RU2774919C1 - Двухчастотный инвертор тока (варианты) - Google Patents
Двухчастотный инвертор тока (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774919C1 RU2774919C1 RU2021124314A RU2021124314A RU2774919C1 RU 2774919 C1 RU2774919 C1 RU 2774919C1 RU 2021124314 A RU2021124314 A RU 2021124314A RU 2021124314 A RU2021124314 A RU 2021124314A RU 2774919 C1 RU2774919 C1 RU 2774919C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminals
- frequency
- inductor
- inverter
- valves
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 11
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 6
- 206010021245 Idiopathic thrombocytopenic purpura Diseases 0.000 description 4
- HAEJPQIATWHALX-KQYNXXCUSA-N Inosine triphosphate Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O[C@H]1N1C(N=CNC2=O)=C2N=C1 HAEJPQIATWHALX-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003534 oscillatory Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение – двухчастотный инвертор тока – относится к области электротехники и металлургии, а именно к системам электропитания индукционных тигельных печей. Инвертор состоит из однофазного вентильного моста, к зажимам переменного тока которого подключен индуктор тигельной печи, зашунтированный компенсирующим конденсатором, а зажимы постоянного тока моста подключены через фильтровый дроссель к выходным зажимам выпрямителя. Новым является то, что инвертор снабжен дополнительным конденсатором и двумя реакторами, соединенными последовательно с вентилями анодной или катодной группы и подключенными к выходным зажимам, причем обкладки дополнительного конденсатора соединены с общими выводами реакторов и вентилей. Кроме этого, в схему инвертора введен второй дополнительный конденсатор, соединенный последовательно с первым дополнительным конденсатором, общий вывод которых подключен к средней точке индуктора тигельной печи. Предлагаемый двухчастотный инвертор тока позволяет одновременно формировать в индукторе токи низкой и высокой частот. Управление режимами электропитания токами высокой и низкой частот позволяет расширить функциональные возможности индукционной тигельной печи, повысить эффективность индукционной плавки и улучшить качество получаемых сплавов путем управления процессом перемешивания металла токами низкой частоты. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и металлургии, а именно, к источникам электропитания на основе полупроводниковых преобразователей частоты для индукционного нагрева и плавки металлов.
Индукционный нагрев и плавка металлов токами высокой частоты обеспечивает высокую эффективность термической обработки металлов и высокий КПД при оптимальном выборе частоты тока. При плавке металлов в индукционных тигельных печах (ИТП) оптимальный выбор частоты тока будет разным на определенных стадиях плавки металлов. На этапе разогрева твердой шихты целесообразно выбирать повышенную частоту питающего тока, а на этапе технологической обработки жидкого металла питание должно осуществляться многофазными токами низкой частоты для создания одноконтурного гидродинамического перемешивания под воздействием электродинамических сил. Электродинамическое давление на ванну жидкого металла по мере снижения частоты тока увеличивается, а интенсивность нагрева металла падает. Следовательно, для одновременного нагрева и перемешивания металла необходимо осуществлять комбинированное питание индуктора ИТП токами высокой и низкой частоты. Для реализации этого способа электропитания необходимо иметь два раздельных индуктора, один из которых предназначен для нагрева (однофазный), а второй - для перемешивания (двух- или трехфазный) [Л1, с. 213, Приложение 1]. Кроме этого, надо использовать два независимых источника питания токами низкой и высокой частоты, снабженных фильтро-компенсирующими устройствами, исключающими возможность проникновения токов разных частот в источник тока другой частоты. При многофазном питании индуктора ИТП токами низкой частоты под действием электродинамических сил создается одноконтурная циркуляция жидкого металла в тигле печи, что обеспечивает эффективное перемешивание металла, гомогенизацию его химического состава и выравнивание температуры по всему рабочему объему тигля.
Однако, реализация такой системы электропитания ИТП существенно усложняет плавильный комплекс, а его массогабаритные и стоимостные показатели значительно увеличиваются.
В качестве источника электропитания для установок индукционного нагрева и плавки используются полупроводниковые преобразователи частоты, построенные по двухзвенной структурной схеме и состоящие из выпрямителя и автономного инвертора. Наиболее эффективным для преобразования постоянного тока в переменный высокочастотный ток является мостовой параллельный инвертор тока, схема которого взята в качестве прототипа [Л2, рис 2.1, приложение 2].
Предлагаемое изобретение - двухчастотный инвертор тока - позволяет расширить функциональные возможности одновременного питания печи токами высокой и низкой частоты, а так же повысить эффективность системы электропитания на разных стадиях плавки путем управления процессом перемешивания металла токами низкой частоты.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что двухчастотный инвертор тока содержит однофазный вентильный мост, к зажимам переменного тока которого подключен индуктор тигельной печи, зашунтированный компенсирующим конденсатором, а зажимы постоянного тока моста подключены через фильтровый дроссель к выходным зажимам выпрямителя.
Новым является то, что в схему инвертора введен дополнительный конденсатор и два реактора, расположенные между анодом и катодом вентилей соответствующего плеча моста, и подключенные к выходным зажимам, причем обкладки дополнительного конденсатора соединены с общими выводами реакторов и вентилей. Кроме этого, в схему инвертора введен второй дополнительный конденсатор, соединенный последовательно с первым дополнительным конденсатором, общий вывод которых подключен к средней точке индуктора тигельной печи.
На фиг. 1 приведена схема двухчастотного инвертора тока по первому варианту, в которой обозначено:
1, 2 - вентили анодной группы моста инвертора;
3, 4 - вентили катодной группы моста инвертора;
5 - фильтровый дроссель;
6 - компенсирующий конденсатор;
7 - индуктор тигельной печи;
8, 9 - реакторы;
10 - дополнительный конденсатор.
Индуктор печи 7 и компенсирующий конденсатор 6 образуют высокочастотный нагрузочный контур, собственная частота которого выбирается оптимальной для режима нагрева и плавки шихты в ИТП. Низкочастотный нагрузочный контур образован реакторами 8, 9, индуктором печи 7 и шунтирующим их дополнительным конденсатором 10, собственная частота которого выбирается оптимальной для режима перемешивания жидкого металла.
Управление инвертором осуществляется путем подачи импульсов управления на вентили анодной группы 1, 2 на частоте несколько выше резонансной частоты высокочастотного контура, при которой обеспечивается коммутация этих вентилей. Управление на вентили катодной группы 3, 4 осуществляется на частоте несколько выше резонансной частоты низкочастотного контура, при которой обеспечивается коммутация указанных вентилей. В добротных контурах низкой и высокой частоты проявляется эффект резонанса токов, в результате чего по индуктору 7 протекает суммарный ток высокой и низкой частоты синусоидальной формы.
Соотношение величин токов низкой и высокой частоты в индукторе определяется уровнями отстройки частот управления вентилями от резонансных частот колебательных контуров. При увеличении отстройки частоты управления вентилями катодной группы 3, 4 от резонансной частоты низкочастотного контура, уровень низкочастотного тока в индукторе уменьшается. Наоборот, при увеличении отстройки частоты управления вентилями анодной группы 1, 2 от резонансной частоты высокочастотного колебательного контура уровень высокочастотного тока в индукторе уменьшается.
Таким образом, в рабочих режимах работы инвертора по условиям оптимального ведения процессов плавки на этапе разогрева и расплавления шихты целесообразно преобладание тока высокой частоты в индукторе, при котором достигается наибольший КПД индуктора и обеспечивается интенсивный разогрев и плавление шихты. На этапе технологической обработки металла целесообразно преобладание низкочастотного тока, когда увеличиваются электродинамические силы давления на ванну жидкого металла, увеличивается скорость движения металла и повышается интенсивность его перемешивания.
Поскольку по индуктору протекает однофазный ток низкой частоты, циркуляция металла в тигле ИТП осуществляется в двух контурах, в нижней и верхней половинах, металл вращается раздельно, почти без взаимного перемешивания. Для достижения полного перемешивания металла во всем объеме тигля необходимо осуществлять питание индуктора двух- или трехфазным током низкой частоты [Л1].
На фиг. 2 приведена схема двухчастотного инвертора тока по второму варианту, в которой обозначено:
1, 2 - вентили анодной группы моста инвертора;
3, 4 - вентили катодной группы моста инвертора;
5 - фильтровый дроссель;
6 - компенсирующий конденсатор;
7 - индуктор тигельной печи;
8, 9 - реакторы;
10, 11 - дополнительные конденсаторы.
Высокочастотный контур образован индуктором 7 и компенсирующим конденсатором 6. Низкочастотные колебательные контуры образованы: верхний - верхней частью индуктора 7, реактором 8 и дополнительным конденсатором 10, а нижний - нижней частью индуктора 7, реактором 9 и дополнительным конденсатором 11.
Вентили анодной группы 1, 2 моста инвертора работают на частоте несколько выше собственной частоты высокочастотного контура, при которой обеспечивается их коммутация. Резонансная частота верхнего низкочастотного контура должна быть ниже собственной частоты нижнего низкочастотного контура. Тогда в верхней части индуктора будет протекать отстающий по фазе синусоидальный ток низкой частоты по отношению к току в нижней части индуктора, что обуславливает появление аксиальных электродинамических сил, действующих на ванну жидкого металла и направленных вверх вдоль оси тигля печи.
Воздействие аксиальных электродинамических сил меняет характер циркуляции жидкого металла, которая переходит из двухконтурной в одноконтурную с восходящим потоком металла, что обеспечивает перемешивание металла по всему объему тигля.
Изменение резонансной частоты низкочастотных контуров можно производить изменением емкости дополнительных конденсаторов 10, 11. При этом может быть получена одноконтурная циркуляция металла, как с восходящим потоком металла, так и с нисходящим потоком металла. Оба режима циркуляции металла могут использоваться на этапе технологической обработки металла при реализации различных металлургических процессов.
Источники информации
1. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. Учебное пособие для вузов М.: Энергия, 1967 г, с 213.
2. Гитгарц Д.А., Иоффе Ю.С. Новые источники питания и автоматика индукционных установок для нагрева и плавки. М.: Энергия, 1972 г.
Claims (2)
1. Двухчастотный инвертор тока, содержащий однофазный вентильный мост, к зажимам переменного тока которого подключен индуктор тигельной печи, зашунтированный компенсирующим конденсатором, а зажимы постоянного тока подключены через фильтровый дроссель к выходным зажимам выпрямителя, отличающийся тем, что введены два реактора, расположенные между анодом и катодом вентилей соответствующего плеча моста и подключенные к выходным зажимам, и дополнительный конденсатор, причем обкладки дополнительного конденсатора соединены с общими выводами реакторов и вентилей.
2. Двухчастотный инвертор тока, содержащий однофазный вентильный мост, к зажимам переменного тока которого подключен индуктор тигельной печи, зашунтированный компенсирующим конденсатором, а зажимы постоянного тока подключены через фильтровый дроссель к выходным зажимам выпрямителя, отличающийся тем, что введены два реактора, расположенные между анодом и катодом вентилей соответствующего плеча моста и подключенные к выходным зажимам, и первый и второй дополнительные конденсаторы, причем обкладки дополнительных конденсаторов соединены с общими выводами реакторов и вентилей, второй дополнительный конденсатор соединен последовательно с первым дополнительным конденсатором, общий вывод первого и второго конденсаторов подключен к средней точке индуктора тигельной печи.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774919C1 true RU2774919C1 (ru) | 2022-06-24 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4692855A (en) * | 1985-09-09 | 1987-09-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Constant voltage and frequency type PWM inverter with minimum output distortion |
RU2309557C1 (ru) * | 2006-04-03 | 2007-10-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "УПИ-Резонанс" | Устройство для индукционного нагрева |
RU90275U1 (ru) * | 2009-08-31 | 2009-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией |
RU2394350C2 (ru) * | 2008-07-16 | 2010-07-10 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Двухчастотное резонансное преобразовательное устройство |
RU113104U1 (ru) * | 2011-05-17 | 2012-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | Преобразовательное устройство для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4692855A (en) * | 1985-09-09 | 1987-09-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Constant voltage and frequency type PWM inverter with minimum output distortion |
RU2309557C1 (ru) * | 2006-04-03 | 2007-10-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "УПИ-Резонанс" | Устройство для индукционного нагрева |
RU2394350C2 (ru) * | 2008-07-16 | 2010-07-10 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Двухчастотное резонансное преобразовательное устройство |
RU90275U1 (ru) * | 2009-08-31 | 2009-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией |
RU113104U1 (ru) * | 2011-05-17 | 2012-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | Преобразовательное устройство для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3478156A (en) | Polyphase stirring of molten metal | |
EP2135483B1 (en) | Current fed inverter with pulse regulator for electric induction heating, melting and stirring | |
CN101099413B (zh) | 交流电还原炉的控制装置 | |
KR102498765B1 (ko) | 전기 아크로 및 대응하는 장치의 전력 방법 | |
JP2004532502A (ja) | 溶融金属の同時的な誘導加熱及び攪拌 | |
RU2774919C1 (ru) | Двухчастотный инвертор тока (варианты) | |
Hobson et al. | Transistorized power supplies for induction heating | |
CN101658066B (zh) | 用于电感应加热、熔化和搅拌的具有脉冲调节器的电流反馈逆变器 | |
RU2460246C1 (ru) | Преобразовательное устройство для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора и способ управления преобразовательным устройством для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора | |
US6618426B1 (en) | Electromagnetic stirring of a melting metal | |
RU2778339C1 (ru) | Установка индукционной плавки металлов | |
RU203248U1 (ru) | Установка двухчастотной индукционной плавки металлов | |
RU113104U1 (ru) | Преобразовательное устройство для индукционного нагрева на основе параллельного мостового резонансного инвертора | |
CN105518401A (zh) | 用于运行电弧炉的方法和电弧炉 | |
Lusgin et al. | Power supplies for dual-frequency induction melting of metals | |
RU57063U1 (ru) | Преобразователь частоты для индукционного нагрева | |
Tiwari et al. | Simulation of IGBT based Power Supply for Induction Melting Furnace | |
Pavlovs et al. | LES-study of heat transfer in the melt for metallurgical MHD devices with power supply by inductor and over electrodes | |
RU2779469C1 (ru) | Способ перемешивания металла в индукционной тигельной печи | |
CN114923332B (zh) | 一种能同时实现电磁加热与电磁搅拌的装置及控制方法 | |
RU2309558C1 (ru) | Однофазное преобразовательное устройство переменно-переменного тока для индукционного нагрева | |
Frizen et al. | Choice of compensating device for induction furnace with dual-frequency power supply | |
RU2216883C2 (ru) | Источник питания дуговой печи постоянного тока | |
RU2231904C2 (ru) | Устройство для индукционного нагрева и способ управления устройством для индукционного нагрева | |
Frizen et al. | Induction crucible furnace with reactive power nonsymmetrical compensation of inductor sections |