SU741390A1

SU741390A1 - Static frequency converter

Info

Publication number: SU741390A1
Application number: SU762405331A
Authority: SU
Inventors: Владимир Георгиевич Казанцев; Виктор Васильевич Карташев; Ринат Низамович Киямов; Анатолий Викторович Старцев
Original assignee: Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1980-06-15

Description

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ(54) STATIC FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относитс к преобразо вательной технике и может быть испол зовано в устройствах дл индукционно го нагрева металлов. Известны преобразователи частоты, содержащие автономный последователь ный инвертор, систему управлени и систему автоматической стабилизации коэффициента мощности нагрузки 1. Недостатком,известных статических преобразователей частоты вл ютс сравнительно невысокий КПД, недостаточное использование по мощности в устройствах индукционного нагрева металлов при изменении параметров нагрузк : в широких пределах. Из известных статических преобразователей частоты наиболее близким политехнической сущности вл етс ста ти еский преобразователь 2 , содержащий автономный последовательный мо товой инвертор со встречно-параллель ными диодами, систему автоматической стабилизации соотношений токов пр мой и обратной полуволн. В ходе р да техно.погических процессов индук ционного нагрева имеет место значительное изменение эквивалентного сопротивлени и собственной частоты на грузочного контура. Началу нагрева магнитных материалов соответствует уменьшенное значение эквивалентного сопротивлени и собственной частоты нагрузочного контура. Система автоматической стабилизации коэффициента мощности нагрузки уменьшает частоту выходного тока инвертора, при этом увеличиваетс врем бестоковой паузы и, как следствие, уменьшаетс действующее значение выходного тока. Таким образом, выходна мощность инвертора, равна произведению квадрата выходнсй о тока. нд,. эквивалентноесопротивление нагрузки, в начале нагрева имеет уменьшенное значение. Следствием снижени выходной мощности преобразовател частоты вл етс снижение его КПД и увеличение времени нагрева. По мере повышени температуры , нагреваемого тела из ферромагнитного материала растет эквивалентное сопротивление и собственна частота нагрузочного контура. При достижении определенного значени эквивалентного сопротивлени нагрузки система автоматической стабилизации соотношений токов пр мой и обратной полуволн измен ет Частоту инвертировани таким образом, что уменьшаетс коэффициент мощности нагрузки, при этом элементы инвертора загружаютс дополнительным реактивным током, что снижает надежность работы преобразовател частоты.The invention relates to a conversion technique and can be used in devices for inductive heating of metals. Frequency converters are known that contain an autonomous series inverter, a control system and a system for automatically stabilizing the power factor of load 1. A disadvantage of known static frequency converters are relatively low efficiency, insufficient use of power in metal induction heating devices when changing load parameters: over wide limits . Of the known static frequency converters, the closest polytechnic entity is the stationary converter 2, which contains an autonomous serial power inverter with counter-parallel diodes, a system for automatically stabilizing the ratios of forward and reverse half-wave currents. In the course of a number of techno-logical processes of induction heating, there is a significant change in the equivalent resistance and natural frequency of the load circuit. The beginning of heating of magnetic materials corresponds to a reduced value of the equivalent resistance and the natural frequency of the load circuit. The system of automatic stabilization of the power factor of the load reduces the frequency of the output current of the inverter, this increases the dead time and, as a result, the effective value of the output current decreases. Thus, the output power of the inverter is equal to the product of the square of the output of the current. ND equivalent to the load resistance, at the beginning of heating has a reduced value. The consequence of a decrease in the output power of the frequency converter is a decrease in its efficiency and an increase in the heating time. As the temperature of the heated body made of ferromagnetic material increases, the equivalent resistance and the intrinsic frequency of the load circuit increase. When a certain value of equivalent load resistance is reached, the automatic stabilization of the forward and reverse half-wave current ratios changes the inversion frequency in such a way that the power factor of the load decreases, and the inverter elements are loaded with additional reactive current, which reduces the reliability of the frequency converter.

Цель изобретени - повышение КПД, надежности и сокращение времени нагрева .The purpose of the invention is to increase efficiency, reliability and reduce heating time.

Поставленна цель достигаетс тем, что в статическом 1феобразователе частоты, содержадем автономный последовательный инвертор, нагруженный на колебательный контур индукционной установки, систему управлени инвертором с распределителем импульсов, систему стабилизации коэффициента мощности нагрузки и пороговый элемент, к выходу которого подключена схема задержки, выход которой подключен к одному из входов элемента И, ко второму входу которого подключен выход нуль-органа, вход которого соединен с выходом инвертора, выход элемента И соединен с входом распределител импульсов, выходы которого через усилители подключены к соответствукхдим полупроводниковым ключам, через которые дополнительные конденсаторы подключены параллельно основным.The goal is achieved by the fact that in a static frequency converter, there is an autonomous series inverter loaded on an oscillating circuit of an induction installation, an inverter control system with a pulse distributor, a load power factor stabilization system and a threshold element to the output of which is connected a delay circuit whose output is connected to one of the inputs of the element And, to the second input of which the output of the zero-organ is connected, the input of which is connected to the output of the inverter, the output of the element And with It is connected to the input of a pulse distributor, the outputs of which are connected via amplifiers to corresponding dhc semiconductor switches, through which additional capacitors are connected in parallel with the main one.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - зависимости выходного напр жени инвертора от частоты инвертировани .FIG. 1 is a block diagram of the device; in fig. 2 shows the inverter output voltage as a function of the inversion frequency.

Устройство содержит автономный последовательный инвертор 1, нагруженный на колебательный контур, состо щий из индуктора 2 и основной компенсирующей батареи 3, систему 4 управлени инвертором, систему 5 автоматической стабилизации и коэффициента мощности, пороговое устройство б, вход которого подключен к выходу инвертора, к выходу порогового устройства подключены схема 7 задержки и схема 8 изменени частоты инвертировани , причем выход последней подключен к системе 4 управлени инвертором , а выход схемы 7 задержки подключен к одному из входов логической схемы И 9/ ко вторюму входу которой подключен выход нуль-органа 10, вход нуль-органа соединен с выходом инвертора 1, выход логической схемы И соединен с входом распределител импульсов 11, выходы еххэ через источники тока управлени 12, 13 подключены к соответствующим полупроводниковьЕМ ключам 14, 15, а дополнительные конденсаторы 16, 17 компенсирующей батареи подключены параллельно основной батарее 3 через ключи 14, 15The device contains an autonomous serial inverter 1, loaded on an oscillating circuit consisting of an inductor 2 and a main compensating battery 3, an inverter control system 4, an automatic stabilization system 5 and a power factor, a threshold device b, the input of which is connected to the output of the inverter The devices are connected to a delay circuit 7 and a circuit 8 for changing the inversion frequency, the output of which is last connected to the inverter control system 4, and the output of the delay circuit 7 is connected to one of the inputs of the logic circuit AND 9 / to the second input of which the output of the zero-organ 10 is connected, the input of the zero-organ is connected to the output of the inverter 1, the output of the logic circuit I is connected to the input of the pulse distributor 11, the outputs exxhe are connected to the corresponding semiconductor keys 14, 15, and additional capacitors 16, 17 of the compensating battery are connected in parallel to the main battery 3 via the keys 14, 15

В начале нагрева инвертор 1 работает на колебательный контур, состо щий из индуктора 2, параллельно которому подключена только основна батаре 3 конденсаторов. Система 5 автоматической стабилизации коэффициента мощности нагрузки устанавливает частоту инвертировани , равной CJa, что соответствует точке а кривой 18, По мере повышени температуры металла и достижени точки Кюри происходит потер магнитных свойств, что приводит к увеличению собственной частоты колебательного контура и увеличению его эквивалентного активного сопротивлени . Увеличение сопротивлени ведет к увеличению выходного напр жени и мощности инвертор При достижении выходного напр жени инвертора б кривой 19 срабатывае пороговое устройство б и включаетс схема изменени частоты, котора воздейству ,на систему управлени инвертором 4, переводит его из рабочей точки б в точку в кривой 19. Пороговое устройство включает также и схему задержки 7, врем задержки которой равно времени изменени частоты схемой 8. Схема изменени частоты 8 необходима дл предотвращени перенапр жений в инверторе с индуктивным фильтром на входе при резком изменении собственной частоты контура нагрузки. При срабатывании схемы задержки 7 и приходе очередного сигнала с нуль-орган 10 логическа схема И выдает сигналы на распределитель импульсов 11,, с выхода которого через источник тока управлени 12 подаетс управл ющий сигнал на полупроводниковый ключ 14. Нуль-орган 10 предназначен дл синхронизации включени полупроводникового ключа с моментом перехода напр жени на индукторе 2 через нулевое значение с целью снижени скорости нарастани тока включающихс полупроводниковых управл емых вентилей. Включением ключа 14 осуществл етс подключение дополнительного конденсатора 16, параллельного основной батарее компенсирующих конденсаторов 8.At the beginning of heating, the inverter 1 operates on an oscillating circuit consisting of an inductor 2, in parallel with which only the main battery of 3 capacitors is connected. The system 5 for automatically stabilizing the power factor of the load sets the frequency of inversion equal to CJa, which corresponds to the point a of curve 18. As the metal temperature rises and the Curie point is reached, the loss of magnetic properties occurs, which leads to an increase in the natural frequency of the oscillating circuit and an increase in its equivalent resistance. An increase in the resistance leads to an increase in the output voltage and power of the inverter. When the output voltage of the inverter b reaches curve 19, the threshold device b is triggered and the frequency change circuit, which affects the control system of the inverter 4, switches it from operating point b to point in curve 19 The threshold device also includes a delay circuit 7, the delay time of which is equal to the frequency variation time of the circuit 8. The frequency variation circuit 8 is necessary to prevent overvoltages in the inverter m filter at the inlet with a sudden change the natural frequency of the load circuit. When the delay circuit 7 is triggered and the next signal arrives from the null organ 10, the logic circuit I outputs signals to the pulse distributor 11, from whose output the control signal 12 is fed to the semiconductor switch 14 via the source of control current 12. a semiconductor switch with the moment of voltage transition on the inductor 2 through a zero value in order to reduce the rate of increase of the current of the turning on semiconductor controlled gates. By turning on the switch 14, an additional capacitor 16 is connected, parallel to the main battery of the compensating capacitors 8.

Инвертор из точки в кривой 19 переходит в точку г кривой 20. Система автоматической стабилизации коэффициента мощности нагрузки перег в точводит инвертор из точкиThe inverter from point in curve 19 goes to point g of curve 20. The system of automatic stabilization of the load power factor nag to point leads the inverter from point

I II I

ку д по кривой 20. Точкаcu d curve 20. Point

д d

Q расположена ниже точки б (фиг. 2 потому что с подключением дополнительного конденсатора 16 снижаетс собственна частота нагрузки, а также и частота инвертировани , с уменьшением которой уменьшаетс выходной ток и выходное напр жение инвертора . При дальнейшем нагреве происходит потер магнитных свойств более глубоких слоев нагреваемого тела, растут выходна мощность и напр жение , и при достижении уровн срабатывани порогового устройства аналогично подключаетс следующа ступень конденсаторов,Q is located below point b (Fig. 2 because with the connection of an additional capacitor 16 the intrinsic load frequency decreases as well as the inversion frequency, with a decrease in which the output current and output voltage of the inverter decrease. With further heating, the magnetic properties of the deeper layers of the heated are lost bodies, the output power and voltage increase, and when the trigger level reaches the threshold device, the next capacitor stage is connected in the same way,

Количество подключаемых ступеней конденсаторов находитс в зависимоеThe number of connected capacitor stages is dependent

Claims

Claim

A static frequency converter containing an autonomous serial inverter loaded on an oscillatory circuit of an induction installation, an inverter control system with a pulse distributor, a load power factor stabilization system and a threshold element, characterized in that, in order to increase efficiency and reliability, a circuit is connected to the output of the threshold element delays, the output of which is connected to one of the inputs of the AND element, to the second input of which the output of the zero-organ connected to the output is connected with its output inverter, and the output of the And element is connected to the input of the pulse distributor, 5 whose outputs are connected through amplifiers to semiconductor switches, through which additional capacitors are connected in parallel with the main ones. . .

IQ Sources of information taken into account in the examination

1. USSR Copyright Certificate No. 506104, cl. H 02 M 5/40, 1975.

2. Godin V.F., Buslenko E.M. System of automatic regulation of the inverter operation mode. ¹ 'Electrical Engineering', No. 1, 1976, p. 39-41 (prototype).

cniipi Order 3215/52 Circulation 783 _______ Subscription

PPP ’’ Patent ’Branch, Uzhhorod, st. Project, 4