Выбор параметров многофункционального трансформатора
Ключевые слова:
ферромагнитный умножитель частоты, многофункциональный трансформатор, источник питания электротехнологической установки
Аннотация
Рассмотрены источники питания электротехнологических установок, включающих индукционный нагрев, в состав которых входят полупроводниковые преобразователи для получения синусоидальных и прямоугольных импульсов напряжения, в частности, симметричная мостовая и полумостовая схемы, а также ферромагнитные умножители частоты в четное число раз.
Исследованы способы увеличения частоты в два и четыре раза с использованием многофункциональных трансформаторов на примере их подключения к преобразователям с синусоидальным и прямоугольным выходными сигналами. Отражены графики зависимостей напряжений на обмотках и потоков в магнитопроводе многофункционального трансформатора при питании данными формами сигналов, подтверждающие независимость формы выходного сигнала на нагрузке от формы питающего многофункциональный трансформатор сигнала.
Описаны преимущества совместного использования при каскадном соединении полупроводникового и ферромагнитного умножителя частоты. Проанализированы рабочие процессы при различной длительности периодов насыщения магнитопровода многофункционального трансформатора. Дана методика параметрического синтеза ферромагнитного преобразователя частоты с помощью приближенного гармонического анализа (метода Бесселя). Приведены основные соотношения для определения электромагнитных параметров преобразователей, определенные с помощью аппроксимации гиперболическим синусом, а именно, амплитуды индукций второй и четвертой гармоник в режиме холостого хода и при работе с конденсатором продольной и/или поперечной емкостной компенсации, составляющей индукции от обмотки подмагничивания. Сделан расчет тока через компенсирующий конденсатор и вычислена его емкость. Сформулированы краткие выводы по результатам работы.
Литература
1. Лебедев А.В. Выбор источников питания для индукционного нагрева [Электрон. ресурс] http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Induction_heating_source.pdf (дата обращения 14.01.2018).
2. Белкин А.К., Костюкова Т.П., Рогинская Л.Э., Шуляк А.А. Тиристорные преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 2000.
3. Алексанян А.А. и др. Мощные транзисторные устройства повышенной частоты. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
4. Обрусник В.П., Шадрин Г.А. Магнитно-полупроводниковые регулирующие органы и умножители частоты. Томск: ТУСУР, 2013.
5. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
6. Белкин А.К. и др. Элементы индукционных установок. М.: Энергоатомиздат, 2007.
7. Сончик Л.И. Трансформаторные преобразователи частоты с витым магнитопроводом пространственной конструкции: aвтореф. дис. … канд. техн. наук. Минск: Изд-во Белорусского политехн. ин-та, 1984.
8. Атрашкевич П.В. Перспективный преобразователь сети 400 Гц // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2015. С. 7—13.
9. Атрашкевич П.В., Коптяев Е.Н. Преобразователь частоты для питания корабельных спецпотребителей // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2016. С. 23—31.
10. Атрашкевич П.В., Балашевич В.М., Ивлев М.Л., Коптяев Е.Н. О повышении эффективности ферромагнитного умножителя частоты // Электричество. 2017. № 8. С. 29—35.
11. Рогинская Л.Э., Исмагилов Р.Р., Рахманова Ю.В. Согласование выходных параметров инвертора для индукционного нагрева с параметрами нагрузки с помощью ферромагнитного умножителя частоты // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 2. Т. 9. С. 12—17.
12. Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р. Расширение частотного диапазона полупроводникового преобразователя на базе многофункциональных трансформаторов // Практическая силовая электроника. 2015. № 2 (58). С. 41—45.
13. Пат. № 2592864 РФ. Способ умножения частоты и устройство для его осуществления / П.В. Атрашкевич и др. // Бюлл. изобрет. 2016. № 21.
14. Рогинская Л.Э., Горбунов А.С. Расчет электромагнитного поля в комплексных электротехнологических установках для индукционного нагрева // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18. № 2 (63). С. 61—68.
15. Горбунов А.С. Моделирование преобразовательных устройств с многофазными трансформаторами в пакете Matlab // Образование и наука. Cовременное состояние и перспективы развития: Сб. науч. Трудов по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. С. 41—43.
16. Горбунов А.С. Особенности имитационного моделирования трехфазных трансформаторов, работающих на нелинейную (выпрямительную) нагрузку // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2013. С. 243—247.
17. Гайнетдинов Т.А. Индукторно-трансформаторный комплекс для высокочастотной термообработки материалов (разработка и исследование): автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа: Изд-во Уфимского гос. авиац. техн. ун-та, 2010.
18. Горбунов А.С., Каримов Р.Д. Применение многофазных выпрямительных трансформаторов в электротехнологических установках // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 8 (1). С. 112—115.
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Бамдас А.М., Блинов И.В., Захаров Н.В., Шапиро С.В. Ферромагнитные умножители частоты. М.: Энергия, 1968.
---
Для цитирования: Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р., Меднов А.А. Выбор параметров многофункционального трансформатора // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 61—68. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
#
1. Lebedev A.V. Vybor Istochnikov Pitaniya dlya Induktsionnogo Nagreva [Elektron. Resurs] http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Induction_heating_source.pdf (Data Obrashcheniya 14.01.2018). (in Russian).
2. Belkin A.K., Kostyukova T.P., Roginskaya L.E., Shulyak A.A. Tiristornye Preobrazovateli Chastoty. M.: Energoatomizdat, 2000. (in Russian).
3. Aleksanyan A.A. i dr. Moshchnye Tranzistornye Ustroystva Povyshennoy Chastoty. L.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
4. Obrusnik V.P., Shadrin G.A. Magnitno-poluprovodnikovye Reguliruyushchie Organy i Umnozhiteli Chastoty. Tomsk: TUSUR, 2013. (in Russian).
5. Meleshin V.I. Tranzistornaya Preobrazovatel'naya Tekhnika. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
6. Belkin A.K. i dr. Elementy Induktsionnyh Ustanovok. M.: Energoatomizdat, 2007. (in Russian).
7. Sonchik L.I. Transformatornye Preobrazovateli Chastoty s Vitym Magnitoprovodom Prostranstvennoy Konstruktsii: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Minsk: Izd-vo Belorusskogo Politekhn. In-ta, 1984. (in Russian).
8. Atrashkevich P.V. Perspektivnyy Preobrazovatel' Seti 400 Gts. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2015:7—13. (in Russian).
9. Atrashkevich P.V., Koptyaev E.N. Preobrazovatel' Chastoty dlya Pitaniya Korabel'nyh Spetspotrebiteley. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2016:23—31. (in Russian).
10. Atrashkevich P.V., Balashevich V.M., Ivlev M.L., Koptyaev E.N. O Povyshenii Effektivnosti Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrichestvo. 2017;8: 29—35. (in Russian).
11. Roginskaya L.E., Ismagilov R.R., Rahmanova Yu.V. Soglasovanie Vyhodnyh Parametrov Invertora dlya Induktsionnogo Nagreva s Parametrami Nagruzki s Pomoshch'yu Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrotekhnicheskie i Informatsionnye Kompleksy i Sistemy. 2013;2;9:12—17. (in Russian).
12. Roginskaya L.E., Latypov A.R. Rasshirenie Chastotnogo Diapazona Poluprovodnikovogo Preobrazovatelya na Baze Mnogofunktsional'nyh Transformatorov. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2015;2 (58):41—45. (in Russian).
13. Pat. № 2592864 RF. Sposob Umnozheniya Chastoty i Ustroystvo dlya Ego Osushchestvleniya / P.V. Atrashkevich i dr.. Byull. izobret. 2016;21. (in Russian).
14. Roginskaya L.E., Gorbunov A.S. Raschet Elektromagnitnogo Polya v Kompleksnyh Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah dlya Induktsionnogo Nagreva. Vestnik UGATU. 2014;18;2 (63):61—68. (in Russian).
15. Gorbunov A.S. Modelirovanie Preobrazovatel'nyh Ustroystv s Mnogofaznymi Transformatorami v Pakete Matlab. Obrazovanie i Nauka. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya: Sb. Nauch. Trudov po Materialam Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Tambov: OOO «Konsaltingovaya Kompaniya Yukom», 2015:41—43. (in Russian).
16. Gorbunov A.S. Osobennosti Imitatsionnogo Modelirovaniya Trekhfaznyh Transformatorov, Rabotayushchih na Nelineynuyu (Vypryamitel'nuyu) Nagruzku. Elektrotekhnicheskie Kompleksy i Sistemy: Mezhvuzovskiy Nauch. Sb. Ufa: UGATU, 2013:243—247. (in Russian).
17. Gaynetdinov T.A. Induktorno-transformatornyy Kompleks dlya Vysokochastotnoy Termoobrabotki Materialov (Razrabotka i Issledovanie): Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Ufa: Izd-Vo Ufimskogo Gos. Aviats. Tekhn. Un-ta, 2010. (in Russian).
18. Gorbunov A.S., Karimov R.D. Primenenie Mnogofaznyh Vypryamitel'nyh Transformatorov v Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah. Sovremennye Tendentsii Razvitiya Nauki i Tekhnologiy. 2015;8 (1):112—115.(in Russian).
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Bamdas A.M., Blinov I.V., Zaharov N.V., Shapiro S.V. Ferromagnitnye Umnozhiteli Chastoty. M.: Energiya, 1968. (in Russian).
---
For citation: Roginskaya L.E., Latypov A.R., Mednov A.A. The Selecting of Multifunctional Transformer Parameters. MPEI Vestnik. 2019;1:61—68. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
2. Белкин А.К., Костюкова Т.П., Рогинская Л.Э., Шуляк А.А. Тиристорные преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 2000.
3. Алексанян А.А. и др. Мощные транзисторные устройства повышенной частоты. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
4. Обрусник В.П., Шадрин Г.А. Магнитно-полупроводниковые регулирующие органы и умножители частоты. Томск: ТУСУР, 2013.
5. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
6. Белкин А.К. и др. Элементы индукционных установок. М.: Энергоатомиздат, 2007.
7. Сончик Л.И. Трансформаторные преобразователи частоты с витым магнитопроводом пространственной конструкции: aвтореф. дис. … канд. техн. наук. Минск: Изд-во Белорусского политехн. ин-та, 1984.
8. Атрашкевич П.В. Перспективный преобразователь сети 400 Гц // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2015. С. 7—13.
9. Атрашкевич П.В., Коптяев Е.Н. Преобразователь частоты для питания корабельных спецпотребителей // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2016. С. 23—31.
10. Атрашкевич П.В., Балашевич В.М., Ивлев М.Л., Коптяев Е.Н. О повышении эффективности ферромагнитного умножителя частоты // Электричество. 2017. № 8. С. 29—35.
11. Рогинская Л.Э., Исмагилов Р.Р., Рахманова Ю.В. Согласование выходных параметров инвертора для индукционного нагрева с параметрами нагрузки с помощью ферромагнитного умножителя частоты // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 2. Т. 9. С. 12—17.
12. Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р. Расширение частотного диапазона полупроводникового преобразователя на базе многофункциональных трансформаторов // Практическая силовая электроника. 2015. № 2 (58). С. 41—45.
13. Пат. № 2592864 РФ. Способ умножения частоты и устройство для его осуществления / П.В. Атрашкевич и др. // Бюлл. изобрет. 2016. № 21.
14. Рогинская Л.Э., Горбунов А.С. Расчет электромагнитного поля в комплексных электротехнологических установках для индукционного нагрева // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18. № 2 (63). С. 61—68.
15. Горбунов А.С. Моделирование преобразовательных устройств с многофазными трансформаторами в пакете Matlab // Образование и наука. Cовременное состояние и перспективы развития: Сб. науч. Трудов по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. С. 41—43.
16. Горбунов А.С. Особенности имитационного моделирования трехфазных трансформаторов, работающих на нелинейную (выпрямительную) нагрузку // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2013. С. 243—247.
17. Гайнетдинов Т.А. Индукторно-трансформаторный комплекс для высокочастотной термообработки материалов (разработка и исследование): автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа: Изд-во Уфимского гос. авиац. техн. ун-та, 2010.
18. Горбунов А.С., Каримов Р.Д. Применение многофазных выпрямительных трансформаторов в электротехнологических установках // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 8 (1). С. 112—115.
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Бамдас А.М., Блинов И.В., Захаров Н.В., Шапиро С.В. Ферромагнитные умножители частоты. М.: Энергия, 1968.
---
Для цитирования: Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р., Меднов А.А. Выбор параметров многофункционального трансформатора // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 61—68. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
#
1. Lebedev A.V. Vybor Istochnikov Pitaniya dlya Induktsionnogo Nagreva [Elektron. Resurs] http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Induction_heating_source.pdf (Data Obrashcheniya 14.01.2018). (in Russian).
2. Belkin A.K., Kostyukova T.P., Roginskaya L.E., Shulyak A.A. Tiristornye Preobrazovateli Chastoty. M.: Energoatomizdat, 2000. (in Russian).
3. Aleksanyan A.A. i dr. Moshchnye Tranzistornye Ustroystva Povyshennoy Chastoty. L.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
4. Obrusnik V.P., Shadrin G.A. Magnitno-poluprovodnikovye Reguliruyushchie Organy i Umnozhiteli Chastoty. Tomsk: TUSUR, 2013. (in Russian).
5. Meleshin V.I. Tranzistornaya Preobrazovatel'naya Tekhnika. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
6. Belkin A.K. i dr. Elementy Induktsionnyh Ustanovok. M.: Energoatomizdat, 2007. (in Russian).
7. Sonchik L.I. Transformatornye Preobrazovateli Chastoty s Vitym Magnitoprovodom Prostranstvennoy Konstruktsii: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Minsk: Izd-vo Belorusskogo Politekhn. In-ta, 1984. (in Russian).
8. Atrashkevich P.V. Perspektivnyy Preobrazovatel' Seti 400 Gts. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2015:7—13. (in Russian).
9. Atrashkevich P.V., Koptyaev E.N. Preobrazovatel' Chastoty dlya Pitaniya Korabel'nyh Spetspotrebiteley. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2016:23—31. (in Russian).
10. Atrashkevich P.V., Balashevich V.M., Ivlev M.L., Koptyaev E.N. O Povyshenii Effektivnosti Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrichestvo. 2017;8: 29—35. (in Russian).
11. Roginskaya L.E., Ismagilov R.R., Rahmanova Yu.V. Soglasovanie Vyhodnyh Parametrov Invertora dlya Induktsionnogo Nagreva s Parametrami Nagruzki s Pomoshch'yu Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrotekhnicheskie i Informatsionnye Kompleksy i Sistemy. 2013;2;9:12—17. (in Russian).
12. Roginskaya L.E., Latypov A.R. Rasshirenie Chastotnogo Diapazona Poluprovodnikovogo Preobrazovatelya na Baze Mnogofunktsional'nyh Transformatorov. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2015;2 (58):41—45. (in Russian).
13. Pat. № 2592864 RF. Sposob Umnozheniya Chastoty i Ustroystvo dlya Ego Osushchestvleniya / P.V. Atrashkevich i dr.. Byull. izobret. 2016;21. (in Russian).
14. Roginskaya L.E., Gorbunov A.S. Raschet Elektromagnitnogo Polya v Kompleksnyh Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah dlya Induktsionnogo Nagreva. Vestnik UGATU. 2014;18;2 (63):61—68. (in Russian).
15. Gorbunov A.S. Modelirovanie Preobrazovatel'nyh Ustroystv s Mnogofaznymi Transformatorami v Pakete Matlab. Obrazovanie i Nauka. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya: Sb. Nauch. Trudov po Materialam Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Tambov: OOO «Konsaltingovaya Kompaniya Yukom», 2015:41—43. (in Russian).
16. Gorbunov A.S. Osobennosti Imitatsionnogo Modelirovaniya Trekhfaznyh Transformatorov, Rabotayushchih na Nelineynuyu (Vypryamitel'nuyu) Nagruzku. Elektrotekhnicheskie Kompleksy i Sistemy: Mezhvuzovskiy Nauch. Sb. Ufa: UGATU, 2013:243—247. (in Russian).
17. Gaynetdinov T.A. Induktorno-transformatornyy Kompleks dlya Vysokochastotnoy Termoobrabotki Materialov (Razrabotka i Issledovanie): Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Ufa: Izd-Vo Ufimskogo Gos. Aviats. Tekhn. Un-ta, 2010. (in Russian).
18. Gorbunov A.S., Karimov R.D. Primenenie Mnogofaznyh Vypryamitel'nyh Transformatorov v Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah. Sovremennye Tendentsii Razvitiya Nauki i Tekhnologiy. 2015;8 (1):112—115.(in Russian).
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Bamdas A.M., Blinov I.V., Zaharov N.V., Shapiro S.V. Ferromagnitnye Umnozhiteli Chastoty. M.: Energiya, 1968. (in Russian).
---
For citation: Roginskaya L.E., Latypov A.R., Mednov A.A. The Selecting of Multifunctional Transformer Parameters. MPEI Vestnik. 2019;1:61—68. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
Опубликован
2018-02-27
Выпуск
Раздел
Электротехнические комплексы и системы (05.09.03)
