Сайт Кафедры "Информатика и ИТ"

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ИНДУКЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ТРЕБОВАНИЯ К ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМ ЧАСТОТЫ
1.1. Традиционные области применения тиристорных преобразователей частоты
1.2. Новые технологии с применением тиристорных преобразователей частоты
1.3. Особенности режимов индукционного нагрева металлических, порошковых и композиционных изделии при наличии ограничений на переменные состояния объекта

ГЛАВА 2. ТИРИСТОРНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ МАШИНОСТРОЕНИЯ
2.1. Классификация тиристорных инверторов
2.2. Мостовой последовательный инвертор со встречно-параллельными диодами и удвоением частоты
2.3. Мостовой последовательный инвертор без встречно-параллельных диодов
2.4. Простой несимметричный инвертор

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
3.1. Работа трехфазного выпрямителя в качестве источника питания инверторов
3.2. Анализ электромагнитных процессов в высокочастотном инверторе с дросселями насыщения
3.3. Анализ электромагнитных процессов в мостовом последовательном инверторе без встречно-параллельных диодов
3.4. Анализ электромагнитных процессов в простом несимметричном инверторе

ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ИНВЕРТОРОВ
4.1. Классификация индуктивных элементов
4.2. Обоснование выбора критериев оптимизации индуктивных элементов
4.3. Экспертная система проектирования индуктивных элементов
4.4. Математические модели векторной оптимизации индуктивных элементов различных конструктивных исполнений
4.5. Инженерная методика расчета индуктивных элементов
4.6. Гибридный индуктивный модуль, алгоритм его расчета и оптимизации
4.7. Конструктивное исполнение индуктивных элементов последовательных инверторов

ГЛАВА 5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С ЧАСТОТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
5.1. Особенности аппаратурной реализации устройств частотного управления тиристорным преобразователями частоты
5.2. Обеспечение надежности пуска, управления и защиты частотно-регулируемых тиристорных преобразователей частоты
5.3. Серия тиристорных преобразователей частоты для различных технологий
5.4. Согласование тиристорного преобразователя частоты с нагрузкой

ПРЕДИСЛОВИЕ

Индукционные установки, созданные на базе тиристорных преобразователей частоты, сделались необходимой составной частью крупных механизированных агрегатов, автоматических линий, целых цехов и заводов. Эксплуатация подтверждает их высокие технико-экономические показатели, которые получены за счет применения в качестве источников высокочастотного питания тиристорных преобразователей частоты. Главные преимущества тиристорных преобразователей заключены в малом расходе электроэнергии, за счет повышенного КПД и высокие регулировочные свойства, с глубиной регулирования 1:20. Используя резонансные свойства нагрузочного колебательного контура и изменяя частоту управления тиристорами, возможно осуществлять плавное регулирование мощности в ходе всего технологического процесса без переключений в силовых цепях и без громоздких коммутирующих устройств. Принципы регулирования, заложенные в тиристорных преобразователях частоты, позволяют использовать микропроцессоры, которые открывают широкие возможности оптимального программного управления самыми сложными технологическими процессами.

Улучшение частотных свойств тиристоров и диодов и увеличение их допустимых токовых нагрузок позволило Научному конструкторско-технологическому бюро "Вихрь" совместно с Научным производственным предприятием "Курай" г.Уфы создать унифицированные тиристорные преобразователи частоты третьего поколения.

К сожалению, в научно-технической литературе уровень технической проработки вопросов создания унифицированных тиристорных преобразователей частоты не соответствует важности этой проблемы. Более подробно освещены вопросы, связанные с созданием преобразователей на базе схем параллельных инверторов: схемотехника, расчет, управление мощностью, эксплуатация, конструирование. Что же касается преобразователей на базе схем последовательных резонансных инверторов, то анализ электромагнитных процессов в таких инверторах изложен фрагментарно в научно-технических сборниках и журнальных статьях, а методика инженерного расчета параметров элементов последовательных резонансных инверторов практически отсутствует. Кроме того, более подробно освещены вопросы проектирования, конструирования и эксплуатации специализированных преобразователей, для конкретного технологического процесса, а разработке, конструированию и эксплуатации унифицированных преобразователей на базе последовательных резонансных инверторов не уделяется должного внимания.

Накопленный многолетний опыт разработки и внедрения тиристорных преобразователей частоты на базе последовательных резонансных инверторов побудил авторов написать эту книгу, адресованную прежде всего электротехникам и эксплуатационникам промышленных предприятий. В ней основное внимание уделено схемам тиристорных преобразователей частоты на базе трех основных схем последовательных резонансных инверторов, которые нашли наибольшее распространение в промышленности: мостового последовательного резонансного инвертора со встречно-параллельными диодами и удвоением частоты, мостового последовательного резонансного инвертора без встречно-параллельных диодов и простого несимметричного инвертора со встречно-параллельными диодами.

Главной задачей конструирования и эксплуатации индукционных установок с унифицированными преобразователями частоты является правильный выбор параметров каждого элемента схемы, создание взаимозаменяемых унифицированных блоков и оптимальное согласование режимов работы преобразователя с нагрузочным колебательным контуром. Рассмотрению данных вопросов и посвящена настоящая книга.

Предисловие, введение, глава первая, посвященная особенностям технологических процессов нагрева токопроводящих изделий и электромагнитного воздействия на расплав в машиностроении и требования к тиристорным преобразователям частоты, а также глава тиристорные последовательные резонансные инверторы в технологических комплексах машиностроения, - написаны Белкиным А.К. и Шуляком А.А. Глава третья, посвященная определению параметров тиристорных преобразователей частоты, написана Рогинской Л.Э. Глава четвертая "Расчет параметров индуктивных элементов последовательных инверторов" написана Костюковой Т.П. (за исключением разд. 4.6, написанного Белкиным А.К. совместно с Рогинской Л.Э. и разд. 4.7, написанного Белкиным А.К.). Глава пятая, в которой рассмотрены промышленные тиристорные преобразователи частоты с частотным управлением, написана Белкиным А.К. и Шуляком А.А. (за исключением разд. 5.4, написанного совместно Белкиным А.К., Рогинской Л.Э., Шуляком А.А.).

В индукционной электротехнологии параметры нагрузочного колебательного контура могут изменяться в широком диапазоне. Изменение электрических параметров вызывается изменением удельного электрического сопротивления и магнитной проницаемости при нагреве металлов, а для индукционных сталеплавильных тигельных печей изменением и геометрических размеров нагреваемого тела в результате сваривания и расплавления шихты. Следует отметить, что удельное сопротивление стали при нагреве возрастает вплоть до точки магнитных превращений (точки Кюри). В дальнейшем рост его замедляется. При температуре выше 1000°С удельные сопротивления стали различных маток практически становятся одинаковыми. Магнитная проницаемость слабо зависит от температуры примерно до 650…700°С, после чего быстро уменьшается и достигает значения, примерно равного магнитной проницаемости вакуума.

Таким образом, в зависимости от нагреваемого тела электрические параметры нагрузочного контура могут изменяться в широком диапазоне. А так как нагрузочный контур является составной частью схемы тиристорного преобразователя частоты, выполненного на базе последовательного резонансного инвертора, изменение параметров нагрузки вызывает изменение режима работы самого преобразователя. Следовательно, тиристорный преобразователь частоты, объект управления (нагрузочный колебательный контур) и система управления образуют сложную техническую систему- индукционную установку, которую часто называют управляемым тиристорно- индукционным комплексом.

Нетрудно заметить, что тиристорный преобразователь частоты является основной составной частью любой индукционной установки. От надежной его работы зависит надежная работа установки в целом, а значит и результат выполняемого технологического процесса. Поэтому так важно при создании тиристорного преобразователя частоты правильно определить параметры его составных элементов и узлов, спроектировать такую систему управления, которая бы обеспечивала работу преобразователя в широком диапазоне изменения параметров нагрузочного колебательного контура. Что же касается конструкции тиристорного преобразователя частоты, то следует отметить её специфические особенности, вызванные большим числом разнообразных элементов, входящих в состав любого преобразователя. Как следствие, большое количество вариантов схемных решений и конструктивных исполнений.

Целью настоящей книги является рассмотрение вопросов связанных с правильным выбором элементов тиристорных преобразователей частоты на основе анализа электромагнитных процессов в инверторе; оптимального согласования параметров инвертора с параметрами нагрузки и вопросы унификации конструкции преобразователей. В целом авторы стремились изложить материал по проблемам создания и эксплуатации тиристорных преобразователей частоты с точки зрения инженера, на прикладных аспектах и наглядной интерпретации вопросов.