Збільшення відмовостійкості резонансних установок індукційного нагріву під час аварійного режиму роботи

Abstract

UK: Мета роботи. Розробити автоматичну систему захисту від виходу з ладу резонансного інвертора установки індукційного нагріву через зникнення навантаження. Методи дослідження. В даній роботі використовуються такі методи дослідження як аналіз передавальної характеристики навантаження резонансного інвертора з використанням апроксимації за першою гармонікою, розрахунок регулювальних параметрів числовими методами, комп’ютерне моделювання установки індукційного нагріву. Проведення експериментальних досліджень на основі плавильної установки з мікропроцесорним керуванням з метою перевірки адекватності запропонованої моделі та системи захисту. Отримані результати. Приведена комп’ютерна модель установки індукційного нагріву, що заснована на використанні апроксимації за першою гармонікою, адекватність якої перевірена експериментальними дослідженнями плавильної установки. На основі даної моделі розроблена схема захисту резонансного інвертора від зникнення навантаження, що заснована на зсуві робочої частоти інвертора через введення в ланцюг зворотного зв’язку додаткового зсуву різниці фази струму і напруги. Методика розрахунку даного зсуву фази створена з використанням передавальної характеристики навантаження інвертора (системи «конденсаторна батарея-індуктор-деталь») та числових методів розв’язку рівнянь. Вищезазначена методика розрахунку може бути використана для резонансних інверторів будь-якої конфігурації та топології. Згідно комп’ютерного моделювання аварійної ситуації установки, розроблена схема забезпечує обмеження амплітуди напруги у безпечних межах роботи реактивних елементів інвертора, тоді як в нормальних умовах роботи система захисту не впливає на роботу установки. Система захисту успішно утримує амплітуду струму та напруги у коливальному контурі у безпечних межах у період малого навантаження. Створена схема має достатню простоту для її швидкого впровадження в існуючі установки з цифровим управлінням і має високу швидкодію. Окрім вищезазначених практичних результатів, проведений аналіз попередніх досліджень та надбань, що показали малу вивченість явищ, наявних при роботі резонансних інверторів в аварійному режимі. Це відкриває перспективу проведення подальших наукових розвідок в даній проблематиці. Наукова новизна. Розроблена методика адаптивного обмеження напруги на виході резонансного інвертора будь-якої конфігурації з частотним управлінням. Практична цінність. Створена схема захисту дозволяє зменшити фізичне втручання оператора у технологічний процес індукційного нагріву. Разом з цим відбувається збільшення надійності установок індукційного нагріву. Вигляд запропонованої схеми дозволяє спростити модернізацію існуючих установок та розробку нових більш досконалих моделей. EN: Purpose. To develop an automatic protection system against the failure of the resonance inverter of the induction heating installation due to the loss of load. Methodology. This work uses such research methods as the analysis of the transmission characteristic of the resonant inverter load using the approximation by the first harmonic, the calculation of control parameters by numerical methods, computer modeling of the induction heating installation. Conducting experimental studies on the basis of a melting plant with microprocessor control in order to check the adequacy of the proposed model and protection system. Findings. A computer model of the induction heating installation based on the use of the first harmonic approximation is presented, the adequacy of which is verified by experimental studies of the melting installation. Based on this model, a resonant inverter protection scheme against load loss was developed, which is based on a shift in the operating frequency of the inverter due to the introduction of an additional shift in the current and voltage phase difference into the feedback circuit. The methodology for calculating this phase shift was created using the transfer characteristic of the inverter load (the "capacitor battery-inductor-part" system) and numerical methods for solving equations. The above calculation method can be used for resonant inverters of any configuration and topology. According to the computer simulation of the induction heating unit operation during fault, the developed system limits the voltage amplitude within the safe operating region of the inverter reactive elements, while in normal operating conditions the protection system does not affect the operation of the unit. The protection system successfully keeps the amplitude of current and voltage in the oscillating circuit within safe limits during low loads. The created system is simple enough for its quick implementation in existing digitally controlled units and has high speed. Originality. Methodology to create voltage limiting system for resonant inverters of any configuration with frequency control has been developed. Practical value. The created protection scheme allows to reduce the physical intervention of the operator in the technological process of induction heating. Moreover, there is an increase in the reliability of induction heating installations. The appearance of the proposed scheme makes it possible to simplify the modernization of existing installations and the development of new, more advanced models.