CC BY
83
чек касания проводов по длине пролета с учетом возникающей при эксплуатации разрегулировки их стрел провеса, зону возможного схлестывания и исключить аварийные отключения ВЛ 6-10 кВ при воздействии ветра путем установки в этих зонах разработанных междуфазовых демпфирующих распорок [6].
Список литературы
1. Кабашов В.Ю. Повреждаемость проводов сельских ВЛ 6-10 кВ [Текст] / В.Ю. Кабашов // Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения: материалы Всероссийской научно-практической конференции, 4-6 марта 2008 г. / Башкирский ГАУ - Уфа, 2008.
- Ч. 4. - С. 276-278.
2. Кабашов В.Ю. Влияние разрегулировки стрел провеса проводов малых сечений на их повреждаемость [Текст] / В.Ю. Кабашов // Электрификация сельского хозяйства: межвуз. науч. сб. -Уфа: БашГАУ, 2005. - Вып. 4. - С. 22-25.
3. Кабашов В.Ю. Экспериментальная оценка сближений проводов ВЛ 6-10 кВ при воздействии ветра [Текст] / В.Ю. Кабашов // Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса: материалы Всерос. науч.-практ. конф.: в 4-х ч. - Уфа: БашГАУ, 2005. - Ч. 2.
- С. 94-96.
4. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства. [Текст] - М.: ВГПИ и НИИ «Сельэнергопроект», 1977. - Июнь-июль. - 200 с.
5. Усманов Ф.Х. О схлестывании проводов сельских линий 6-10 кВ [Текст] / Ф.Х. Усманов,
В.Ю. Кабашов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1981. - № 6. - С. 31-32.
6. Кабашов В.Ю. Защита сельских ВЛ 6-10 кВ от схлестывания проводов при воздействии ветра и гололеда [Текст] / В.Ю. Кабашов, Ю.Ж. Байрам-гулов // Механизация и электрификация сельского хозяйства [Текст]. - 2009. - № 8. - С. 16-17.
Рогинская Л.Э. Roginskaya L.E.
доктор технических наук, профессор кафедры «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета, Россия, г. Уфа
Исмагилов Р.Р. Ismagilov R.R.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета, Россия, г. Уфа
Рахманова Ю.В. Rakhmanova Yu.V.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета, Россия, г. Уфа
УДК 621.365.5
согласование выходных параметров инвертора для индукционного нагрева с параметрами нагрузки с помощью ферромагнитного умножителя частоты
Рассмотрен электротехнологический комплекс для индукционного нагрева металлов. Предлагается для расширения частотного диапазона электротехнического комплекса к выходным клеммам преобразователя частоты подключить ферромагнитный умножитель частоты. Приводятся имитационные модели: ферромагнитный удвоитель частоты и модель мостового симметричного резонансного инвертора совместно с моделью ферромагнитного удвоителя частоты, выполненные в математическом пакете МаАаЬ
при помощи расширения Simulink Simpowersystem. Доказана возможность совместной работы инвертора и ферромагнитного умножителя частоты.
Ключевые слова: преобразователь частоты, ферромагнитный умножитель частоты, индукционный нагрев, имитационные модели.
coordination of output parameters of the inverter for induction heating with loading parameters by means of the ferromagnetic frequency multiplier
The electrotechnological complex for induction heating of metals is considered. It is offered for expansion of frequency range of an electrotechnical complex to connect a ferromagnetic frequency multiplier to output plugs of the converter of frequency. It is brought imitating models: ferromagnetic doubler of frequency and model of the bridge symmetric resonant inverter together with model of a ferromagnetic doubler the frequencies executed in a mathematical Matlab package by means of the Simulink Simpowersystem expansion. Possibility of collaboration of the inverter and ferromagnetic frequency multiplier is proved.
Key words: the frequency converter, the ferromagnetic frequency multiplier, induction heating, the simulation models.
Одной из наиболее распространенных областей электротехнологии является индукционный нагрев металлов.
Широкое распространение индукционный нагрев получил благодаря следующим своим преимуществам:
- быстрота нагрева. Точная локализация энергии при нагреве, которая обеспечивает высокую производительность производства;
- нагрев только внутри материала за счет индуктированного тока, обтекающего его по поверхности. При этом сердцевина детали нагревается за счет теплопроводности;
- высокое качество нагрева. Оборудование,
применяемое при индукционном нагреве, позволяет автоматизировать процесс;
- пониженные затраты электроэнергии. Установки для индукционного нагрева, преимущественно, имеют высокий КПД, позволяющий ставить данный вид нагрева в ряд с одними из самых дешевых;
- экологичность. При использовании данного вида нагрева не происходит вредных выделений в окружающую среду, а также дыма и различных смол.
Установки для индукционного нагрева повышенной частоты имеют структурную схему, представленную на рисунке 1.
Рис. 1. Общая электрическая структурная схема преобразователя частоты с нагрузкой
Основными элементами преобразователя частоты являются: В - выпрямитель, УПВ - устройство принудительного включения, И - инвертор, БУЗ - блок управления и защиты, Н - нагрузка, А - устройство автоматического поддержания заданных параметров, УВО - устройство включения и отключения, УУ - устройство управления, АК -коммутационная аппаратура [1].
В некоторых случаях применяется трансформатор, который необходим для согласования выходных параметров инвертора с параметрами нагрузки.
В качестве согласующего трансформатора можно применить ферромагнитный умножитель частоты.
Ферромагнитный умножитель частоты приме-
няют в различных областях техники. Важными областями применения ферромагнитных умножителей является металлургия и электротехнология металлов. Принцип действия ферромагнитных умножителей частоты основан на нелинейных свойствах насыщенных магнитопроводов. Их используют для плавного регулирования напряжения, для преобразования частоты и числа фаз, для преобразования формы кривой напряжения и для некоторых других целей [2, 3].
Существует большое количество типов ферромагнитных умножителей частоты, одно из схемотехнических решений приведено в работе [2]. На рис. 2 представлена наиболее распространенная конструкция удвоителя частоты.
-V f
Рис. 2. Физическая модель удвоителя частоты системы Жоли - Эпштейна
Обмотки удвоителя расположены на обоих сердечниках, соединены последовательно. Если обмотки Ш соединены встречно, то обмотки ж2 и сое-
динены согласно и наоборот. Обмотка подмагничи-вания подключена к источнику постоянного тока. В общем случае в цепь подмагничивания может включаться фильтр-пробка для подавления в этой цепи тока двойной частоты. На выходе удвоителя включена нагрузка, состоящая из индуктора (Ън ) и конденсатора емкостью С
Сердечники 1 и 2 насыщаются поочередно, в течение одного полупериода насыщен магнитопро-вод 1, в течение другого - магнитопровод 2. Это происходит вследствие того, что в любой момент времени в одном сердечнике складываются, а в другом вычитаются МДС обмоток Ш Жй и Ш Легко убедиться, что результирующая ЭДС, наводимая в цепи встречно соединенных обмоток Ш изменяется с частотой, в 2 раза большей, чем f Действительно, в первый полупериод волна выходного напряжения и нарастает и спадает, так же как и волна входного напряжения £/ а во второй полупе-риод волна выходного напряжения находится в про-
тивофазе по отношению к волне входного напряжения и, следовательно, повторяет характер изменения и в первый полупериод [2].
£/i=yi+Wl
dO-
dOy
dt
- +
dt
d°l
dt
+ w.
'1
dt
: *2r2 + Uc,
Fl=hwl+Idwd+i2w2
F2=hwl
Vv
Vv2
где F F2 - суммарные МДС магнитопроводов.
F1 + F2 = 2iWv а F1 - F2 = 2i2w2 + 21Wd.
Модель, выполненная в математическом пакете MatLab (рис. 3), работает следующим образом: на выходе сумматора Sum of elements получаем значе-
<М>,
<1ФЛ
1
dt
, далее
dt
, которое интегрируем и по-
лучаем значение Ф по зависимости Ф1 = f (F1) (блок Look up Table) определяем F1. Аналогичным образом находим F Складывая или вычитая между собой F1 и F2, в конечном итоге получим значения i1 и i
Рис. 3. Имитационная модель ферромагнитного удвоителя частоты (при помощи элементов 1 in и 1 out модель удвоителя подключена к модели преобразователя частоты)
Для построения представленной модели ферромагнитного удвоителя частоты были заданы следующие параметры: и = 250-300 В, f = 10 кГц,
* * пит ’ ^ пит ’
Р = 10 кВт, которые выбраны таким образом, чтобы эту модель удвоителя частоты можно было приме-
нить как подсистему в модели полупроводникового преобразователя частоты [4, 5-7], и таким образом получить модель преобразователя частоты с ферромагнитным удвоителем частоты (рис. 4).
Рис. 4. Модель преобразователя частоты, собранного по схеме мостового симметричного резонансного инвертора [8] совместно с моделью ферромагнитного удвоителя частоты (на рис. представлена в виде блока подсистемы Subsystem): Scope - осциллограф, Pulse Generator - генератор импульсов, Thyristor - тиристор, Diode - диод, DC Voltage Source -источник постоянного напряжения, Series RLC Branch - RLC сопротивления, Curent Measurement - блок для измерения тока, Activ & Reactive Power - блок измерения активной и реактивной мощности
При этом получены графики измеряемых величин (рис. 5).
б)
Рис. 5. Измеряемые величины схемы: а) входной ток 11; б) входное напряжение и1; в) выходное напряжение и1 Регулировочные характеристики, полученные при помощи иммитационной модели, приведены на рис. 6.
■^1
1-
р // (/ /
0 2,5 5 7,5 10 12,5/* А
Рис. 6. Регулировочные характеристики: 1 - холостой ход; 2 - номинальная нагрузка; 3 - номинальная нагрузка при автоматизации тока
Согласно рис. 6 возможно как регулирование, так и стабилизация напряжения с помощью изменения тока Id. С ростом тока подмагничивания напряжение U2n сначала растет, затем при достижении током Id его номинального значения рост U2n прекращается, и напряжение U2 уменьшается.
Выводы
1. Совместная работа ферромагнитного и полупроводникового преобразователя частоты позволяет расширить частотный диапазон, осуществить согласование параметров источника питания и нагрузки, получить регулирование и/или стабилизацию выходного напряжения преобразователя.
2. Имитационная модель источника питания совместно с индукторно-конденсаторным модулем позволяет осуществить параметрический синтез системы.
Список литературы
1. Белкин А.К. Тиристорные преобразователи частоты [Текст] / А.К. Белкин, Т.П. Костюкова, Л.Э. Рогинская, А.А. Шуляк. - М.: Энергоатомиз-дат, 2000. - 263 с.
2. Бамдас А.М. Аналоговое моделирование исполнительных ферромагнитных устройств / А.М. Бамдас, Ю.П. Разуваев, С.В. Шапиро. - М.: Наука, 1975. - 440 с.
3. Патент № 95197 Российская Федерация, МПК7Н02М5/16, H02M5/45. Магнитотиристорный преобразователь частоты [Текст] / Р.Р. Исмагилов, М.С. Камалов, Рогинская Л.Э.; заявитель и патен-
тообладатель ГОУ ВПО «Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т» (RU). - № 2010105308/22; заявл. 15.02.2010; опубл. 10.06.2010.
4. Белкин А.К. Комплекс имитационных математических моделей преобразователя частоты для индукционного нагрева [Текст] / А.К. Белкин, Ю.М. Гусев, Р.Р. Исмагилов, Л.Э. Рогинская, А.А. Шуляк // Проблеми сучасноi електротехшки. Частина 7. - Кшв: НАНУВФТПЕ, 2004 г., - С. 120 -124.
5. Patent of USA № 4196468, MKU H02M7/00. Series-type in dependent inverter [Text] / S.V. Shapiro, L.E. Roginskaya, V.A. Okhotnikov, L.I. Gutin, R.N. Kiyamov, V.G. Kazantzev, V.E. Novichkov; assignee Ufimsky Aviatsionny Institut (SU). - № 05/970,991. -Filed: 19.12.1978; Publ. 01.04.1980.
6. Canadien patent № 1105994, MKU H02M7/00. Series-type independent inverter [Text] / S.V. Shapiro, L.E. Roginskaya, V.A. Okhotnikov, L.I. Gutin, R.N. Kiyamov, V.G. Kazantzev, V.E. Novichkov; owners Ufimsky Aviatsionny Institut imeni Ordzhonikidze. -№ 318591. - Filed: 22.12.1978; Issued 28.07.81.
7. Konungariket svedige patent № 7813064-8
H02M7/48, B06B1/02. Växelriktareavserietyp [Text] / S.V. Shapiro, L.E. Roginskaya, V.A. Okhotnikov, L.I. Gutin, R.N. Kiyamov, V.G. Kazantzev, V.E. Novichkov. - Filed: 19.12.78. - Publ. 17.03.80
(Publicerings-nummer 412 824).
8. Иванов А.В. Симметричный резонансный инвертор с закрытым входом [Текст] / А.В. Иванов, М.М. Мульменко. - Электротехника. - 1988. - № 10. -
С. 53-58.
