МАГНИТОПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ КАК НАПРАВЛЕНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

MAGNETIC-SEMICONDUCTOR FREQUENCY MULTIPLIERS AS A DIRECTION FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF POWER SUPPLIES

Karimov Ruslan Dinarovich

Candidate of Science, Senior Researcher, Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Ufa

Gorbunov Anton Sergeyevich

Candidate of Science, Senior lecturer Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Ufa

Mednov Anton Aleksandrovich

Junior Researcher, Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются основные способы расширения частотного диапазона в источниках питания электротехнологических установок индукционного нагрева. Предложен оригинальный способ кратного увеличения выходной частоты инвертирующего модуля.

ABSTRACT

The article discusses the main methods of expanding the frequency range in power supplies for electrical installations of induction heating. An original method of multiplying the output frequency of the inverting module is proposed.

Ключевые слова: инвертор; умножение частоты; ферромагнитный преобразователь частоты.

Keywords: inverter; frequency multiplication; ferromagnetic frequency converter.

Для источников питания электротехнологических установок индукционного нагрева (ЭТУИН) важной является возможность расширения рабочих частот. Необходимость такого увеличения кроется как в получении выходных частот для двухчастотного нагрева, так и в снижении коммутационной нагрузки на полупроводниковые ключи инвертора.

Расширение рабочих частот инвертора достигается применением оригинальных схемных решений (Рисунок 1).

 Рисунок 1. Способы расширения частотного диапазона

Чаще всего в технической литературе встречаются следующие способы [1]:

• увеличение количества вентильно-конденсаторных ячеек;
• использование схем с отсекающим диодом;
• использование схем со встречно-параллельными диодами;
• совместная работа многофункционального трансформатора и полупроводникового инвертора.

При этом последний способ примечателен тем, что может быть совместим с большинством вышеупомянутых схем инверторов. В источнике питания ЭТУИН, основу которого представляет резонансный мостовой инвертор, реализована схема каскадного включения с ферромагнитным преобразователем частоты (ФПЧ) (рисунок 2). Для такой схемы работы требуется поддерживать параметры и режим работы, обеспечивая условие [2]:

                                            (1)

                                               (2)

где – максимальное допустимое напряжение на тиристоре;

– максимально допустимая скорость нарастания напряжения на тиристоре в прямом направлении;

– максимальный ток тиристора в прямом направлении;

– угол отпирания встречно-параллельных диодов;  

– ёмкость конденсатора коммутирующей цепи;

– суммарная индуктивность защитного и коммутирующего дросселей;

– время от перехода прямого тока диода через нуль и до обрыва обратного тока;

– угол, при котором ток тиристора максимальный;

– ёмкость конденсатора демпфирующеей защитной RC-цепочки;  

– сопротивление в нагрузке.

Рисунок 2 Совместная работа полупроводникового преобразователя частоты и ФПЧ

Тождественные схеме на рисунке 2, но более сложные по конструкции представлены источники питания с ФПЧ в работе [3], где два мостовых резонансных инвертора работают на учетверитель частоты. При этом конструкция ФПЧ включает в себя два удвоителя частоты с обмотками, соединенными как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Полупроводниковый источник питания:

ЭТУИН 1 – магнитопроводы; 2 – первичная обмотка; 3– вторичная обмотка; 4– обмотка подмагничивания; 5 – обмотка самоподмагничивания; 6 – инверторы; 7 – конденсатор продольной компенсации; 8 – конденсатор цепи самоподмагничивания; 9 – фильтр-пробка

Таким образом, разработки, связанные с расширением частотного диапазона в источниках питания ЭТУИН являются востребованными в науке и промышленности. При этом развитие научных исследований активно идет как в направлении совершенствования инверторов, так и в направлении улучшения характеристик ФПЧ. При этом перспективным для источников питания ЭТУИН видится совместная работа полупроводниковых и ферромагнитных преобразователей частоты.

Список литературы:

1.Дзлиев С.В. Принципы построения систем питания установок индукционной закалки зубчатых колес при двухчастотном на греве // Actual Problem Induction Heating 05: Матер. Междунар. конф. – СПб.: Издво СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. – С. 193–201.

2.Колесниченко А.Ф. Технологические МГД установки и процессы. Киев: Наукова думка, 1980.

3.Рогинская Л.Э., Исмагилов Р.Р., Латыпов А.Р. Умножитель частоты с расширенным частотным диапазоном // Патент России №161623. 2016. Бюл. №12