УДК 621.314

В.Я. Гуцалюк, канд. техн. наук, П.М. Шевченко, канд. техн. наук

ТРАНЗИСТОРНІ ІНВЕРТОРИ НАПРУГИ УСТАНОВОК ІНДУКЦІЙНОГО НАГРІВУ З НИЗЬКОЧАСТОТНОЮ ІМПУЛЬСНОЮ МОДУЛЯЦІЄЮ

        Транзисторні перетворювачі широко використовуються в установках індукційного нагріву у частотному діапазоні 10…440 кГц. Серед різних структурних схем перетворювачів знаходить застосування схема, яка складається з некерованого випрямляча та регульованого інвертора напруги. Вихід інвертора через трансформатор підключається до послідовно з’єднаних конденсатора та індуктора, який виконує задану технологічну операцію.
        Висока частота перетворення, обумовлена вимогами технології, призводить до необхідності дослідження й розробки оптимальних способів регулювання транзисторним інвертором, у першу чергу, з точки зору зменшення втрат потужності в ключових елементах та забезпечення технологічних режимів. У публікаціях досить широко представлено аналіз способів регулювання струму інвертора на основній частоті, а саме частотного регулювання, різних видів ШІМ та їх комбінацій. Однак процеси регулювання струму на основній частоті призводять до підвищення динамічних втрат потужності в ключових елементах інвертора.
        Застосування низькочастотних (НЧ) способів модуляції при умові, що основна частота інвертора близька до резонансної частоти коливального контура навантаження, дає змогу зменшити динамічні втрати потужності в ключових елементах практично до нуля. Проведено аналіз електромагнітних процесів у інверторі при використанні НЧ-ШІМ та НЧ-ЧІМ з урахуванням широкого діапазону зміни електричних параметрів навантаження у процесі виконання технологічних операцій, пов’язаних з індукційним нагрівом*. Для забезпечення оптимальних режимів роботи при змінному навантаженні в системі управління інвертором використовується система автоматичного підстроювання частоти (АПЧ).
        При НЧ-ШІМ регулюванні дискретність зміни струму майже рівномірна. Для зменшення дискретності характеристики регулювання необхідно зменшувати частоту НЧ модуляції. Величина пульсації амплітуди струму визначається постійною часу, яка прямо пропорційна добротності. Показано, що при малих добротностях та широкому діапазоні регулювання можуть виникнути режими, коли струм спадає до нуля, що ускладнює роботу системи керування з АПЧ та збільшує вимоги до вхідного фільтра.
        При НЧ-ЧІМ регулюванні дискретність зміни струму нерівномірна та менше діапазон регулювання струму. Перевагою є те, що НЧ-ЧІМ забезпечує обмежені пульсації струму, які в більшості випадків задовольняють технологічні вимоги.
        Використання НЧ модуляції доцільно при високих рівнях добротності, невеликому діапазоні регулювання, незначних вимогах до характеристик регулювання.
        НЧ-ШІМ та НЧ-ЧІМ мають свої переваги та недоліки. Подальший розвиток способів регулювання полягає у розробці алгоритмів керування інвертором, що основуються на їх комбінації та комбінації НЧ способів імпульсної модуляції з регулюванням на основній частоті, що дозволить покращити характеристики при широкому діапазоні зміни параметрів навантаження.

        * Юрченко М.М., Гуцалюк В.Я., Шевченко П.М., Герасименко П.Ю., Слєсаревський І.О. Низькочастотні способи регулювання струму транзисторних інверторів напруги установок індукційного нагріву // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. пр. – К.: ІЕД НАНУ, 2007. – №18. – С. 108–111.