юнок 1.3 - Перетворювач частоти на основі MOSFET-транзисторах
Але особливість їх виготовлення не дозволяє отримати одночасно високоточний транзистор, що дозволяє витримувати великі напруги. Тому сфера застосування цих приладів обмежується потужністю навантаження.
Також MOSFET-транзистори більш складні в управлінні, ніж IGBT, отже, недоліком володіє і конструювання системи управління.
Найбільш високими робочими частотами відрізняються вакуумні прилади - електронні лампи. Також лампи можуть пропускати через себе більшу потужність в навантаження. Проте їх недоліки істотно знижують область їх застосування. Це, в першу чергу, низький к. П. Д .: напівпровідникові елементи мають к. П. Д. До значення 90% при правильній експлуатації та ефективному охолодженні, в той час як лампові прилади мають максимальний к. П. Д. В районі 60-70%.
Також величезним недоліком є ??низька надійність і малий час служби лампових приладів, що значно збільшує витрати, навіть у порівнянні з експлуатацією тиристорних перетворювачів [5].
Малюнок 1.4 - Один з варіантів виконання перетворювача частоти на вакуумних приладах [6]
Все вищесказане можна відобразити на діаграмі 1.5.
Малюнок 1.5 - Використання різних силових ключів в установках індукційного нагріву
Як видно, дуже важко домогтися підвищення частоти та потужності в навантаженні одночасно, причому, використовувати це як можна більш ефективно.
Оскільки за умовою технічного завдання, перетворювач не буде працювати на надвисоких частотах і буде необхідна середній діапазон потужності в навантаженні, виберемо як силових ключів IGBT-транзистори, включені в повну бруківку схему.
2. Розрахунок коливального контуру
Основне застосування установок індукційного нагріву - це надчиста безконтактна пайка і зварювання металу, термообробка деталей, поверхневе загартування. Також застосовуються для операцій в ювелірній справі, отримання дослідних зразків сплавів [7].
Вибір частоти в основному визначається цілями, які переслідує розробник установки. Але, як правило, існує доцільність застосування установок, розрахованих під певні частоти. Наприклад, якщо плавильні печі або установки, призначені для поступового нагрівання матеріалу можна проектувати під промислові частоти, то з ускладненням технології, збільшення геометричних розмірів матеріалу, величина частоти перетворення може варіюватися і досягати декількох мегагерц. Детальніше застосування індукційного нагріву на різних частотах вказано на малюнку 2.1.
Рисунок 2.1 - Застосування установок індукційного нагріву на різних потужностях і частотах [8]
Як правило, установки індукційного нагріву струмами середньої (у діапазоні 10.500КГЦ) і високої (понад 500кГц) частоти використовують в основному для поверхневого гарту або для нагріву дрібних деталей [9]. Тому, при проектуванні даного перетворювача, будемо посилатися саме на це застосування.
Розрахунки та досвід [10] показують, що глибина проникнення струму в заготовку на частотах понад 2кГц менше, ніж 1.5мм. Використовуючи формулу [10 (35)]:
це значення можна уточнити для обраної частоти.
Також, використовуючи таблицю дослідних даних [9, табл.2], можна підібрати діаметр заготовки, який найбільш ефективно установка нагріє на заданій частоті.
Бачимо, що ефективний діаметр на радіочастотах дорівнює 3см і менше. Враховуючи розмір індукуючого дроту і зазор між індуктором і деталлю, а також врахуємо використання розроблюваної установки на частотах, нижче проектованої, приймемо (D 2) діаметр і висоту (a 2) індуктора 5см.
Використовуючи методику для розрахунку індукторів для нагріву циліндричних заготовок [10], можна знайти час нагрівання деталі.
де K - розрахунковий коефіцієнт, залежний від форми деталі і різниці температури між поверхнею і центром деталі. Значення береться з таблиці [10, табл.3] ( K =6);
D 2 - приведений діаметр заготовки, див.
де x - глибина шару, в якому виділяється головна частина енергії индуктированного струму, див. Значення залежить від співвідношення
Так як значення співвідношення, то
З урахуванням можливих теплових втрат потужності на нагрів навколишнього середовища, індукуючого дроту, а також враховуючи передачу тепла від поверхні загот...
