Установка электротермическая с полупроводниковым преобразователем повышенной частоты ППЧ-160-2.4

История разработок

В 1968 г. на таллинском электротехническом заводе Estel было освоено производство мощных тиристоров, а затем статических преобразователей повышенной частоты [1]. Практически одновременно с этим серия индукционных установок полупроводниковых преобразователей частоты была разработана и в Уфе, в сотрудничестве с ленинградскими учеными. В 1970 г. доцентом учебного Уфимского авиационного института (УАИ) Кацнельсоном С. М. был разработан полупроводниковый тиристорный преобразователь (ТПЧ) [2]. Он был изготовлен совместно с Тульским научно-исследовательским институтом (ТНИТИ) и впервые внедрен в промышленную эксплуатацию. Одновременно учеными УГАТУ и Ленинграда разрабатывались статические ТПЧ.

При УАИ (сейчас вуз носит название УГАТУ) в 1974 г. было образовано предприятие СКТБ «Вихрь», работавшее в научном направлении силовой электроники (директор — к. т. н. Шапиро С. В.) [3].

В 1990 г. в Уфе было создано научно-конструк­торское внедренческое предприятие «Петра» (руководитель — Ройзман П. С.), а в 1992 г. — научно-производственное объединение (НПО) «Параллель», которое занялось разработкой и внедрением полупроводниковых преобразователей повышенной и высокой частоты (рис. 1) для электротермических установок и установок индукционного нагрева металла (ИНУ) [4, 5].

Рис. 1. Полупроводниковые ТПЧ на НПО «Параллель»

Конструкция полупроводниковых преобразователей частоты для индукционного нагрева

Для питания ТПЧ, ИНУ, ТПЧТ и других электрофизических установок в преобразователях электроэнергии, работающих в системах управления в частотно-импульсных режимах, используются тиристоры типа Т, ТБ, ТБИ, ТЛ.

В НПО «Параллель» был разработан преобразователь частоты ППЧ-160-2.4 номинальной электрической мощности 160 кВт с номинальной рабочей частотой 2,4 кГц. Он предназначен для установок индукционного нагрева, плавки черного или цветного металла.

Шкаф ППЧ имеет габариты 700×800×1956 мм, вес 500 кг.

На основной вертикальной плате шкафа размещена конструкция силовой трехфазной сети, полупроводникового диодного выпрямителя, аппаратуры коммутационной и тиристора бесконтактного защиты (рис. 2). В шкафу расположен электромагнитный дроссель постоянного тока, который оснащен водяным охлаждением (показана система оборотной воды).

Рис. 2. Конструкция шкафа преобразователя частоты ППЧ-160-2.4 (лицевая сторона)

На основной вертикальной плате с обратной стороны шкафа (рис. 3) размещены вентили ППЧ. На плате размещены компоненты водоохлаждения, силовые шины, полупроводниковые вентили и автономный инвертор.

Рис. 3. Конструкция основных полупроводниковых вентилей автономного инвертора (задняя сторона шкафа)

На рис. 4. показан чертеж, типичная документация и сборочные единицы, а также комплектация полупроводникового преобразователя частоты ТПЧ [6, 7].

Рис. 4. Общий вид документации ППЧ-160-2.4

Подробно документация на сборные единицы, шкаф с дополнительными деталями крепления, панель управления, блок управления и контроля, блок контроля охлаждения, блок преобразователя сигналов, блок контроля блокировок, блок питания и контроля, блок выпрямителя БВ-400, блок БИ-160, трансформатор напряжения и дроссель постоянного тока приведены в [8, 9, 10].

На рис. 5 показан блок управления, размещенный на передней двери шкафа преобразователя частоты ППЧ-160-2.4.

Рис. 5. Блок управления ППЧ-160-2.4

Пульт управления нагревом (ПУН) предназначен для управления и визуального контроля за работой индукционной установки с полупроводниковым преобразователем.

Индукционная установка ИПТ-160-2.4-0,16Г

Индукционные плавильные тигели (ИПТ) служат для плавки черных и цветных металлов в тигельных печах объемом до 1000 кг. Разработанный НПО «Параллель» ТПЧ для работы двух тигельных печей плавки черного и цветного металла позволяет вести непрерывную плавку. Емкость печи по стали — 160 кг, охлаждение СО-установки — водяное. Время плавки не более 1 ч.

В процессе нагрева плавильной печи система управления автоматически поддерживает возможную мощность, исходя из объема загрузки печи и температуры шихты, показаний инфракрасного пирометра для измерения температуры расплава.

Индукционная установка ИПТ-160-2.4-0,16Г (рис. 6) для плавки стали (меди) состоит из блоков компенсирующих конденсаторов БК-100-2,4, печи индукционной ПИТ-0,16Г, маслостанции, гидропривода, соединительных шлангов, токопровода «БК-Печь», пульта дистанционного управления, двухконтурной станции охлаждения (СО) [11, 12, 13, 14, 15, 16].

Рис. 6. Установка ИПТ для индукционной плавки

Габариты станции охлаждения установки СО-40 700×800×1953 мм, вес 150 кг. СО выполнена в шкафу унифицированной конструкции со степенью защиты IP54. Контур дистиллированной воды выполнен из коррозионно-стойких материалов и содержит бак, насос, теплообменник и аппаратуру контроля (термометры, манометры, термореле, реле уровня).

Контур технической воды, помимо теплообменника, содержит фильтр, реле давления, термопреобразователь и электромагнитный клапан, открываемый сигналом микропроцессорного измерителя-регулятора.

Потребление воды из внешней системы водо­снабжения автоматически регулируется в зависимости от фактической мощности тепловыделения в охлаждаемом объекте, вплоть до полного прекращения подачи воды, автоматически стабилизируется температура станции.