УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА Российский патент 2007 года по МПК H02M7/521 H05B6/06 

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах для индукционного нагрева. Наиболее широко преобразовательные источники питания используются для индукционного нагрева деталей и заготовок при ковке, штамповке, вытяжке, а также для плавки металлов и их сплавов.

Известен последовательный инвертор, содержащий 4 вентильных моста, каждый из которых содержит 4 управляемых вентиля и подсоединен через компенсирующие конденсаторы к фильтровому конденсатору, каждый из которых подсоединен к источнику постоянного напряжения через фильтровые дроссели таким образом, что все инверторные мосты включены в прямом направлении по отношению к источнику постоянного напряжения, при этом все компенсирующие конденсаторы соединены последовательно между собой, а полученная цепь подсоединена параллельно нагрузке-индуктору, что позволяет получить повышенное напряжение на нагрузке (Последовательный инвертор, А.С. СССР №886172, Б.И. №44, 1981 г.).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является принятый в качестве прототипа параллельный инвертор тока, содержащий один инверторный мост, состоящий из четырех управляемых вентилей, которые попарно последовательно и согласно соединены между собой, при этом полученные цепи соединены параллельно между собой и подключены в прямом направлении через фильтровой дроссель к источнику постоянного напряжения, при этом активно-индуктивная нагрузка-индуктор зашунтирована компенсирующим конденсатором и подсоединена крайними выводами к точкам последовательного соединения управляемых вентилей (Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок / Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983, стр.16, рис.2.1).

И тот и другой инверторы, последовательный в аналоге и параллельный в прототипе, могут быть использованы в устройствах для индукционного нагрева на частоте, которая отличается от частоты промышленной сети 50 Гц и определяется частотой подачи управляющих импульсов от системы управления на управляемые вентили.

Однако в мощных энергонасыщенных устройствах индукционного нагрева требуется увеличение длины индуктора, что особенно важно в мощных крупногабаритных индукционных плавильных печах или при нагреве длинных, например трубных, заготовок, что может достигаться увеличением последовательно соединенных секций индукторов. В то же время для надежной работы устройств индукционного нагрева и повышения их эффективности необходимо не увеличивать электрический потенциал индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или заземленному нагреваемому телу выше, чем электрический потенциал одной секции индуктора при минимальном количестве управляемых вентилей, а именно при 4-х управляемых вентилях на каждые 2 секции индуктора. Первое требование обусловлено тем, что при высокой температуре магнитопровода или нагреваемого тела достаточно сложно обеспечить высоковольтную изоляцию индуктора, т.к. изоляционные материалы при повышении температуры резко снижают электрическую прочность. Второе требование обусловлено тем, что по мере увеличения мощностей устройств для индукционного нагрева первостепенное значение приобретает вопрос о снижении удельной установленной мощности оборудования устройства для индукционного нагрева.

Как в инверторе-аналоге, так и в инверторе-прототипе нельзя увеличить длину индуктора за счет увеличения количества инверторных мостов, т.к. при этом возрастает электрический потенциал индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или к заземленному нагреваемому телу, а также нельзя уменьшить количество управляемых вентилей меньше восьми на каждые две секции индуктора.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска последовательный инвертор и параллельный инвертор тока, аналог и прототип заявленного устройства, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в увеличении последовательно соединенных секций индуктора, питаемых от инвертора, без увеличения электрического потенциала индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или к заземленному нагреваемому телу выше, чем потенциал одной секции индуктора при минимальном количестве управляемых вентилей, а именно при четырех управляемых вентилях на каждые две секции индуктора.

Известен способ управления вентилями одномостового параллельного инвертора тока, заключающийся в формировании двух серий управляющих импульсов для четной и нечетной групп тиристоров, причем эти серии сдвинуты относительно друг друга на 180° (электрических), что позволяет сформировать прямую и обратную полуволну тока в нагрузке, при этом частота формирования управляющих импульсов выбирается большей, чем 50 Гц и из условия, чтобы так называемый угол запирания «δ» обеспечивал выключение однооперационного тиристора. Как в аналоге и прототипе, так и в предлагаемом устройстве индукционного нагрева в качестве управляемых вентилей используются однооперационные тиристоры, которые для своего выключения требуют либо наличия обратного напряжения, либо отсутствия прямого напряжения после окончания прямого тока в течение некоторого интервала времени (Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок / Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л., Энергоатомиздат, Ленинградское отд-ние, 1983; стр.17, 18, рис.2.2).

Наиболее близким к заявленному является выбранный в качестве прототипа способ управления вентилями последовательного инвертора, заключающийся в формировании импульсов управления для синхронно работающих управляемых вентилей разных вентильных мостов, формирующих общее переменное напряжение на нагрузке-индукторе. Так в 1 такте управляющие импульсы подаются на управляемые вентили 5, 8 первого вентильного моста и 9, 12 второго вентильного моста, которые синхронно работают на общую нагрузку, создавая одну полуволну напряжения и тока нагрузки. Во 2 такте управляющие импульсы подаются на управляемые вентили 13, 16 третьего вентильного моста и 17, 20 четвертого вентильного моста, которые также синхронно работают на общую нагрузку, создавая вторую полуволну напряжения и тока нагрузки (Последовательный инвертор, А.С. СССР, №886172, Б.И. №44, 1981).

Оба известных способа управления позволяют формировать либо переменное напряжение от одного инверторного моста на одной секции индуктора как в аналоге, либо переменное напряжение на общей нагрузке, равное сумме напряжений от четырех инверторных мостов, как в прототипе. Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного способа управления устройства для индукционного нагрева многосекционной нагрузки при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в увеличении последовательно соединенных секций индуктора, питаемых от инвертора без увеличения электрического потенциала индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или заземленному нагреваемому телу выше, чем электрический потенциал одной секции, при минимальном количестве управляемых вентилей, а именно при четырех управляемых вентилях на каждые две секции индуктора.

Предлагаемое изобретение - устройство для индукционного нагрева многосекционной нагрузки и способ управления его работой решает задачу увеличения последовательно соединенных секций индуктора, питаемых от инвертора, без увеличения электрического потенциала индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или к заземленному нагреваемому телу выше, чем электрический потенциал одной секции индуктора при минимальном количестве управляемых вентилей, а именно при четырех управляемых вентилях на каждые две секции индуктора.

Сущность предлагаемого изобретения - устройство для индукционного нагрева - заключается в том, что в устройство для индукционного нагрева, содержащее источник постоянного напряжения, фильтровый дроссель и параллельный инвертор тока, который выполнен в виде вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, при этом выводами постоянного тока вентильный мост через фильтровый дроссель подсоединен в прямом направлении параллельно источнику питания постоянного напряжения, а между выводами переменного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей включена активно-индуктивная нагрузка, зашунтированная конденсатором, дополнительно введены активно-индуктивная нагрузка из «2n-1» секций, «2n-1» конденсаторов, «4(n-1) управляемых вентилей, где «n» - натуральное число, и ключ, причем все секции индуктора соединены последовательно между собой и последовательно с активно-индуктивной нагрузкой, включенной между выводами переменного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, образуя многосекционный индуктор, в котором активно-индуктивная нагрузка, включенная между выводами переменного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, является первой секцией, при этом все секции индуктора магнитно связаны между собой, причем каждая последующая секция имеет противоположное направление намотки обмотки индуктора по сравнению с предыдущей и зашунтирована отдельным конденсатором, а конечный вывод последней секции индуктора соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первой секции индуктора, при этом каждые два дополнительных управляемых вентиля соединены согласно последовательно между собой и подсоединены в прямом направлении к выводам постоянного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, а общая точка каждых двух последовательно согласно включенных дополнительных управляемых вентилей соединена с общей точкой предыдущей и последующей дополнительных секций индуктора.

Технический результат достигается следующим образом. Последовательно соединенные магнитно связанные секции индуктора с изменением направления намотки обмотки каждой последующей секции индуктора по отношению к предыдущей и шунтирование каждой секции индуктора отдельным конденсатором позволяет получать на каждой секции индуктора напряжение, противоположное по знаку напряжению предыдущей секции. Это в свою очередь позволяет увеличивать количество последовательно соединенных секций индуктора, а следовательно, и его длину до любого практически приемлемого значения, при этом максимальное значение электрического потенциала индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или заземленному нагреваемому телу не превосходит электрического потенциала одной секции индуктора, что имеет очень большое значение для повышения надежности работы устройства для индукционного нагрева, т.к. в условиях мощных энергонасыщенных нагревательных комплексов и магнитопроводы индуктора, и нагреваемое тело имеют высокую температуру, а электротехнические материалы, используемые для электрической изоляции, как правило, при повышении температуры существенно снижают свои эксплуатационные показатели, в том числе электрическую прочность и срок службы. Подсоединение каждой новой секции индуктора с помощью двух управляемых вентилей позволяет сократить до возможного минимума количество управляемых вентилей, что особенно важно в мощных энергонасыщенных нагревательных комплексах, т.к. позволяет сократить удельную установленную мощность вентильного оборудования устройств для индукционного нагрева.

Сокращение удельной установленной мощности оборудования устройств для индукционного нагрева обеспечивает и возможный вариант исполнения упомянутого устройства, в котором два инверторных моста, каждый из которых обеспечивает питание многосекционного индуктора, соединены последовательно и через фильтровый дроссель подсоединены к общему источнику постоянного напряжения, что позволяет перераспределять мощности, поступающие в каждый многосекционный индуктор в соответствии с технологическим циклом - загрузка металла, разогрев, плавка, поддержание температуры, разлив и т.д. - при поддержании суммарной мощности на примерно неизменном уровне. При этом снижается установленная мощность оборудования источника постоянного напряжения, т.к. технологический цикл строится таким образом, чтобы поступление максимальной мощности в тот и другой многосекционные индукторы не совпадало во времени, а именно когда в одном индукторе мощность максимальна, во втором индукторе - мощность должна быть минимальной.

Таким образом, предлагаемое устройство для индукционного нагрева многосекционной нагрузки - индуктора при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в увеличении последовательно соединенных секций индуктора без увеличения электрического потенциала по отношению к заземленному магнитопроводу или к заземленному нагреваемому телу выше, чем электрический потенциал одной секции при минимальном количестве управляемых вентилей, а именно при четырех управляемых вентилях на каждые две секции индуктора.

Сущность изобретения - способ управления работой заявленного устройства для индукционного нагрева заключается в том, что в соответствии со способом управляющие импульсы для синфазно работающих управляемых вентилей инверторного моста формируют в такой последовательности, чтобы обеспечить на каждом полупериоде полярность напряжения на каждой последующей секции индуктора, противоположную полярности напряжения на предыдущей секции индуктора. Для этого формируют две серии противофазных отпирающих импульсов, первая из которых обеспечивает протекание первой полуволны тока через все секции индуктора в направлении от начала к концу этих секций, а вторая серия - протекание второй полуволны тока через все секции индуктора в направлении от конца к началу этих секций. Это при взаимно противоположных направлениях намотки обмоток соседних секций индуктора обеспечивает результирующий магнитный поток, равный сумме потоков от каждой секции индуктора, что обеспечивает эффективное использование индуктора, при этом максимальный электрический потенциал индуктора относительно заземленного магнитопровода или заземленного нагреваемого тела не превышает электрический потенциал одной секции индуктора независимо от количества секций, что существенно упрощает конструкцию индуктора, т.к. не требуется создавать высоковольтную изоляцию, работающую при высокой температуре, что представляет достаточно сложную техническую задачу.

Иногда для осуществления требуемого технологического режима необходимо исключить питание одной секции многосекционного индуктора. В этом случае сущность заявленного способа управления работой заявленного устройства для индукционного нагрева многосекционной нагрузки заключается в том, что при вышеописанном способе формирования управляющих импульсов для управляемых вентилей инверторного моста размыкают ключ, соединяющий крайний вывод последней секции индуктора с первым выводом его первой секции. В этом случае управление синфазными управляемыми вентилями инверторного моста осуществляется в соответствии с заявленным выше описанным способом управления, а одна секция многосекционного индуктора не получает питание, при этом не требуется производить сложные коммутационные операции за исключением размыкания ключа.

Возможен вариант исполнения заявленного устройства для индукционного нагрева многосекционной многопостовой нагрузки, в котором два инверторных моста, к каждому из которых подсоединены одинаковые многосекционные индукторы, соединены согласно последовательно между собой и подсоединены через фильтровый дроссель в прямом направлении к источнику постоянного напряжения. В этом случае сущность способа управления заключается в том, что при управлении синфазно работающими управляемыми вентилями в каждом инверторном мосту управляющие импульсы для вентилей верхнего и нижнего инверторных мостов формируют с такими разными частотами, чтобы перераспределять мощность, поступающую в многосекционные индукторы верхнего и нижнего вентильных инверторных мостов в соответствии с заданным ходом технологического процесса индукционного нагрева в упомянутых индукторах и по возможности поддерживать на неизменном уровне суммарную мощность, поступающую в оба упомянутых многосекционных индуктора от источника постоянного напряжения. Известно, что на разных стадиях индукционного нагрева, например, нагрев твердой шихты, расплавление, поддержание температуры, разлив металла мощность, потребляемая одним индуктором при оптимальной частоте управления, может изменяться в 1,5-2 раза. Поэтому, если поддерживать оптимальную частоту питающего тока (напряжения) для каждого индуктора последовательно соединенных инверторных мостов, но развести во времени стадии индукционного нагрева с максимальной потребляемой мощностью, а именно в первом индукторе максимальная мощность, а во втором - минимальная мощность, а затем наоборот, то установленная мощность источника постоянного напряжения должна выбираться не из условия двух максимальных мощностей многосекционного индуктора, а существенно меньшей, при этом оказывается возможным поддерживать на примерно неизменном уровне эту уменьшенную мощность. Это в свою очередь позволяет уменьшить установленную мощность источника постоянного напряжения, а следовательно, и всего устройства для индукционного нагрева многосекционной многопостовой нагрузки.

Таким образом, заявленное устройство для индукционного нагрева многосекционной нагрузки и заявленный способ управления работой заявленного устройства при осуществлении позволяют достичь заявленного технического результата, что в целом позволяет улучшить массогабаритные показатели устройства для индукционного нагрева многосекционной нагрузки и увеличить надежность работы этого устройства.

На фиг.1 изображена электрическая схема устройства для индукционного нагрева многосекционной нагрузки - индуктора при «n=2»; на фиг.2 изображена электрическая схема возможного варианта устройства для индукционного нагрева многосекционной многопостовой нагрузки при двух многосекционных индукторах, подключенных к двум последовательно соединенным инверторным мостам.

Устройство на фиг.1 содержит источник постоянного напряжения 3, 4, фильтровый дроссель 1, 2, индуктор 13 из секций 14, 15, 16 и 17, конденсаторы 18, 19, 20 и 21, управляемые вентили 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 и ключ 22, при этом управляемые вентили попарно последовательно согласно соединены между собой и образуют группы из двух вентилей 5 и 9, 6 и 10, 7 и 11, 8 и 12, при этом все секции индуктора 13 соединены последовательно между собой, включая первую секцию 14 и последнюю секцию 17, при этом все секции индуктора 13 магнитно связаны между собой, причем каждая последующая секция имеет противоположное направление намотки обмотки индуктора 13 по сравнению с предыдущей, что показано точками, которые условно поставлены в начале намотки обмоток секций индуктора, например у секции 14 слева - начало намотки, справа - конец намотки, у секции 15 - слева - конец намотки, справа - начало намотки и т.д. Каждая секция индуктора 13 зашунтирована отдельным конденсатором, а именно секция 14 зашунтирована конденсатором 18, секция 15 - конденсатором 19, секция 16 - конденсатором 20 и секция 17 - конденсатором 21, конечный вывод последней секции индуктора 17 соединен с помощью замкнутого ключа 22 с первым выводом первой секции индуктора 14, при этом каждые два последовательно согласно соединенные управляемые вентили 5-9, 6-10, 7-11 и 8-12 выводами постоянного тока соединены параллельно между собой и подсоединены через фильтровой дроссель 1, 2 параллельно источнику постоянного напряжения 3, 4, а общая точка каждых двух последовательно соединенных управляемых вентилей 5-9, 6-10, 7-11 и 8-12 соединена с общей точкой предыдущей и последующей секций индуктора, а именно общая точка вентилей 5-9 соединена с общей точкой секций индуктора 17 и 14, общая точка вентилей 6-10 - с общей точкой секций индуктора 14 и 15, общая точка вентилей 7-11 с общей точкой секций индуктора 15 и 16, общая точка вентилей 8-12 - с общей точкой секций индуктора 16 и 17.

Возможный вариант устройства на фиг.2, имеющего 2 последовательно соединенных и подключенных через фильтровый дроссель 1, 2 в прямом направлении к источнику постоянного напряжения 3, 4 инверторных моста, содержит управляемые вентили 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 верхнего инверторного моста и управляемые вентили 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 нижнего инверторного моста, многосекционный индуктор 13 из отдельных секций 14, 15, 16, 17 верхнего инверторного моста и многосекционный индуктор 31 из отдельных секций 32, 33, 34, 35 нижнего инверторного моста, при этом секции индуктора 13 верхнего инверторного моста зашунтированы конденсаторами 18, 19, 20, 21, а секции индуктора 31 нижнего инверторного моста зашунтированы конденсаторами 36, 37, 38, 39. Второй вывод последней секции 17 многосекционного индуктора 13 верхнего инверторного моста соединен с первым выводом первой секции 14 ключом 22, соответственно второй вывод последней секции 35 многосекционного индуктора 31 нижнего инверторного моста соединен с первым выводом первой секции 32 ключом 40. Как видно из фиг.2, оба инверторных моста идентичны между собой и идентичны устройству фиг 1.

Устройство, изображенное на фиг.1, может работать в двух режимах: 1-й режим, когда ключ 22 замкнут; 2-й режим, когда ключ 22 разомкнут. В 1-м режиме устройство работает следующим образом. Для тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 формируют две серии управляющих импульсов - первая серия в первом такте и вторая серия во втором такте; при этом первая серия управляющих импульсов в первом такте формирует первую полуволну (например, положительную) выходного напряжения (тока) на нагрузке, вторая серия управляющих импульсов формирует вторую полуволну (отрицательную) выходного напряжения (тока) на нагрузке. При формировании первой серии управляющих импульсов в первом такте отпираются тиристоры 5, 10, 7, 12, при этом по секции 14 многосекционного индуктора 13 ток протекает слева направо, по секции 15 - справа налево, по секции 16 - слева направо, по секции 17 - справа налево. Это с одной стороны обеспечивает в этом такте полярность напряжения в каждой последующей секции индуктора, противоположную полярности напряжения в предыдущей секции индуктора, и предотвращает повышение электрического потенциала всего индуктора относительно заземленного магнитопровода или заземленного нагреваемого тела выше, чем электрический потенциал одной секции индуктора независимо от количества секций. С другой стороны, поскольку ток в каждой секции индуктора 14, 15, 16, 17 протекает от начала к концу, результирующий магнитный поток в магнитопроводе или в нагреваемом теле равен сумме магнитных потоков от всех секций индуктора. При формировании второй серии управляющих импульсов во втором такте отпираются тиристоры 6, 9, 11, 8, при этом по секции 14 многосекционного индуктора 13 ток протекает справа налево, по секции 15 - слева направо, по секции 16 - справа налево, по секции 17 - слева направо, при этом направление протекания тока в каждой секции изменилось на противоположное, т.е. во втором такте в секциях индуктора формируется вторая - отрицательная полуволна тока (напряжения), при этом полярность напряжения в каждой последующей секции индуктора является противоположной полярности напряжения в предыдущей секции индуктора, что с одной стороны, так же, как и в первом такте, предотвращает повышение электрического потенциала всего индуктора относительно заземленного магнитопровода или заземленного нагреваемого тела выше, чем электрический потенциал одной секции индуктора. С другой стороны, поскольку ток в каждой секции индуктора 14, 15, 16, 17 протекает от конца к началу, результирующий магнитный поток в магнитопроводе или в нагреваемом теле также равен сумме магнитных потоков от всех секций индуктора. При заданных параметрах секций индуктора 13 и шунтирующих конденсаторов 18, 19, 20, 21 частота формирования первой и второй серий управляющих импульсов в первом и втором тактах выбирается из условия предоставления времени для восстановления управляющих свойств управляемых вентилей - например, тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12.

Во 2-м режиме, когда разомкнут ключ 22, устройство, приведенное на фиг.1, работает следующим образом. Серии управляющих импульсов в первом и втором тактах формируются точно так же, как и в первом режиме, порядок работы управляемых вентилей точно такой же, как и в первом режиме, т.е. в первом такте работают вентили 5, 10, 7, 12, во втором такте - соответственно - 6, 9, 11, 8. Поэтому все электромагнитные процессы остаются такими же, как в первом режиме за исключением того, что по секции 17 индуктора 13 ток не протекает, значит, эта секция не обеспечивает индукционный нагрев, что иногда требуется для осуществления технологического процесса индукционного нагрева.

Возможное устройство, приведенное на фиг.2, работает следующим образом. Порядок работы управляемых вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 верхнего инверторного моста аналогичен порядку работы вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 устройства, приведенного на фиг.1, а порядок работы вентилей 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 нижнего инверторного моста аналогичен порядку работы вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 верхнего инверторного моста. Поэтому все электромагнитные процессы в каждом инверторном мосте устройства, приведенного на фиг.2, идентичны электромагнитным процессам в устройстве, приведенном на фиг.1, в том числе и с замкнутыми и разомкнутыми ключами 22 и 40. Отличие в режимах работы верхнего и нижнего инверторных мостов заключается в том, что частота формирования управляющих импульсов для вентилей верхнего и нижнего инверторных мостов отличается, при этом эти частоты выбираются таким образом, чтобы при смещении во времени циклов индукционного нагрева индукторов 13 и 31 верхнего и нижнего инверторных мостов сместить во времени максимумы потребления мощности индукторами 13 и 31, поддерживая суммарную мощность упомянутых индукторов примерно на одном уровне, что позволяет уменьшить установленную мощность источника постоянного напряжения, а следовательно, и всего устройства для индукционного нагрева.

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах для индукционного нагрева металлов и сплавов. Техническим результатом является увеличение последовательно соединенных секций индуктора, питаемых от инвертора, без увеличения электрического потенциала индуктора по отношению к заземленному магнитопроводу или заземленному нагреваемому телу выше, чем электрический потенциал одной секции, при минимальном количестве управляемых вентилей, а именно при четырех управляемых вентилях на каждые две секции индуктора. Предлагаемое устройство содержит источник постоянного напряжения, фильтровый дроссель, «2n» секций индуктора, «2n» конденсаторов, «4n» управляемых вентилей, где «n» - натуральное число, и ключ, при этом управляемые вентили соединены попарно согласно последовательно, крайними выводами постоянного тока соединены параллельно между собой и через фильтровый дроссель подсоединены в прямом направлении параллельно источнику питания постоянного напряжения, при этом все секции индуктора, включая первую и последнюю, соединены последовательно между собой и точками последовательного соединения подключены к точкам согласного последовательного соединения пар управляемых вентилей, при этом все секции индуктора магнитно связаны между собой, причем каждая последующая секция имеет противоположное направление намотки обмотки индуктора по сравнению с предыдущей и зашунтирована отдельным конденсатором, а конечный вывод последней секции индуктора соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первой секции индуктора. Управление вентилями инвертора осуществляют таким образом, чтобы на каждых двух соседних секциях индуктора формировалось взаимно противоположное по знаку напряжение, что при взаимно противоположных направлениях намотки обмоток соседних секций индуктора обеспечивает результирующий магнитный поток, равный сумме потоков от каждой секции индуктора, при этом максимальный электрический потенциал индуктора относительно заземленного магнитопровода или заземленного нагреваемого тела не превышает электрический потенциал одной секции индуктора независимо от количества секций. Для этого формируют две серии противофазных отпирающих импульсов, первая из которых обеспечивает протекание первой полуволны тока через все секции индуктора в направлении от начала к концу этих секций, а вторая серия - протекание второй полуволны тока через все секции индуктора в направлении от конца к началу этих секций. Для предотвращения протекания переменного тока в последней секции индуктора размыкают ключ, соединяющий крайний вывод последней секции индуктора с первым выводом его первой секции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для индукционного нагрева, содержащее источник постоянного напряжения, фильтровый дроссель и параллельный инвертор тока, который выполнен в виде вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, при этом выводами постоянного тока вентильный мост через фильтровый дроссель подсоединен в прямом направлении параллельно источнику питания постоянного напряжения, а между выводами переменного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей включена активно-индуктивная нагрузка, зашунтированная конденсатором, отличающееся тем, что дополнительно введены активно-индуктивная нагрузка в виде индуктора из 2n-1 секций, 2n-1 конденсаторов, 4(n-1) управляемых вентилей, где «n» - натуральное число, и ключ, причем все секции индуктора соединены последовательно между собой и последовательно с активно-индуктивной нагрузкой, включенной между выводами переменного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, образуя многосекционный индуктор, в котором активно-индуктивная нагрузка, включенная между выводами переменного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей является первой секцией, при этом все секции индуктора магнитно связаны между собой, причем каждая последующая секция имеет противоположное направление намотки обмотки индуктора по сравнению с предыдущей и зашунтирована отдельным конденсатором, а конечный вывод последней секции индуктора соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первой секции индуктора, при этом каждые два дополнительных управляемых вентиля соединены согласно последовательно между собой и подсоединены в прямом направлении к выводам постоянного тока вентильного моста из 4-х управляемых вентилей, а общая точка каждых двух последовательно соединенных дополнительных управляемых вентилей соединена с общей точкой предыдущей и последующей дополнительных секций индуктора.2. Способ управления работой устройства для индукционного нагрева по п.1, заключающийся в том, что для получения переменного тока во всех секциях индуктора формируют две серии противофазных отпирающих импульсов для управляемых вентилей, первая из которых обеспечивает формирование первой полуволны тока индуктора, а вторая - обеспечивает формирование второй, противоположного направления, полуволны тока индуктора, отличающийся тем, что управляющие импульсы для синфазно работающих управляемых вентилей моста формируют в такой последовательности, чтобы обеспечивать на каждом полупериоде полярность напряжения на каждой последующей секции индуктора, противоположную полярности напряжения на предыдущей секции индуктора, т.е. первую серию отпирающих импульсов формируют для всех синфазно работающих управляемых вентилей, обеспечивающих протекание первой полуволны тока через все секции индуктора в направлении от начала к концу этих секций, а вторую серию отпирающих импульсов формируют для всех противофазных, также синфазно работающих управляемых вентилей, обеспечивающих протекание второй полуволны тока через все секции индуктора в направлении от конца к началу этих секций.3. Способ управления работой устройства для индукционного нагрева по п.2, отличающийся тем, что для предотвращения формирования переменного тока в последней секции индуктора размыкают ключ, соединяющий крайний вывод последней секции индуктора с первым выводом его первой секции.