Введение 5
1. Состояние вопроса 7
1.1 Выбор схемы АИР 7
1.2 Описание работы схемы 10
1.3 Описание схемы преобразователя 12
2. Расчет индуктора 14
2.1 Этапы нагрева в индукторе 14
2.2 Расчет мощности нагрева заготовки 15
2.3 Расчет по средней мощности потребляемой за весь цикл 16
2.4 Расчет индуктора при изменение потребляемой мощности 19
3. Расчёт инвертора 31
3.1 Расчет инвертора для основного режима 31
3.2 Расчет АИР для остальных режимов 35
3.3 Режим стабилизации нагрузочного напряжения 39
3.4 Выбор элементов 43
3.5 Расчет дросселя 45
4. Расчет согласующего трансформатора 47
5. Расчет выпрямителя 51
5.1 Расчет параметров выпрямителя 51
5.2 Расчет высших гармоник 51
5.3 Расчет LC-фильтра для выпрямителя 52
5.4 Расчет сглаживающего дросселя LC-фильтра 53
6. Система управления и стабилизации 55
6.1 Обзор СУ 55
6.2 Расчет СУ 55
Заключение 62
Список используемой литературы
В современных реалиях производствам приходится стремится, как и к экологическим нормам так и к экономии каких-либо ресурсов и максимальной эффективности. Поэтому технология индукционного нагрева хорошо зарекомендовала себя, ведь она удовлетворяет эти условия.
Установка индукционного нагрева используется для термообработки металлических изделий в виде отжига, очистки и закалки. Поэтому эта технология и затрагивает такое количество сфер начиная медициной и заканчивая металлургией.
Эффективность заключается в скорости нагрева (исключается окисление метала), высокая точность поддержания режима обработки, сохраняет мелкое зерно в стали, уменьшается расход энергии для обработки из-за обеспечения высокой пластичности, что приводит к увеличению срока службы обрабатывающего оборудования. И так же занимает сравнительно мало места в помещении.
Источники питания для таких установок бывают низкочастотные (50 Гц), среднечастотные (150-10000 Гц), высокочастотные (до 1000 кГц) и сверх высокочастотные для диэлектриков (от 5 до 5000 МГц).
Для высокотехнологичных установок необходимы специальные источники питания, которые разработаны с учетом влияния друг на друга. Это необходимо для повышения экономических показателей, надежности и производительности установки.
В установках индукционного нагрева используются источники питания, называемые автономными инверторами (АИ), то есть работающие на нагрузку, которая не связанна с сетью. Они преобразуют постоянное напряжение в переменное. Частота может быть постоянной или регулируемой.
АИ управляет система управления, которая с помощью импульсов управления задает частоту отпирания ключевой части инвертора, что и задает частоту выходного напряжения. А форма и величина напряжения на выходе задается схемой и нагрузкой (ее характером и величиной).
Для коммутации тиристоров приходится использовать коммутационные конденсаторы. Они также определяют и характер схемы и влияют на формирования кривых выходных напряжений. Это и приводит к появлению нескольких схем, как автономный инвертор напряжения, тока и резонансного инвертора.
В автономном резонансном инверторе коммутация происходит естественным способом. У АИН и АИТ есть недостаток в виде формы кривой напряжения и тока отличного от синусоиды, а это плохо сказывается на коэффициенте мощности в отличие от АИР.
Из сказанного выше делаем вывод, что в качестве источника питания, АИР будет лучше для установки индукционного нагрева.
В этой работе мною был выполнен выбор и расчет схемы АИР с обратными диодами. Расчет трехфазного выпрямителя с LC-фильтром для которого был рассчитан дроссель.
Также были рассчитаны и спроектированы согласующий трансформатор и добавочный дроссель для резонансного контура.
Для силовой части и системы управления были подобраны все элементы.
Был рассчитан индуктор, а именно найдены его габаритные параметры, определена необходимая мощность для сквозного нагрева и параметры нагрузки для всех режимов нагрева.
Был произведен расчет и разработка системы управления, которая способна стабилизировать напряжения во время всего процесса нагрева.
