Ушаков Володимир Іванович. Електротехнологічні системи високочастотної індукційної термообробки металів з глибоким регулюванням потужності

Короткий опис

Ушаков Володимир Іванович. Електротехнологічні системи високочастотної індукційної термообробки металів з глибоким регулюванням потужності. : Дис... канд. наук: 05.09.03 2007

Ушаков В.І. Електротехнологічні системи високочастотної індукційної термообробки металів з глибоким регулюванням потужності. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2007.
Дисертацію присвячено розвитку методу глибокого регулювання потужності електротехнологічних систем високочастотної індукційної термообробки металів на основі тиристорних джерел живлення, підвищенню енергоефективності таких систем і зменшенню нестабільності режимних параметрів при багаторазовому збільшенні параметрів навантаження та централізованому електроживленні установок.
Обґрунтовано, що при зміні електричних параметрів навантаження в широких межах в високочастотних індукційних системах доцільно використовувати тиристорні мостові резонансні інвертори із застосуванням методу глибокого регулювання потужності зміною фазового зсуву між імпульсами керування мостів. Визначено умови виникнення критичних та нетехнологічних режимів резонансних явищ на частоті другої гармоніки у навантажені двомостового резонансного інвертора із протифазним включенням мостів. Розроблено спосіб стабілізації режимних параметрів в електротехнологічних системах високочастотної індукційної термообробки з індивідуальним та централізованим живленням для обмеження нетехнологічних режимів. Розроблено методику визначення оптимальних режимних параметрів пристроїв рекуперації в електротехнологічних системах високочастотної індукційної термообробки металів на основі тиристорних резонансних мостових інверторів при зміні електричних параметрів навантаження в широких межах та при індивідуальному і централізованому електроживленні та розроблено методику для визначення оптимальних співвідношень між реактивними елементами мостового резонансного інвертора.

В дисертації вирішено актуальну науково-прикладну задачу подальшого розвитку методу глибокого регулювання потужності електротехнологічних систем високочастотної індукційної обробки металів, розробки методик та рекомендацій для підвищення енергоефективності таких систем і зменшення нестабільності їх режимів при зміні параметрів навантаження в широких межах та централізованому електроживленні декількох індукційних установок. Отримані нові наукові та практичні результати у сукупності мають суттєве значення для розвитку теорії регулювання параметрів електротехнічних систем при значних нестаціонарних змінах параметрів навантаження.
Основні наукові та практичні результати дисертації полягають в наступному:

На основі комплексного аналізу режимів електротехнологічних систем високочастотної індукційної термообробки металів при зміні електричних параметрів навантаження в широких межах обґрунтовано, що розробку таких систем доцільно здійснювати на основі тиристорних мостових резонансних інверторів із застосуванням методу глибокого фазового регулювання потужності.

Розвинено метод глибоко регулювання потужності в навантаженні та розроблено принципи побудови електротехнічних систем високочастотної індукційної термообробки на основі тиристорних резонансних мостових інверторів з використанням методів і засобів зменшення нестабільності параметрів систем при зміні параметрів навантаження в широких межах і централізованому електроживленні таких установок, що при 5-10 кратному зміненні опору навантаження забезпечує регулювання в ньому потужності більше, ніж в 20 разів.
Розроблено математичні моделі електротехнологічних систем високочастотної індукційної термообробки металів на основі тиристорних резонансних мостових інверторів з блоками рекуперації енергії з навантаження, що дозволяє проводити порівняння параметрів систем електроживлення при зміні параметрів навантаження в широких межах і фазовому регулюванні та визначати оптимальні режимні параметри таких систем за критерієм споживання в навантаженні максимальної потужності.
Визначено умови виникнення критичних та нетехнологічних режимів резонансних явищ на частоті другої гармоніки у навантажені двомостового резонансного інвертора із протифазним включенням мостів, що приводять до збільшення напруги на навантаженні в 2-2,3 рази, напруги на тиристорах в 1,4-1,5 рази, і зменшенню часу відновлення тиристорних комутаторів в 3-5 разів.
Розроблено спосіб та засоби стабілізації параметрів в електротехнологічних системах високочастотної індукційної термообробки з індивідуальним і централізованим живленням для обмеження перенапруг і зривів інвертування, що дозволив зменшити перенапругу на навантаженні в 2-2,5 рази, перенапругу на тиристорах в 1,16-1,5 рази, час відновлення збільшити в 2-4 рази.
Отримано залежності, які дозволяють оцінити вплив величини ємностей, застосовуваних у блоках рекуперації електричної енергії систем високочастотної індукційної термообробки на їхні режимні параметри і визначати енергоефективні режими і параметри систем.
Отримано аналітичні й графічні залежності, які дозволяють оцінити вплив розподілу комутуючої індуктивності на максимально досяжну потужність тиристорних джерел живлення при різних співвідношеннях між розділовою і комутуючою ємностями. Вперше визначене оптимальне співвідношення параметрів реактивних елементів у схемі резонансного мостового інвертора за критерієм передачі максимальної потужності в навантаження, що дозволяє підвищити енергоефективність в 1,4-1,6 рази.
Розроблено методику визначення оптимальних режимних параметрів пристроїв рекуперації в системах високочастотної індукційної термообробки на основі тиристорних резонансних мостових інверторів при зміні електричних параметрів навантаження в широких межах і створено методику для визначення оптимальних енергоефективних співвідношень між реактивними елементами мостового резонансного інвертора при індивідуальному і централізованому електроживленні високочастотних індукційних промислових установок.
Нові наукові та практичні результати дисертаційних досліджень знайшли застосування в індукційних установках і комплексах: а) наплавлення автомобільних клапанів (завод автомобільних клапанів, м. Луганськ); б) напайки різців (ВАТ «АМК», м. Алчевськ); в) нагрівання трубних заготівель під пластичну деформацію (ТОВ «Пожзащита», м.Маріуполь, ЗАТ «НЗНТ», м. Нікополь); г) плавки чорних і кольорових металів (ТОВ «Аргентум», м. Київ, ТОВ «АЛВІГО-КС», м. Сєвєродонецьк).

Ймовірність і обґрунтованість наукових досліджень, висновків і рекомендацій підтверджується узгодженням теоретичних та експериментальних даних автора.