирующие процесс приготовления пищи. Они следят за температурой сковороды или кастрюли и снижают мощность нагрева по достижении заданной вами температуры. Жарка под термоконтролем исключает возможность воспламенения жира и повреждения сковороды вследствие перегрева. После снятия посуды — плита автоматически отключается.
В настоящее время промышленность выпускает как отдельные небольшие индукционные одноконфорочные плитки, так и большие стационарные, встраиваемые четырёхместные поверхности. Стоимость такой плиты несколько выше, чем обычной, но купив индукционную плиту вы существенно сэкономите на электроэнергии — до 50%, по отзывам людей. А также уменьшаете вероятность порчи посуды и продуктов.
Originally posted 2019-02-10 00:08:37. Republished by Blog Post Promoter
Что такое электрическая индукционная печь?
Электрическая индукционная печь представляет собой печь, в которой металл нагревается за счет электромагнитной индукции.
Частота нагрева обычно составляет 150-8000 Гц, что относится к категории средней частоты, поэтому ее также называют среднечастотной электрической печью. Это общее название оборудования для индукционного нагрева, такого как среднечастотная нагревательная печь, среднечастотная плавильная печь, вакуумная индукционная печь, индукционная нагревательная печь для закалки и отпуска металла и т. д.
Использование электрической индукционной печи широко, это основное нагревательное оборудование механической горячей обработки, а также индукционное нагревательное оборудование механической промышленности. Сырье, необходимое для машиностроения, в основном обрабатывается в электрических индукционных печах. Например, электропечь средней частоты в кузнечном производстве используется для нагрева металлической заготовки перед ковкой. В кузнечной промышленности это называется среднечастотной нагревательной печью, диатермической печью, среднечастотной диатермической печью и нагревательной печью; Электрическая индукционная печь в литейном производстве используется для переплавки и очистки металлических отходов.
В литейной промышленности это называется среднечастотной плавильной печью, плавильной печью с одним приводом, плавильной печью, последовательной резонансной среднечастотной печью, плавильной печью алюминия, плавильной печью меди и т. д.; В термической промышленности имеется множество электропечей средней частоты для закалки и отпуска металлов. Как правило, электрические индукционные печи используются для закалки и отпуска стальных прутков.
Электрическая индукционная печь преобразует трехфазный переменный ток частотой 50 Гц в постоянный ток путем выпрямления и фильтрации через управляемый кремнием источник питания переменной частоты. После инверторного устройства среднечастотная электропечь превращается в среднечастотную 150-8000 Гц. Когда электрическая печь средней частоты проходит через катушку индуктора электрической индукционной печи, будет генерироваться переменное магнитное поле. Когда магнитное поле разрезает нагретый металл, помещенный в катушку, внутри металла будет генерироваться вихревой ток. Вихревой ток течет, и металл нагревается, тем самым нагревая металл. Это основной принцип среднечастотного электропечного нагрева.
Характеристики индукционной электропечи
1. Основная плата управления среднечастотным источником питания является ядром среднечастотной электропечи, оптимизированной с помощью крупной интегральной схемы, обеспечивающей стабильную работу, надежное качество и надежность. сильная защита от помех.
2. В шкафу питания средней частоты электрической индукционной печи контактор переменного тока, выпрямитель с кремниевым управлением, плата выпрямителя, плата инвертора, реактор и т. д. хорошо скоординированы и просты в обслуживании.
3. На основе пуска при нулевом напряжении, на главную плату управления среднечастотной электропечи добавлена функция автоматического сканирования частоты и повторного пуска. Цепь контура напряжения и тока точно отслеживает пуск и останов оборудования плавно и стабильно без влияния тока.
4. Инверторный пусковой сигнал индукционной электропечи использует высокочувствительную пусковую схему с одним сигналом, которая еще больше повышает пусковые характеристики оборудования и обеспечивает 100%-й уровень успешного пуска оборудования.
5. Система управления цепями постоянной мощности среднечастотной электропечи позволяет быстро регулировать напряжение и ток до оптимальных значений при изменении шихты в процессе производства, без ручной регулировки угла отсечки инвертора.
6. Электропечь средней частоты имеет совершенные системы защиты от перенапряжения, перегрузки по току, пониженного напряжения, нехватки воды, обрыва фазы, ограничения напряжения и тока, чтобы обеспечить надежность и стабильность оборудования.
7. Высокая интегральная схема электрической индукционной печи делает отладку и эксплуатацию быстрой, простой и легкой в освоении.
С вопросами об электрических индукционных печах обращайтесь по адресу marketing2@hanrm.
com.
[PDF] Цепь запуска индукционной печи с анализом качества электроэнергии
1 Международная конференция по электротехнике, электронике и методам оптимизации (ICEEOT) Схема запуска индуктивности…
Международная конференция по электротехнике, электронике и методам оптимизации (ICEEOT) — 2016
Цепь запуска индукционной печи с анализом качества электроэнергии Ронал С. Пармар1
Свапнил В. Арья2
Департамент электротехники Бирла Вишвакарма Махавидьялая В. В. Нагар, Гуджарат, Индия [адрес электронной почты защищен]
Департамент электротехники Бирла Вишвакарма Махавидьялая В. В. Нагар, Гуджарат, Индия [адрес электронной почты защищен]
Резюме. Эта статья содержит моделирование шестиимпульсной индукционной печи с выходной частотой 500 Гц и выходным напряжением 500 В. Сравнение инвертора на основе тиристора и инвертора на основе IGBT, показанного в статье, и моделирование инвертора на основе IGBT показано, поскольку он имеет более высокий КПД и более быстрое переключение.
Секция выпрямителя основана на диоде для ограничения простоты. Модель индукционной печи была реализована в программе MATLAB и проанализирована форма выходного сигнала.
II. ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ А. Базовая блок-схема
Ключевые слова— инвертор источника тока; Инвертор источника напряжения; коммутация нулевого тока; Переключение при нулевом напряжении;
I. ВВЕДЕНИЕ Индукционные печи используются для нагрева металлов по принципу электромагнитной индукции. Индукционный нагрев широко используется в металлургической промышленности для плавления или нагрева тонких слябов в установках непрерывного литья заготовок из-за лучшей эффективности нагрева, высокой производительности и чистой рабочей среды. Индукционные печи имеют очень высокое энергопотребление и нелинейные характеристики [2]. Обычно типичная индукционная печь имеет топологию, образованную преобразователем переменного тока в постоянный (выпрямитель), фильтром промежуточного контура, преобразователем постоянного тока в переменный (инвертором) и индукционной катушкой.
Для индукционной катушки были разработаны источники питания нескольких диапазонов от 1 кВт до 10 МВт с рабочими частотами от 10 Гц до 60 МГц, что зависит от размера и качества нагреваемого материала, рабочей температуры нагрузки, обработки изделия и распределение физической нагрузки внутри змеевика печи [6]. Если инвертор работает на резонансной частоте, это позволит передать на индукционную катушку максимальную мощность [3]. Для передачи максимальной мощности в нагрузку становится необходимым настроить частоту инвертора на собственную резонансную частоту. В этой статье представлены результаты моделирования и результаты индукционной печи. Номинальное выходное напряжение и частота указанной индукционной печи составляют 500 В и 500 Гц соответственно. Входное напряжение и номинальная частота 415 В и 50 Гц.
978-1-4673-9939-5/16/$31.00 ©2016 IEEE
Рис. 1. Схема трехфазной силовой цепи имитационная модель индукционной печи [1]
На рисунке 1 представлена схема трехфазной , моделирование силовой цепи индукционной печи.
Основные части этой схемы следующие: i. Трехфазный полный выпрямитель невесты ii. Фильтр звена постоянного тока iii. Однофазный полный инвертор невесты iv. Резонансный контур для индукционной катушки v. Схема драйвера затвора инвертора B. Выпрямитель Эта схема преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение. До сих пор большинство исследований проводилось в области дифференциальной топологии с точки зрения выбора полупроводниковых переключателей для выпрямителя. Если нагрузка является переменной, и напряжение источника также является переменным в это время, может использоваться топология с выпрямителем в качестве тиристора или любого другого управляемого переключателя. Тогда как диод является лучшим вариантом, если используется постоянная нагрузка [5]. Обычно для маломощных приложений используются неуправляемые выпрямители. Когда мы преобразуем мощность переменного тока в постоянный, выходное значение напряжения составляет 130% от входного напряжения. C. DC – Link Filter Конструкция фильтра для полного моста важна, потому что выход выпрямителя содержит нежелательные пульсации.
Во многих
пульсация приложения должна быть в указанном пределе. Обычно в промышленности допускается пульсация 3% [4].
Коэффициент усиления выходного напряжения
Возможно
Невозможно
Для уменьшения пульсаций на выходе выпрямителя мы добавляем фильтр. Фильтры подразделяются на три типа:
Коэффициент мощности
Хороший
Плохой
Контрольный
Простой
Сложный
Эффективный
Хороший
03 9 0
Стоимость
Низкая (по сравнению с тиристорной)
Дорогой
Размер
Малый (для драйвера затвора требуется только инвертор)
Большой (для драйвера затвора требуется с обеих сторон)
a.
Емкостный фильтр
RF
. √
∗ ∗
∗ /
(1)
Для нахождения правильного номинала конденсатора для ограничения пульсаций в осциллограмме используется уравнение (1). Емкостный фильтр используется для маломощных приложений, потому что при зарядке конденсатора в это время происходит короткое замыкание, поэтому простой емкостный фильтр не подходит для приложений с большой мощностью [4].
б.
Индуктивный фильтр
RF
. √
∗ ∗
∗ /
(2)
Для нахождения правильного значения индуктора для ограничения пульсаций в сигнале используется уравнение n (2). Индуктивный фильтр пропускает большие токи без серьезного изменения выходного напряжения. По этой причине он подходит для приложений большой мощности [4]. в.
Емкостный индуктивный фильтр
Ниже приведены некоторые характерные особенности этого фильтра: i.
Используется для улучшения фильтрации выпрямленного напряжения и тока.
ii.
Функция конденсатора сглаживает колебания напряжения, а дроссель используется для сглаживания колебаний тока.
iii.
Благодаря равномерному протеканию тока емкостно-индуктивный фильтр широко используется в приложениях большой мощности.
iv.
Большая величина конденсатора и катушки индуктивности необходима, когда они используются по отдельности, для достижения того же результата от емкостно-индуктивного фильтра требуется очень маленькая величина емкости и катушки индуктивности, когда они используются вместе [4].
Из Таблицы I видно, что инвертор на основе IGBT лучше, чем инвертор на основе тиристора. Поэтому в нашем моделировании мы использовали инвертор на основе IGBT. E. Резонансный контур для индукционной катушки Индукционная печь имеет чисто индуктическую нагрузку. Коэффициент мощности нагрузки очень низкий из-за индуктивности и низкой общей производительности печи. Поэтому, чтобы улучшить коэффициент мощности и эффективность, мы добавляем конденсатор последовательно или параллельно с катушкой индуктивности. Это помогает создать условие резонанса между катушкой индуктивности и конденсатором. [7, 11] Резонансные контуры подразделяются на три типа следующим образом: i. Серия резонанс
Рис. 2. Серия Резонанс
ii.
Параллельный резонанс
iii.
Гибридный резонанс
Рис. 3. Параллельный резонанс
D. Инвертор Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. Здесь инвертор используется для изменения частоты с помощью IGBT или MOSFET [3,6,7].
Обычно в индукционных печах используются инверторы двух типов. На основе IGBT или тиристора. Сравнение обеих топологий показано ниже в Таблице I [2,3]. Таблица I. Сравнение IGBT и инвертора на основе тиристора Инвертор на основе IGBT
Инвертор на основе тиристора
Выпрямитель на основе диода, 3-фазный полный или неуправляемый выпрямитель
Выпрямитель на основе тиристора или управляемый выпрямитель схема
Не требуется
Требуется
Выпрямитель
Рис. 4. Гибридный резонанс (LCL/CCL) Таблица II. Сравнение всех резонансных схем
Switching losses Simplicity for protection and maintenance ZVS & ZCS Flow of current through inverter Higher operating
Series Resonance
Parallel resonance
Hybrid resonance
Moderate
High
Low
Very easy
Easy
Complex
Оба
ZCS Часть тока нагрузки Меньше возможно
Оба
Полно возможно
Можно получить
Легкий Больше напряжения Среднее Выше
Средний Более текущий Плохой Низкий
из конфигурации Тяжелый 80-90% Умеренный
Выше
Самый низкий
Средний
Хороший Простой Минимум при резонансе Частота.
Плохо Умеренно
Лучше Комплексно
Минимум при резонансе
—
Ниже
Умеренно
Частота Вес Выходная мощность КПД Стоимость устройства Номинальная мощность частоты полупроводникового переключателя Коэффициент мощности при любой нагрузке Ток при резонансе
Высшее XL / R 1 2 √ V / R
R / XL 1 2π
1 LC
R L
—
V / (L / CR)
— 9 В таблице II может быть
— 9 видно сравнение всех трех типов резонанса. В этом гибридный резонанс намного лучше по сравнению с последовательным и параллельным резонансом. Но для маломощных приложений параллельный резонанс намного лучше, чем гибридный резонанс [7, 11]. F. Схема драйвера затвора инвертора Схема драйвера затвора предназначена для управления (т. е. для включения и выключения) любого полупроводникового переключателя. Здесь IGBT-переключатель должен быть получен драйвером затвора, поэтому для этого управляющие импульсы получаются от Arduino UNO, поскольку для этой цели использовалась микросхема ATmega328P, а затем управляемые импульсы от Arduino передаются на схему драйвера затвора (в основном Оптопара IC), то драйвер затвора подает оптически изолированные управляющие импульсы на затвор IGBT.
Базовая блок-схема схемы драйвера затвора показана ниже на рис.6.
Индукционная катушка
285 мкH
Рабочая частота
500 Гц
Инвертор
IGBT
Выпрямитель
Диод
B. Предполагается, что метод управления, полученная из целости индукционной печи не концентрирован. Для приложений, требующих постоянного тока, мы выбираем CSI, тогда как, если металл нагрузки является переменным (из-за которого изменяется индуктивность катушки, которая изменяет ток), больше подходит VSI [5,7]. Для обеспечения надлежащего выходного напряжения мы рекомендуем два решения, как показано ниже: i. Однофазный переключатель преобразуется в IGBT-переключатели ii. Для срабатывания этих переключателей используется технология SPWM. C. Однолинейная схема для моделирования
Рис. 6. SLD для моделирования
D. Результаты моделирования в MATLAB i. Напряжение звена постоянного тока
Рис. 5. Схема драйвера затвора для IGBT
На рис.
5 резистор 1 кОм используется для ограничения тока импульса затвора, а резистор 0,5 кОм используется для разряда изолированного конденсатора затвора. Если конденсатор не разряжен, то после отключения затвора импульсы IGBT продолжают срабатывание до полного разряда изолированного затвора IGBT.
Рис. 7. Выходное напряжение промежуточного контура
На рис. 7 видно, что на выходе выпрямителя почти 586В, это 130% от входного напряжения. Постоянное напряжение получается с помощью LC-фильтра ii.
Выходное напряжение
III. МОДЕЛИРОВАНИЕ A. Расчетные значения для предлагаемой модели MATLAB Таблица III. Входные проектные значения для предлагаемой модели MATLAB Мощность
10 кВт
Напряжение
415 В
Ток печи
10 А
Рис. 8. Выходное напряжение инвертора (МИ – 0,9)
0002 Рис.13. Отображает измерение полного гармонического искажения (THD) на кривой напряжения питания. Гармонические искажения уменьшаются за счет добавления пассивного фильтра на стороне источника.
E. PROTEUS Моделирование схемы драйвера GATE Рис. 9. Выходное напряжение инвертора (MI – 0,3)iii.
Выходной ток
Рис. 10. Ток через индукционную катушку (MI -0,9)
Рис. 11. Ток через индукционную катушку (MI -0,3)
На рис. 8, 9, 10 и 11 это может быть видно, что при уменьшении индекса модуляции среднее значение напряжения и тока уменьшается. IV.
Напряжение питания
Рис. 14. Схема Proteus Simulation схемы драйвера GATE
На рис. 14 показана схема управления индукционной печью. Эта схема генерирует импульс затвора для инверторных IGBT. F. Результат моделирования Proteus
Рис. 12. Входное напряжение индукционной печи
На рис. 12 видно, что форма сигнала входного напряжения искажена из-за переключения в преобразователе. Это также вызвано нелинейным характером нагрузки. v.
Рис. 15. Выход схемы управления от Arduino
THD Измерение при напряжении источника На рис. 15 показан выход схемы управления, т.
е. импульс затвора для полномостового инвертора IGBT. IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рис. 13. Измерение THD напряжения питания
В данной статье показано моделирование индукционной печи с параллельной резонансной нагрузкой. Было замечено, что путем добавления фильтра конденсатор-индуктор на выходе выпрямителя пульсации контролируются и обеспечивают постоянное напряжение и плавный ток для инвертора. Кроме того, в инверторе, использующем IGBT с технологией SPWM, управление выходным напряжением
индукционная печь возможна путем изменения индекса модуляции. Предлагается добавить пассивный фильтр для уменьшения TDH в напряжении источника. V. БЛАГОДАРНОСТЬ Мы глубоко признательны г-ну Б. Г. Шаху (Pioneer Furnace Ltd.) за их руководство и постоянный контроль, а также за предоставление необходимой информации о проекте. VI. ССЫЛКИ [1]
[2]
Александр С. Морейра: «Электрическое моделирование и анализ качества электроэнергии трехфазной индукционной печи», IEEE ICHQP 2014, стр.
415-419. BR Pulley: «Последние разработки в области статических высокочастотных источников питания для индукционного нагрева», промышленная электроника и
[3]
[4] [5] [6]
[7]
[8]
Контрольно-измерительные приборы , IEEE Transaction, Vol.17, No.4 1970, стр. 297-312. Рикардо Фуэнтес, Патрисия Лагос, Джоге Эстрада: «Саморезонансная индукционная печь с технологией IGBT», IEEE ICIEA 2009, стр. 1371-1374 Судип Пьякурьял, Мохаммад Мартин: «Конструкция фильтра для преобразователя переменного тока в постоянный», IRJES, Vol.2 , №6 2013, стр. 42-49. Араш Киёмарси: «Замкнутый контур управления мощностью индукционной печи», IEEE ICEM 2008, стр. 1-6. Санджай Р. Джоши, Виралкумар Соланки: «Моделирование индукционной печи и сравнение с реальной индукционной печью», IJRTE, Vol.2, No.4 2013, стр. 105-109 Сибилла Дикерхофф: «Проектирование LCL-резонансного инвертора на основе IGBT Для высокочастотного индукционного нагрева», Конференция по промышленным приложениям IEEE 1999, том 3, стр.