УДК 621.314

В.Б. Павлов, докт. техн. наук, А.В. Попов, канд. техн. наук, В.Е. Павленко, мл. научн. сотр.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

        С появлением на рынке силовой полупроводниковой электроники модулей четвертого поколения возникли условия для расширения частотного диапазона и увеличения выходной мощности преобразователей частоты, используемых в качестве источников питания электротехнологических установок (ЭТУ).
        Одной из самых распространенных и перспективных электротехнологий является термообработка ферромагнитных сталей способом индукционного нагрева, и если к этому добавить, что 25…30 % разъемных соединений в машиностроении осуществляется методом горячей посадки, то это даст картину потребности ЭТУ высокочастотного индукционного нагрева, который на порядок экономичнее по затратам электрической энергии и выше по производительности сравнительно с нагревом на промышленной частоте.
        Работа целенаправленно проводилась в рамках создания высокочастотного источника питания ЭТУ индукционного нагрева по предложению и техническому заданию коммунального предприятия «Киевский метрополитен» – «Вагоноремонтный завод». Различные конфигурация, вес и объем деталей требуют для эффективного нагрева с необходимой динамикой индивидуальные индукторы с высоким тепловым КПД и оптимальными величинами частоты и тока для каждого вида детали.
        Для выполнения этих требований высокочастотный источник питания ЭТУ был построен по схеме полупроводникового преобразователя со звеном постоянного тока, состоящего из трехфазного выпрямителя, LC фильтра и мостового инвертора с независимым управлением, реализованного на силовых транзисторных модулях четвертого поколения одной из ведущих в этой области фирм – изготовителей SEMIKRON. Блок адаптивного интеллектуального модуля включает в себя транзисторный модуль SEMIX 302 GB 066 HDS, адаптивную плату Board 2S SKYPER 32, драйвер SKYPER 32 и составляет одно плечо инвертора. Проведенный тепловой расчет режима работы ключей показал, что для модуля с номинальным коммутируемым током 360 А и напряжением 1200 В в рассматриваемой схеме с частотой тока в индукторе 3 кГц выходная мощность при температуре основания модуля 800 С может составить не более 40 кВА. Создан экспериментальный образец источника питания ЭТУ индукционного нагрева по описанной выше схеме. Результаты проведенных исследований определили эффективность работы инвертора в широком диапазоне частот от 0.5 до 60 кГц, что дает возможность использовать источник питания для создания ЭТУ индукционного нагрева многих видов электротермических технологий (нагрев для монтажа и демонтажа соединения деталей на горячей посадке, разогрев деталей под ковку, плавка, сварка и т.д.).
        Проведены испытания созданного экспериментального образца ЭТУ индукционного нагрева в лабораторных условиях на реальных «загрузках», полученные результаты показывают высокую динамику нагрева, благодаря чему в несколько раз уменьшается время нагрева до необходимой технологической температуры и значительно уменьшаются затраты электрической энергии по сравнению с нагревом на промышленной частоте при прочих равных условиях.
        Проведенные исследования разработанного источника питания в различных режимах работы позволяют сделать вывод, что он может быть базовой моделью для создания высокоэффективных источников питания перспективных энергосберегающих высокочастотных электротехнологических установок.