Wyniki 1-6 spośród 6 dla zapytania: authorDesc:"Kamil KIEREPKA"

Jednoczesny, dwuczęstotliwościowy falownik do nagrzewania indukcyjnego o strukturze półmostka SiC MOSFET DOI:10.15199/48.2018.09.23

Czytaj za darmo! »

Wysokie wymagania stawiane parametrom mechanicznym stalowych elementów konstrukcji maszyn, stwarzają potrzebę stosowania precyzyjnych procesów obróbki cieplnej. Nagrzewanie indukcyjne cechuje się wysoką sprawnością, powtarzalnością oraz szybkością procesu [1]. Szczególnym przypadkiem jest indukcyjne nagrzewanie wstępne przed hartowaniem elementów o nieregularnym kształcie (koło zębate, rys. 1). Proces hartowania polega na wstępnym podgrzaniu stalowego elementu do temperatury hartowania a następnie schłodzenia z ściśle określoną dynamiką. Proces hartowania zapewnia zmianę właściwości wytrzymałościowych materiału takich jak: twardość, plastyczność oraz sprężystość. W przypadku kół zębatych pożądana jest wysoka odporność na ścieranie (twardość) powierzchni bocznych oraz den wrębów przy zachowaniu odpowiedniej sprężystości, plastyczności wnętrza [2]. Niezbędnym jest wytworzenie równomiernego rozkładu temperatury, o określonej dla danego materiału wartości (umożliwiającej zmianę właściwości struktury w procesie hartowania). Zastosowanie falownika dwuczęstotliwościowego w procesie podgrzewania przed hartowaniem umożliwia uzyskanie równomiernego rozkładu temperatury na powierzchni koła zębatego, które nie jest możliwe dla przypadku falownika jednoczęstotliwościowego [2]. Szczegółowy opis metody sterowania oraz występujących komutacji dla omawianego falownika zawierają opracowania [3], [4], [5]. Rys.1. Przykład zastosowania falownika dwuczęstotliwościowego - obwiedniowe hartowanie kół zębatych Struktura badanego układu Opracowano i przebadano układ falownika o strukturze półmostka tranzystorowego z kondensatorowym dzielnikiem napięcia. Obciążenie stanowił dwuczęstotliwościowy obwód rezonansowy połączony z falownikiem za pomocą transformatora dopasowującego (rys. 2). Parametry badanego układu zestawiono w tabeli 1. Zastosowano tranzystory z węglika krzemu SiC MOSFET z wbudowanymi diodami zwrotnymi SBD (ang. Schottky barrier di[...]

Szeregowy, dwuczęstotliwościowy falownik do nagrzewania indukcyjnego z pojedynczym mostkiem tranzystorowym typu H - problemy komutacji nieoptymalnych DOI:10.15199/48.2018.05.30

Czytaj za darmo! »

Artykuł dotyczy pojedynczego jednoczesnego falownika rezonansowego z szeregowym dwuczęstotliwościowym obwodem rezonansowym [1], [5], stosowanym w procesach precyzyjnego powierzchniowego hartowania Obwiedniowego elementów o nieregularnym kształcie, przykładem może być koło zębate. Cechą charakterystyczną jest prąd falownika zawierający dwie składowe: średniej iMF oraz wysokiej iHF częstotliwości. Do opisu zastosowano sformułowanie jednoczesny w celu zróżnicowania względem sekwencyjnego przekształtnika dwuczęstotliwościowego, który w prądzie wyjściowym zawiera w danej chwili czasowej tylko jedną ze składowych iMF lub iHF. Omawiany falownik o strukturze pełnego mostka tranzystorowego MOSFET zasila obwód rezonansowy przyłączony przez transformator dopasowujący Tr. Obwód rezonansowy składa się z trzech elementów reaktancyjnych: cewki L1 oraz dwóch kondensatorów rezonansowych C1, C2. Wzbudnik jest reprezentowany przez parametry zastępcze L2, R. Prosta konstrukcja zawierająca niewielką liczbę elementów pasywnych jest niewątpliwą zaletą prezentowanego rozwiązania falownika dwuczęstotliwościowego. Relatywnie prosta konstrukcja w stosunku do innych rozwiązań [5] nie jest pozbawiona wad, jakimi są:  skomplikowany układ sterowania MSI (modulacja naturalna/regularna) wysokiej częstotliwości,  występowanie komutacji nieoptymalnych,  regulacja mocy jednej składowej wpływa jednocześnie na drugą składową prądu i, jednak sterowanie mocy MSI pozwala na większościowe zmiany mocy regulowanej składowej. Celem artykułu jest identyfikacja występujących komutacji w procesie przełączania tranzystorów falownika, oraz ocena możliwości pracy układu. Dwuczęstotliwościowy obwód dopasowania Prezentowany obwód dopasowania (rys.1) charakteryzuje się dwoma częstotliwościami rezonansu szeregowego. Częstotliwość rezonansu składowej MF wynosi: (1) 1 1 1 2 MF f  LC  natomiast częstotliwość rezonansu składowej H[...]

Układy dopasowania L-C oraz L-LC w falownikach klasy D do nagrzewania indukcyjnego - teoria i praktyka DOI:10.15199/48.2016.06.02

Czytaj za darmo! »

W artykule opisano dwa układy dopasowania wzbudnika do nagrzewnicy indukcyjnej z falownikiem klasy D - szeregowy L-C oraz szeregowo-równoległy L-LC. Zaproponowano niespotykane przekształcenie układu L-C na L-LC z wykorzystaniem tego samego kondensatora obwodu rezonansowego. Porównano falowniki 1,5kW/300 kHz z takimi obwodami wykazując zarówno korzyści zastosowania obwodu L-LC jak i jego wady. Abstract. Two load matching circuits of Class D inverter for induction heating applications are presented in the paper: serial resonant L-C and series-parallel L-LC. The new reconfiguration of L-C into L-LC based on the same resonant capacitor is proposed. Two 1,5kW/300kHz inverters are compared to emphasize advantages as well disadvantages of L-LC circuit. (L-C and L-LC matching circuits in Class D inverters for induction heating - the theory and practice). Słowa kluczowe: falownik klasy D, MOSFET, L-LC, nagrzewanie indukcyjne. Keywords: Class D inverter, MOSFET, L-LC, induction heating. Wstęp Artykuł dotyczy tranzystorowego falownika napięciowego klasy D-ZVS [1]-[5] z tranzystorami MOSFET oraz układów typu L-C i L-LC dopasowania odbiornika, w zastosowaniu do nagrzewania indukcyjnego. Na rysunku 1 pokazano schemat takiego falownika o strukturze półmostka z pojemnościowym dzielnikiem napięcia zasilania, zbudowanego w oparciu o tranzystory MOSFET. Wzbudnik ze wsadem reprezentowany jest dwójnikiem RL, który do wyjścia falownika (zaciski A1, B1) przyłączony jest za pośrednictwem układu dopasowania, składającego się z transformatora dopasowującego Td i elementów biernych C, LS. Na rysunku 1 pokazano dwa układy dopasowania: szeregowy L-C oraz szeregowo-równoległy L-LC. Szeregowy układ dopasowania L-C jest prosty i najczęściej stosowany. Ma jednak wady, jak ta, że prąd wzbudnika i2 przepływa w całości przez stronę wtórną transformatora Td1. Falownik z takim układem obciążenia w literaturze klasyfikowany jest jako SL-SRI (Series Loaded Series Res[...]

Problematyka komutacji nieoptymalnych w pojedynczym szeregowym dwuczęstotliwościowym jednoczesnym falowniku do nagrzewania indukcyjnego DOI:10.15199/48.2018.03.12

Czytaj za darmo! »

Artykuł jest kontynuacją tematyki związanej z występowaniem komutacji twardej D→sT przy pracy falownika dwuczęstotliwościowego do nagrzewania indukcyjnego. Falownik taki ma typową strukturę pełnego mostka a sterowanie składowych prądu (MF i HF) odbywa się metodą modulacji naturalnej PWM z częstotliwością nośną (200- 400) kHz [1], [2], [3]. W ramach niniejszego opracowania wykonano układ testowy (rys.1) do badania gałęzi falownika przy komutacji twardej D→sT. Taki stan pracy osiągnięto sterując tranzystorami z częstotliwością mniejszą niż częstotliwość rezonansowa obwodu obciążenia (rys.2) [4]. Przedstawiona analiza ma na celu ocenę pracy tranzystorów pod kątem: maksymalnego prądu wstecznego IRRM diody - zapewnienie bezpiecznego poziomu nie powodującego uszkodzenia tranzystora (przekroczenia SOA), oraz określenie mocy strat i sprawności przy pracy z występowaniem komutacji twardej D→sT. W ramach badań skonstruowano sterowniki bramkowe (drajwery SiC) o niesymetrycznym napięciu sterowania +22 V/-6 V wraz z przetwornicami napięcia, przystosowane do sterowania tranzystorów mocy SiC MOSFET. Następnie wykonano drukowany obwód mocy falownika wraz z blokiem wodnym pełniącym rolę radiatora dla tranzystorów mocy. Ostatnim etapem prac była konstrukcja transformatora dopasowującego wraz z silnoprądowym szeregowym obwodem rezonansowym RLC. Przeprowadzono serię pomiarów dla reprezentatywnej grupy trzech tranzystorów o zbliżonych parametrach prądowo-napięciowych osadzonych w obudowach TO-247. Tabela 1 przedstawia zestawienie wybranych parametrów dla wytypowanych tranzystorów. Tabela 1. Zestawienie stosowanych tranzystorów mocy [5] Symbol ID, A UDS, V RDS(on), mΩ trr, ns IRRM, A Warunki pomiaru STM STW65N80K5 (Si) 46 800 80 650 60 IF=46 A, VDD=60 V, di/dt=100 A/μs STM SCT30N120 (SiC) 45 1200 90 140 2 IF= 20 A, VDD=800 V, di/dt=100 A/μs ROHM SCH2080KE (SiC+SBD) 40 1200 80 37 2,4 I[...]

Problematyka określenia sprawności niskostratnych drajwerów pracujących z częstotliwością 30 MHz DOI:10.15199/48.2018.08.28

Czytaj za darmo! »

W ostatnich latach można zaobserwować nieprzerwany wzrost zapotrzebowania na falowniki o megahercowych (MHz) częstotliwościach pracy oraz mocach od kilkuset watów (W) do kilku kilowatów (kW). Przyczyną wzrostu zapotrzebowania na tego typu falowniki są ich liczne zastosowania przemysłowe np. w nagrzewaniu indukcyjnym, nagrzewaniu pojemnościowym, wytwarzaniu półprzewodników lub indukcyjnej generacji plazmy. W literaturze spotykane są badania obejmujące analizę właściwości, zaawansowane projektowanie, modelowanie oraz testy laboratoryjne falowników rezonansowych klasy D, DE, E oraz EF, o coraz to wyższych częstotliwościach pracy i mocach wyjściowych. Głównym, a zarazem najistotniejszym elementem układu falownika jest tranzystor MOSFET mocy, który musi charakteryzować się wysoką częstotliwością pracy zachowując jednocześnie swoje właściwości statyczne i dynamiczne. Budowa wysokoczęstotliwościowych falowników rezonansowych wymaga rozwiązania złożonej problematyki sterowania procesem przełączania bramki tranzystora MOSFET mocy. Do prawidłowego wysterowania bramki pojedynczego tranzystora można posłużyć się dedykowanym układem nazywanym sterownikiem bramkowym (ang. driver), lub potocznie drajwerem. Do głównych zadań sterownika bramkowego - drajwera należy zapewnienie odpowiednich poziomów napięć dla załączania i wyłączania tranzystora oraz efektywne przeładowanie wewnętrznej pojemności bramki w możliwie najkrótszym czasie. Niezwykle ważne staje się nieustanne doskonalenie układów sterowników bramkowych, które powinny zapewniać możliwie efektywne przełączanie tranzystora z możliwie minimalnymi stratami własnymi [1, 2, 3, 4]. Na rynku dostępnych jest bardzo wiele rozwiązań sterowników bramkowych dedykowanych do zastosowań wysokoczęstotliwościowych. Przeważająca większość tych układów nie radzi sobie z przeładowaniem wewnętrznej pojemności bramki tranzystora, co w efekcie skutkuje znacznym wzrostem czasów przełączeń oraz wzroste[...]

Półmostkowy dwuczęstotliwościowy falownik rezonansowy do hartowania indukcyjnego kół zębatych DOI:10.15199/48.2018.12.17

Czytaj za darmo! »

Wysokie wymagania stawiane elementom stalowym, związane z uzyskaniem określonych właściwości mechanicznych takich jak np. odpowiednia twardość powierzchni, przy niezmienionych kształtach i wymiarach elementu, powodują konieczność stosowania precyzyjnej obróbki cieplnej. Warunkami koniecznymi do uzyskania wymienionych rezultatów są właściwie dobrane parametry obróbki oraz pełna kontrola nad przebiegiem procesu [1]. Przykładami elementów stalowych mogą być np. koła zębate, pręty, rury, blachy, itd., których parametry w procesie obróbki ulegają znaczącym zmianom. Istnieje również potrzeba precyzyjnego hartowania konturowego elementów owalnych np. kół zębatych przy zachowaniu niezmienionych właściwości pozostałej części elementu stalowego. Rys.1. Typowe koła zębate hartowane indukcyjnie Od kilkudziesięciu lat stosowana jest w tym celu indukcyjna metoda grzejna, która charakteryzuje się następującymi zaletami - przede wszystkim dużą szybkością nagrzewania i selektywnością obszaru poddawanego obróbce, powtarzalnością procesu zapewniającą stabilność i jakość otrzymanego produktu oraz wysoką sprawnością energetyczną mającą niewielki wpływ na środowisko naturalne [1, 2, 3]. Powierzchniowe hartowanie indukcyjne jest zagadnieniem interdyscyplinarnym, gdyż stanowi ono kombinację zjawisk elektromagnetycznych, cieplnych i metalurgicznych. Wszystkie wymienione zjawiska zachodzą, gdy powierzchnia materiału poddawanego obróbce w pierwszym etapie procesu jest nagrzewana powyżej temperatury austenityzowania, a następnie w kolejnym etapie gwałtownie schładzana [1, 2, 3]. Potrzeba niezawodnego i precyzyjnego hartowania konturowego elementów owalnych np. kół zębatych o nieregularnym kształcie (rys.1) w bardzo krótkim czasie, spowodowała rozwój przekształtników dwuczęstotliwościowych (ang. Dual-frequency inverter) oznaczanych w literaturze jako 2F [4, 5, 6, 7, 8, 9]. Dwuczęstotliwościowe przekształtniki realizowane są w wielu możliwych konfig[...]

 Strona 1