Хочется узнать мнение специалистов по вот какому вопросу. Разрабатываю генератор на IGBT для индукционной установки. Мощность порядка 15-20 КВт, частота 8-12 КГц, назначение – нагрев под съем и посадку (т.е. значительно ниже точки Кюри).

Прежде чем взяться за работу, изучил соответствующую литературу, всю что смог найти, как смог перекопал инет, в общем обычный подход разработчика, не желающего изобретать велосипед. И вот нарисовалась такая картина – все производители делают «резонансные» девайсы, либо с последовательным, либо с параллельным резонансом. И практически никто не применяет жесткую коммутацию ключей (ЖК).

Известно, что резонансные инверторы строятся по параллельной и последовательной топологии. Так вот, если сравнивать параллельный инвертор и инвертор с ЖК, то однозначно параллельный лучше. Реактивная мощность не выходит за пределы контура, мягкая коммутация ключей и все такое. А вот если сравнивать последовательный инвертор и ЖК инвертор, то бешенные преимущества последовательного мне как то не очень очевидны.

Посудите сами:
1 И там и там через ключи и защитные диоды течет полный ток контура (в том числе реактивный), который их разогревает.
2 Для нормальной работы последовательного инв. нужна сравнительно сложная система управления с ФАПЧ, для инвертора с ЖК – простой ШИМ, т.е. система управления проще.
3 Мягкое выключение ключей в последовательном возможно только на резонансной частоте. Практически же, чтобы схема не ушла в разнос, в большинстве случаев частоту надо будет держать выше резонансной, особенно если у контура будет высокая нагруженная добротность. В итоге коммутация часто будет совсем не мягкой…
4 В ЖК инверторе требуется батарея конденсаторов по питанию силового моста и кондеры сравнительно небольшой емкости в снабберах. А в некоторых случаях снабберы могут быть не нужны. В последовательном инверторе та же емкость по питанию, снабберы нужны поменьше, а может и вообще не нужны, но зато появляется компенсирующая емкость, которая добавляет и вес, и размеры и стоимость…

Ну и еще можно что-нибудь найти. Но эти четыре пункта – основные.
В общем хочется мне спроектировать генератор с ЖК. Оптимизма добавляет еще и то, что все частотные регуляторы для асинхронников и большинство импульсных сварочных аппаратов также работают с ЖК, и ничего, работают – не жужжат... Хочу взять IGBT модули с большим запасом по току, благо частота небольшая, и думаю все должно получиться…

Ваше мнение, господа!?

В генераторе для съема и посадки деталей - гланое это индуктор. При использование последовательной компенсации индуктор с компенсирующем конденсатором можно утащить от генератора на большое расстояние. В параллельном -фиг вам. В параллельном инверторе надо регулировать напряжение на входе. В последовательном - все обходятся частотным регулированием. ШИМ делать смысла нет. Все равно нужно подстраивать частоту к резонансу. А это ФАПЧ. Жесткая коммутация для транзисторов это смерть. Особенно часто горят антипараллельные диоды транзистора. А так мы делаем такие генераторы. И с мягким индукторм и с жестким. Снимают ими бондажи роторов генераторов до 1т весом. Есть и для всякой мелочи. Стоит генератор где-то от 250т.руб.

Есть там преимущества, причем именно что не точно на резонанскной частоте, а чуть ниже.
Выключение гораздо лучше, и включение тоже. правда, ток непрямоугольный, но это IGBT не так страшно...
Так что как раз основной неостаток IGBT уменьшается...Скорость..
Но с реактивными элементами - проблема, да. В прочем, как и в параллельном - мощность будет гулять по ним ого-го...

выше резонансной частоты, иначе сквозные токи начнут гулять от неуспевших выключиться диодов

Взрываются IGBT модули достаточно эффектно. Как маленькая граната.

Да, простите. Ошибся в определении - кто выше, кто ниже... Короче, когда ток уже упал но еще не поменял полярность... получается частота настройки контура чуть ниже, чем тактовая...

Так ить если индуктор не имеет компенсирующего(контурного) конденсатора - вся его реактивная мощность пойдет через ИЖБТ. Имхо не стоит. Свыше нескольких кВА расточительно. А с резонансом через ИЖБТ можно только активную мощность пропускать.

Не-не, не надо человека отговаривать. Ну хочется ему поэкспериментировать - пускай поэкспериментирует, если лень ему лишний раз подумать головой или книжки умные перечитать.

Не думаю, что всё так плохо. Некоторіе индуктора хорошо связанніе с заготовкой имеют косинус 0,6.
До точки Кюри добротность и соотв косинус индуктора сильно не изменится.
Возможно стоит пробовать на малую мощность без компенсирующего кондёра.

Все правильно. Но только для низкой частоты и многовитковых индукторов с минимальным зазором, которые работают на сталь. У 1 витковых индукторов, например, для закалки стали 0.1-0.3 при частоте 66кГц и выше.

Что-то тут парево какое-то.
Как это у вас до точки Кюри косинус практически не меняется - еще как меняется. Поясняю - индуктивность до точки Кюри слабо меняется (можно считать, что не меняется вообще), а удельное сопротивление загрузки вырастает в разы, и соответственно косинус будет изменяться (при постоянной частоте и напряжении растет). А после точки Кюри вообще возрастает скачком.

косинус 0,6?! Не верю...) Ну если только индуктора длиной десятки метров и частота промышленная))



Чего правильного-то, Дмитрий Саныч! Ни хрена не правильно!! Откуда у вас косинус до 0.3 на 66кГц, если на 50Гц выше 0,4 практически не бывает!

Отвечаю. Для нагрев бондажей роторов на 50Гц используется многовитковый водоохлаждаемый индуктор. Компенсирующих конденсаторов там нет. Запитывается от понижающего тр-ра и все. Косинус там 0.5-0.6. Насчет закалки и 0.3 слегка промазал согласен. Но 0.1 вполне.

Дык там длина индуктирующего прововода не одна сотня метров, а площадь поверхности, которая индуцирует магнитное поле относительно небольшая. И все равно косинус там порядка 0,35-0,45. Уж сколько я сделал таких установок на 50Гц для снятия бандажей - не пересчитать.
ЗЫ Тем более для индукционного нагрева на 50Гц генераторы вообще не нужны - ни с мягкой комутацией, ни с жесткой)))))

Пояснение: Почему на высокой частоте низкий косинус.

Дело в том, что индуктивность (и соответственно реактивное сопротивление) прямопропорционально частоте, а активное сопротивление при индукционном нагреве прямопропорционально квадратному корню частоты. Вот и вся песня)))
Но с другой стороны, если рассматривать задачку геометрически, акт. сопротивление и реактивное линейно возрастают с длиной нагруженного индуктора. Поэтому при больших длинах индукторов (когда длина !!нагруженного!! индуктора в десятки раз больше его диаметра) косинус стремится к единице.

Надеюсь, теперь всё с косинусом понятно))

vadim50hz, речь о поверхностном или сквозном нагреве?
На мой взгляд нет уточнения что размеры детали должны быть больше глубины проникновения тока

Речь идет ни о поверхностном, ни о сквозном, а об индукционном нагреве вообще. А что, для уравнений Максвелла есть какая-то разница между сквозным и поверхностым нагревом?)

А глубина проникновения - это всего лишь один из лимитирующих параметров. А вот вам еще один лимитирующий параметр - воздушный зазор, а точнее воздушный объем, пронизываемый полем, между индуктором и нагрузкой. Я думаю, что это всем и так известно.

Добротность контура меньше 2 вполне реальна с длиннім индуктором и на более вісоких частотах чем промішленная. cosФ=1/sqrt(1+Q*Q)

На ИНУ 44кГц видел Q меньше 3.

Читайте внимательнее - когда я высказал сомнения про косинус 0,3 на 66кГц, разговор был про косинус закалочных индукторов, которые чаще всего одновитковые.

А то, что косинус на длинных индукторах независимо от частоты стремится к 1, я писал в предыдущем посте.

ЗЫ Есть еще один нюанс в разговоре про косинус - значения косинуса при запуске нагрева и в конце процесса нагрева отнюдь неблизкие, особенно при нагреве ферромагнетиков за точку Кюри. И когда я говорю про какие-то значения косинуса, я имею его величину при запуске, т.е. минимальное его значение в процессе нагрева, что с точки зрения проектирования УИН с жесткой комутацией более правильно.

ЗЗЫ Косинус можно и проще определить cosф=R/Z=Ia/Iz

Можно НЕ использовать жёсткую коммутацию и НЕ использовать последовательный колебательный контур.
Квазирезонансный режим, когда выходные ёмкости транзисторов перезарежаются током индуктор + добавочный дроссель.

При этом в установившемся режиме включение будет происходить при нуле напряжения и тока.
Выключаться будет при нуле напряжения, но придётся рвать ток.
Который тут же подхватят снабберы и собственная выходная ёмкость ключей.
Дальше перезаряд выходных емкостей, резонансный процесс.
Задача - быстро разорвать ток. На небольшую мощность делать на полевиках.
Можно реализовать источник на 1МГц. Такая есть задумка.
На большую мощность с появлением опыта применить ESBT
IGBT в этом случае плохо подойдут.. не оптимальный вариант.

Ещё одно. При регулировании ШИМ не должен быть глубоким.
Чтобы ток через обратный диод не смог бы закончиться до открытия ключа.
Нужен комбинированный способ управления с пропуском импульсов.
Что может обеспечить глубину ШИМ около 30% и менее.
Здесь тоже есть тонкости, который ключ открывать в таком режиме.
Но это решаемо.

Можно и ЧМ заюзать, никто не мешает. Плюс пропуск импульсов.
Глубина ЧМ в этом случае тоже не будет большой.

Для высоких частот можно пускать импульсы пачками, что проще.
И не обращать внимание на возможное жесткое включение транзистора в начале пачки.
Но этот момент должен быть тщательно проработан.