Устройство для индукционного нагрева и способ управления устройством для индукционного нагрева

Устройство для индукционного нагрева и способ управления устройством для индукционного нагрева

Реферат

 

Область использования: относится к преобразовательной технике в инверторных источниках питания систем управления установок индукционного нагрева и плавки металла. Суть изобретения: устройство содержит n идентичных инверторных ячеек (1-1, 1-2, 1-3), где n - количество секций индуктора. Управление ячеек индивидуально. Частоту следования управляющих импульсов формируют равной собственной резонансной частоте параллельного высокочастотного колебательного контура инверторной ячейки или отстраивают от его резонансной частоты. Инверторная ячейка содержит полумостовую схему из управляемых ключей (6, 7) и диодов (8, 9). В каждой инверторной ячейке выполняют последовательную и параллельную компенсации индуктивности индуктора на частоте низкочастотной и высокочастотной составляющих тока секции индуктора. Посредством управления ключами (6, 7) и диодами (8, 9) полумоста формируют высокочастотные колебания в виде синусоиды со средней линией, изменяющейся по закону низкочастотного сигнала. Кроме того, средняя линия синусоиды сдвинута по отношению к соседней инверторной ячейке на заданный фазовый угол. В результате, в секциях индуктора (2-1, 2-2, 2-3) формируют одновременно высокочастотный и низкочастотный токи. Достигаемый технический результат: в расширении функциональных возможностей за счет возможности независимого формирования в индукторе одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в инверторных источниках питания в системах управления для установок индукционного нагрева и плавки металла.

Патентный поиск аналогов и наиболее близкого решения заявленному устройству для индукционного нагрева выявил следующее.

Известен полумостовой высокочастотный резонансный инвертор на МДП-транзисторах, содержащий фильтровый конденсатор, два последовательно соединенных разделительных конденсатора, индуктивность нагрузки, при этом разделительные конденсаторы подключены параллельно фильтровому конденсатору, который подключен параллельно источнику постоянного напряжения, а индуктивность нагрузки одним выводом соединена со средней точкой полумостовой схемы, а вторым - с точкой соединения разделительных конденсаторов (Высокочастотные транзисторные преобразователи. М.: Радио и связь, с.233, рис.6.25).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для индукционного нагрева, содержащее фильтровый конденсатор, который подключен параллельно источнику постоянного тока, инверторную ячейку с индуктором индукционной установки в нагрузке, при этом инверторная ячейка включает первый и второй управляемые ключи, шунтированные диодами и соединенные противофазно с образованием полумостовой схемы, первый и второй последовательно соединенные разделительные конденсаторы, подключенные параллельно полумостовой схеме и входу инверторной ячейки, к которому подключен параллельно фильтровый конденсатор, при этом индуктор нагрузки включен между средней точкой полумостовой схемы ячейки инвертора и средней точкой соединения разделительных конденсаторов (POWER SUPPLIES IN INDUCTION MELTING SYSTEMS /Keys to Understandling This Fundamental Melting Technolodgy, fig.8/ Oleg S. Fishman /Vice President of Engineering Inductotherm Corp./ Rancocas, NJ 08073, December 1992).

Оба устройства используют в системах управляемого электропитания для электротехнологических установок, в частности в устройствах для индукционного нагрева. Основным режимом работы известных устройств, обеспечивающим наилучшие соотношения между мощностью, передаваемой в нагрузку, и установленной мощностью оборудования, является одночастотный режим: на частоте, близкой к резонансной частоте нагрузочного контура. Невозможность формирования в устройствах в индукторе нагрузки одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами сужает функциональные возможности известных устройств. Это объясняется следующим. Ряд технологических процессов, например индукционной плавки и высокочастотной закалки, требуют одновременного наличия токов высокой и низкой частоты. Так, при высокочастотной закалке деталей, имеющих сложную конфигурацию поверхности, например при закалке шестерен, метод двух частот обеспечивает достаточно точное повторение закаленным слоем контура сложной поверхности обрабатываемой детали ("Simultaneous Dual-Frequency Gear Hardening’// "Industrial Heating", July, 2001). В индукционных печах качество выплавляемого металла существенно возрастает, если нагрев осуществляют на средней частоте, а силовое воздействие электромагнитным полем на ванну жидкого металла производят на низкой частоте. При этом обеспечивается интенсивное перемешивание металла в сочетании с высоким темпом его нагрева током средней частоты. При одночастотном сигнале усложняется процесс формирования силового поля внутри печи для перемешивания расплава ("Завтрашние технологии индукционной плавки уже существуют”. Джон X.Мортимер [Фирма Inductotherm, г.Ранкокас, США] // журнал “Литейщик России”, 2002 г., №1, с.33-34).

Учитывая, что индукционные печи большого объема имеют, как правило, индуктор, выполненный в виде секций, то использование в устройстве для индукционного нагрева для совместной работы на соответствующие секции индуктора инверторных ячеек, выполненных в соответствии с известными, формирующими только одночастотный сигнал, не позволяет эффективно активизировать процессы перемешивания расплава в зоне секции индуктора, снижает равномерность нагрева загрузки печи, а следовательно, эффективность индукционного нагрева. Это объясняется тем, что работа на одночастотном сигнале не позволяет гибко, в соответствии с циклом работы печи, управлять работой инверторных ячеек, что обусловлено отсутствием возможности независимого управления высокочастотной энергией, подводимой к каждой секции индуктора, и процессом формирования силового электромагнитного поля внутри расплава в зоне секции индуктора для равномерного перемешивания.

Из вышеизложенного следует, что выявленные в результате патентного поиска устройства для индукционного нагрева не позволяют формировать в нагрузке одновременно высокочастотный и низкочастотный сигналы и осуществлять независимое управление этими сигналами, что не позволяет при работе этих устройств на общий индуктор эффективно активизировать процессы перемешивания расплава, повысить равномерность и эффективность индукционного нагрева путем независимого управления этими процессами, что сужает их функциональные возможности.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного устройства для индукционного нагрева при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей за счет возможности формирования в индукторе нагрузки одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами.

Патентный поиск аналогов и наиболее близкого решения заявленному способу управления устройством для индукционного нагрева, используемому для управления заявленным устройством, выявил следующее.

Известен способ управления резонансным инвертором со встречно-параллельными диодами, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на тиристоры, управляющие диодами, формирующими прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. При этом задают временной интервал, измеряют напряжение на тиристорах, формируют разрешающий логический сигнал, принимающий истинное значение при одновременном приложении прямого напряжения к тиристорам, формирующим прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, а очередной импульс управления на тиристоры подают по истечение заданного временного интервала, причем отсчет временного интервала разрешают при истинном значении сформированного разрешающего логического сигнала (патент РФ №2117378, Н 02 М 7/48, Н 02 М 7/523, 10.08.98).

Наиболее близким к заявленному является способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения в нагрузке. При этом измеряют мгновенное значение напряжения на нагрузке, определяют моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, подают очередные импульсы управления на вентили в моменты перехода мгновенного напряжения на нагрузке через нулевое значение, задают интервал времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, сравнивают измеренный интервал времени с заданным, причем при превышении измеренным интервалом времени заданного подачу импульсов управления на вентили прекращают (патент РФ №1269984, Н 02 М 7/521, 27.06.2001 г.

Оба способа используют в системах управляемого электропитания для электротехнологических установок, в частности для управления работой устройств для индукционного нагрева. Суть управления работой инверторов в обоих известных способах заключается в обеспечении синхронизации работы управляющих тиристоров, т.е. в устранении возможности появления в нагрузке, помимо высокочастотной, низкочастотной составляющей тока. Это, в принципе, не позволяет известным способом формировать в нагрузке инвертора одновременно токи высокой и низкой частоты, что сужает функциональные возможности известных способов. Это объясняется следующим. Ряд технологических процессов, например индукционной плавки и высокочастотной закалки, требуют одновременного наличия токов высокой и низкой частоты. Так, при высокочастотной закалке деталей, имеющих сложную конфигурацию поверхности, например при закалке шестерен, метод двух частот обеспечивает достаточно точное повторение закаленным слоем контура сложной поверхности обрабатываемой детали ("Simultaneous Dual-Frequency Gear Hardening’// "Industrial Heating", July, 2001). В индукционных печах качество выплавляемого металла существенно возрастает, если нагрев осуществляют на средней частоте, а силовое воздействие электромагнитным полем на ванну жидкого металла производят на низкой частоте. При этом обеспечивается интенсивное перемешивание расплава в сочетании с высоким темпом его нагрева током средней частоты. При одночастотном сигнале усложняется процесс формирования силового поля внутри печи для перемешивания расплава ("Завтрашние технологии индукционной плавки уже существуют”, Джон X.Мортимер [Фирма Inductotherm, г.Ранкокас, США] // журнал “Литейщик России”, 2002 г., №1, с.33-34).

Из вышеизложенного следует, что, поскольку в известных способах управления устройствами для индукционного нагрева формируют в индукторе только одночастотный сигнал, это не позволяет активизировать процессы перемешивания расплава в печи, снижает равномерность, а следовательно, эффективность индукционного нагрева, что сужает их функциональные возможности.

Учитывая, что индукционные печи большого объема имеют, как правило, индуктор, выполненный в виде секций, то из-за возможности формирования только одночастотного сигнала использование известных способов управления работой устройств для индукционного нагрева с общим индуктором не позволяет эффективно активизировать процессы перемешивания расплава в зоне секции индуктора, снижает равномерность нагрева загрузки печи, а следовательно, эффективность индукционного нагрева. Это объясняется тем, что работа на одночастотном сигнале не позволяет гибко, в соответствии с циклом работы печи, управлять работой инверторных ячеек, что обусловлено отсутствием возможности независимого управления высокочастотной энергией, подводимой к каждой секции индуктора, и процессом формирования силового электромагнитного поля внутри расплава в зоне секции индуктора для равномерного перемешивания.

Из вышеизложенного следует, что выявленные в результате патентного поиска способы управления работой устройств для индукционного нагрева не позволяют формировать в нагрузке одновременно высокочастотный и низкочастотный сигналы и осуществлять независимое управление этими сигналами. Это не позволяет с помощью известных способов при управлении работой устройств для индукционного нагрева с общим индуктором активизировать процессы перемешивания расплава, повысить равномерность и эффективность индукционного нагрева путем независимого управления этими процессами, что сужает их функциональные возможности.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного способа управления работой устройства для индукционного нагрева, используемого для управления заявленным устройством, при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей способа за счет возможности независимого формирования в индукторе нагрузки одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами.

Предлагаемое изобретение - устройство для индукционного нагрева решает задачу создания соответствующего устройства, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей за счет возможности независимого формирования в индукторе одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для индукционного нагрева содержит инверторную ячейку и индуктор индукционной установки, при этом инверторная ячейка включает фильтровый конденсатор, который подключен параллельно источнику постоянного тока, первый и второй управляемые ключи, шунтированные диодами и соединенные противофазно с образованием полумостовой схемы, первый и второй последовательно соединенные разделительные конденсаторы, подключенные параллельно полумостовой схеме и фильтровому конденсатору, а средняя точка полумостовой схемы инверторной ячейки подключена к одному из выводов индуктора, индуктор выполнен многосекционным, а устройство содержит n инверторных ячеек, идентичных первой, где n - количество секций индуктора, при этом средняя точка полумостовой схемы инверторной ячейки подключена к одному из выводов соответствующей секции индуктора, а в каждую инверторную ячейку введен компенсирующий высокочастотный конденсатор, который подключен к соответствующей секции индуктора с образованием высокочастотного параллельного резонансного колебательного LC-контура, кроме того, в каждую инверторную ячейку введен низкочастотный дроссель, который подключен между вторым выводом соответствующей секции индуктора и точкой соединения разделительных конденсаторов и образует с разделительными конденсаторами последовательный низкочастотный резонансный колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей частоте низкочастотной составляющей тока в секции индуктора инверторной ячейки.

Технический результат достигается следующим образом. Фильтровый конденсатор, подключенный параллельно источнику постоянного напряжения, и разделительные конденсаторы в каждой инверторной ячейке отсекают сигнал помехи по высокой частоте по цепи источника питания.

Первый и второй управляемые ключи, шунтированные диодами и соединенные противофазно с образованием полумостовой схемы, обеспечивают управление работой инверторной ячейки, участвуя тем самым в формировании параметров выходного сигнала в индукторе нагрузки.

Сопротивление индуктора индукционной установки имеет резко индуктивный характер. Как правило, реактивную мощность индуктора индукционной установки компенсируют, для чего параллельно индуктору или последовательно с ним подключают компенсирующий конденсатор. Поскольку нагрузкой каждой инверторной ячейки является секция индуктора индукционной установки, для компенсации реактивной мощности нагрузки в заявленном устройстве в каждую инверторную ячейку введен компенсирующий конденсатор, который подключен параллельно к соответствующей секции индуктора нагрузки.

Кроме того, применение полумостовой схемы позволяет использовать разделительные конденсаторы одновременно в качестве фильтровых на высокой частоте и в качестве компенсирующих - на низкой частоте. В результате в устройстве осуществлена последовательная компенсация индуктивности нагрузки в каждой секции индуктора, при этом роль компенсирующих конденсаторов выполняют разделительные конденсаторы, а параллельную компенсацию нагрузки выполняет введенный в устройство компенсирующий конденсатор.

Благодаря тому, что компенсирующий конденсатор подключен к соответствующей секции индуктора нагрузки с образованием параллельного резонансного колебательного LC-контура, все реактивные токи компенсации замыкаются в колебательном контуре нагрузки инверторной ячейки, что позволяет сконцентрировать практически всю выделяемую ими мощность в нагрузке. При этом, так как в качестве компенсирующего конденсатора в каждую инверторную ячейку введен высокочастотный, который образует с секцией индуктора нагрузки высокочастотный параллельный резонансный колебательный LC-контур, это обуславливает формирование в секции индуктора токов высокой частоты.

Низкочастотный дроссель, который подключен между вторым выводом соответствующей секции индуктора и точкой соединения разделительных конденсаторов, обеспечивает возможность замыкания тока в параллельном колебательном контуре нагрузки при открывании управляемого ключа полумоста. Кроме того, после закрытия управляемого ключа низкочастотный дроссель за счет формируемой ЭДС обеспечивает непрерывность прохождения тока через нагрузку, а следовательно, непрерывность формирования в ней высокочастотного сигнала: замыкая ток в нагрузке через противофазный диод, достраивает полуволну тока.

Кроме того, в каждой ячейке низкочастотный дроссель и разделительные конденсаторы образуют последовательный низкочастотный резонансный колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей частоте низкочастотной составляющей тока в секции индуктора инверторной ячейки. Поскольку на низкой частоте сопротивление высокочастотного компенсирующего конденсатора в параллельном контуре нагрузки значительно выше, чем секции индуктора нагрузки, то низкочастотная составляющая тока инверторной ячейки также замыкается в основном через секцию индуктора нагрузки, причем с максимальной амплитудой за счет резонанса напряжений в последовательном колебательном контуре на частоте низкочастотной составляющей тока. Все это обеспечивает возможность независимого формирования в нагрузке тока низкой частоты.

Благодаря тому, что компенсирующий высокочастотный конденсатор подключен к соответствующей секции индуктора нагрузки с образованием высокочастотного параллельного резонансного колебательного LC-контура, а низкочастотный дроссель и разделительные конденсаторы образуют последовательный низкочастотный резонансный колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей частоте низкочастотной составляющей тока в нагрузке инверторной ячейки, т.е. каждый из контуров имеет свою резонансную частоту, это позволяет использовать резонансные явления для одновременного независимого формирования высокочастотной и низкочастотной составляющих тока в нагрузке инверторной ячейки, что, в свою очередь, обеспечивает возможность независимой регулировки высокочастотной и низкочастотной составляющих тока в секциях индуктора нагрузки при их одновременном формировании.

Из вышеизложенного следует, что в заявленном устройстве в каждой инверторной ячейке обеспечивается компенсация индуктивного сопротивления нагрузки по высокой и низкой частотам. Поскольку все реактивные токи компенсации замыкаются в параллельном колебательном контуре инверторных ячеек, образованном компенсирующим конденсатором и секцией индуктора нагрузки, то наличие в цепях компенсации высокочастотного и низкочастотного колебательных контуров, работающих соответственно на частотах высокочастотной и низкочастотной составляющих тока индуктора, обеспечивает возможность независимого формирования в нагрузке одновременно токов высокой и низкой частоты за счет параллельного резонанса тока на высокой частоте в параллельном контуре, а в последовательном контуре - за счет последовательного резонанса напряжения на частоте низкочастотной составляющей тока инвертора. При этом благодаря тому, что оба контура работают на соответствующей резонансной частоте, это позволяет получить максимальную амплитуду высокочастотного и низкочастотного токов в нагрузке. Возможность независимости формирования в секции индуктора нагрузки инверторной ячейки высокочастотного и низкочастотного токов обуславливает возможность осуществления независимого управления этими сигналами.

Поскольку индуктор нагрузки выполнен многосекционным, а устройство содержит n инверторных ячеек, идентичных первой, где n - количество секций индуктора нагрузки, то возможность независимого управления высокочастотной составляющей тока в нагрузке обеспечивается в каждой ячейке. Это позволяет за счет определенной организации работы инверторных ячеек получить новые технологические эффекты, обеспечивающие широкие возможности управления параметрами электромагнитного поля в объеме расплава металла, позволяющие активизировать процессы перемешивания металла и повысить эффективность индукционного нагрева, что расширяет функциональные возможности заявленного устройства. Например, в начале процесса разогрева шихты целесообразно концентрировать тепловыделение в нижней зоне печи для скорейшего появления расплава металла, а затем перейти к равномерному распределению. Возможность перераспределения высокочастотной энергии по секциям индуктора, по его высоте, обеспечивает достижение эффекта концентрации тепловыделения в заданной зоне печи.

Таким образом, предлагаемое построение схемы устройства для индукционного нагрева позволяет независимо управлять потоком высокочастотной энергии, подводимой к каждой секции индуктора установки, путем независимого регулирования составляющей высокочастотного тока в индукторе при одновременном формировании низкочастотного тока, что расширяет его функциональные возможности.

Кроме того, в устройстве обеспечивается возможность организации направленного циркуляционного потока металла за счет формирования в каждой секции индуктора низкочастотной составляющей тока. Поскольку индуктор выполнен многосекционным, то под действием низкочастотной составляющей тока в каждой секции индуктора внутри расплава образуется направленное силовое электромагнитное поле, которое распространяется по вертикальной оси печи. Это также расширяет функциональные возможности устройства, так как позволяет эффективно активизировать процессы перемешивания металла, повысить равномерность индукционного нагрева, а следовательно, повысить эффективность индукционного нагрева.

Таким образом, предлагаемое устройство для индукционного нагрева при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей за счет возможности независимого формирования в индукторе нагрузки одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами.

Заявленное изобретение - способ управления работой устройства для индукционного нагрева, используемый для управления заявленным устройством, решает задачу создания соответствующего способа, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей способа за счет возможности независимого формирования в индукторе нагрузки одновременно высокочастотного и низкочастотного сигналов и осуществления независимого управления этими сигналами.

Сущность изобретения - способ управления работой устройства для индукционного нагрева, используемого для управления заявленным устройством, заключается в том, что в заявленном способе управления работой устройства для индукционного нагрева, в соответствии с которым выполняют по полумостовой схеме инверторную ячейку, выполняют параллельную компенсацию индуктивности индуктора индукционной установки компенсирующим конденсатором, формируют прямую и обратную полуволны напряжения в индукторе, для чего поочередно подают на противофазные управляемые ключи полумостовой схемы открывающие и закрывающие импульсы управления, индуктор нагрузки выполняют многосекционным, а количество инверторных ячеек берут по количеству секций индуктора, с каждой из которых формируют параллельный колебательный контур из секции индуктора нагрузки и компенсирующего конденсатора соответствующей инверторной ячейки, при этом в секции индуктора каждой инверторной ячейки формируют одновременно низкочастотный и высокочастотный сигналы, для чего в каждой инверторной ячейке выполняют последовательную компенсацию индуктивности индуктора на частоте низкочастотной составляющей тока секции индуктора, а параллельный колебательный контур выполняют высокочастотным, для чего компенсацию по высокой частоте выполняют высокочастотным конденсатором, при этом посредством управления ключами полумостовой схемы формируют в каждой инверторной ячейке высокочастотные колебания в виде синусоиды, средняя линия которой изменяется по закону изменения низкочастотного сигнала и сдвинута по отношению к соседней инверторной ячейке на заданный фазовый угол, при этом для каждой инверторной ячейки импульсы управления формируют индивидуально, причем частоту следования управляющих импульсов выбирают также индивидуально и формируют или равной собственной резонансной частоте параллельного высокочастотного колебательного контура инверторной ячейки, или отстраивают от его резонансной частоты.

Кроме того, посредством управления ключами полумостовой схемы при формировании полуволны высокочастотной составляющей тока инверторной ячейки вносят дисбаланс в работу противофазных управляемых ключей и диодов, при этом открывающие импульсы на управляемые ключи подают в момент перехода через ноль тока синфазного диода, причем при формировании положительной полуволны низкочастотной составляющей тока инверторной ячейки изменяют по принятому закону изменения низкочастотной составляющей тока инверторной ячейки момент подачи закрывающего импульса на управляемый ключ, формирующий положительную полуволну высокочастотной составляющей тока, а момент подачи закрывающего импульса на противофазный управляемый ключ не меняют, при формировании отрицательной полуволны низкочастотной составляющей тока инверторной ячейки моменты подачи закрывающих импульсов на управляемые ключи заменяют на противоположные.

Технический результат достигается следующим образом. Поскольку индуктор нагрузки выполняют многосекционным, количество инверторных ячеек берут по количеству секций индуктора, при этом для каждой инверторной ячейки импульсы управления формируют индивидуально, а частоту следования управляющих импульсов выбирают также индивидуально, обеспечивается возможность независимого управления каждой инверторной ячейкой, что расширяет функциональные возможности способа.

Благодаря тому, что в заявленном способе в каждой инверторной ячейке поочередно подают на противофазные управляемые ключи полумостовой схемы открывающие и закрывающие импульсы управления, осуществляют управление работой управляемых ключей, которые формируют прямую и обратную полуволны напряжения в нагрузке.

Поскольку в каждой инверторной ячейке выполняют последовательную компенсацию индуктивности индуктора нагрузки на частоте низкочастотной составляющей тока секции индуктора нагрузки, а параллельный колебательный контур выполняют высокочастотным, для чего компенсацию по высокой частоте выполняют высокочастотным конденсатором, обеспечивают последовательную и параллельную компенсации реактивной мощности нагрузки.

Выполнение инверторной ячейки по полумостовой схеме позволяет использовать конденсаторы фильтра одновременно в качестве фильтровых на высокой частоте и в качестве компенсирующих - на низкой частоте,

Поскольку в предлагаемом способе частоту следования управляющих импульсов в инверторной ячейке формируют или равной собственной резонансной частоте параллельного высокочастотного колебательного контура инверторной ячейки, или отстраивают от его резонансной частоты, обеспечивается возможность формирования в каждой секции индуктора высокочастотных колебаний, а следовательно, высокочастотного тока. При этом благодаря тому, что посредством управления ключами полумостовой схемы формируют в каждой инверторной ячейке высокочастотные колебания в виде синусоиды, средняя линия которой изменяется по закону низкочастотного сигнала, а в каждой инверторной ячейке выполняют компенсацию индуктивности индуктора нагрузки на частоте низкочастотной составляющей тока секции индуктора нагрузки, обеспечивается возможность независимого формирования в нагрузке тока низкой частоты и расширяются функциональные возможности способа.

Благодаря тому, что компенсирующий высокочастотный конденсатор подключен к соответствующей секции индуктора нагрузки с образованием высокочастотного параллельного резонансного колебательного контура, все реактивные токи компенсации замыкаются в колебательном контуре нагрузки инверторной ячейки, что позволяет сконцентрировать практически всю выделяемую ими мощность в нагрузке. При этом, поскольку реактивные токи компенсации замыкаются в параллельном колебательном контуре через индуктивность нагрузки, это позволяет формировать в каждой секции индуктора высокочастотную составляющую тока.

Поскольку в каждой инверторной ячейке на низкой частоте сопротивление высокочастотного компенсирующего конденсатора в параллельном контуре значительно выше сопротивления секции индуктора, то низкочастотная составляющая тока инверторной ячейки также замыкается в основном через секцию индуктора нагрузки, причем с максимальной амплитудой за счет резонанса напряжений в последовательном колебательном контуре на частоте низкочастотной составляющей тока.

В результате способ обеспечивает возможность независимого формирования в нагрузке тока низкой и высокой частоты. Это позволяет за счет определенной организации работы инверторных ячеек получить новые технологические эффекты, обеспечивающие широкие возможности управления параметрами электромагнитного поля в объеме расплава, что расширяет функциональные возможности способа.

Это объясняется следующим. Поскольку компенсацию по низкой частоте выполняют на частоте низкочастотной составляющей тока секции индуктора, а по высокой частоте - на частоте, равной или близкой к резонансной частоте параллельного колебательного контура, это позволяет для формирования низкочастотной и высокочастотной составляющих тока в индукторе использовать резонансные явления: параллельный резонанс тока - на высокой частоте и последовательный резонанс напряжения - на низкой частоте. При этом на соответствующей резонансной частоте контуров это позволяет получить максимальную амплитуду высокочастотного и низкочастотного токов в нагрузке. Поскольку в инверторной ячейке формируют высокочастотные колебания в виде синусоиды, у которой по закону низкочастотного сигнала изменяется только средняя линия, то из этого следует, что параметры высокочастотного синусоидального сигнала не зависят от закона изменения низкочастотного сигнала, что обеспечивает возможность регулировки высокочастотной составляющей тока в нагрузке при возможности одновременного независимого формирования высокочастотной и низкочастотной составляющих тока в нагрузке инвертора. В то же время, поскольку средняя линия высокочастотного сигнала изменяется по закону низкочастотного сигнала, то информация о параметрах низкочастотного сигнала заложена в законе изменения средней линии. Это позволяет, варьируя законом изменения средней линии высокочастотного сигнала, регулировать параметры низкочастотной составляющей тока в нагрузке, не изменяя параметров высокочастотной составляющей.

При отстройке импульсов управления от резонансной частоты параллельного высокочастотного колебательного контура обеспечивается возможность снижения уровня высокочастотной составляющей тока в индукторе. Это позволяет организовать режим работы инверторной ячейки, при котором в секции индуктора уровень низкочастотного тока превышает уровень высокочастотной составляющей. При этом под действием низкочастотной составляющей тока в каждой секции индуктора внутри расплава формируют направленное силовое электромагнитное поле, которое распространяется по вертикальной оси печи, что и позволяет организовать работу инверторной ячейки в режиме перемешивания расплава, активизировать процессы перемешивания и повысить эффективность индукционного нагрева, что расширяет функциональные возможности заявленного способа. Кроме того, возможность одновременного формирования высокочастотного и низкочастотного токов и возможность независимого управления ими в каждой инверторной ячейке позволяют перераспределять подводимую мощность по высоте индуктора печи и обеспечивают достижение эффекта концентрации тепловыделения в заданной зоне печи, что расширяет функциональные возможности способа.

При этом возможность формирования средней линии синусоиды высокочастотного сигнала со сдвигом по отношению к соседней инверторной ячейке на заданный фазовый угол позволяет формировать внутри объема расплава соответствующей секции индуктора силовое электромагнитное поле с индивидуальной характеристикой, т.е. формировать в определенной зоне индуктора необходимый режим перемешивания. Кроме того, возможность формирования низкочастотной составляющей тока в секциях индуктора синхронно с заданным фазовым сдвигом позволяет создать бегущую волну электромагнитного поля по вертикальной оси корпуса печи, т.е. обеспечить оптимальный режим для формирования бегущей волны, что позволяет организовать равномерное перемешивание расплава во всем объеме печи. В результате также расширяются функциональные возможности способа.

В каждой инверторной ячейке высокочастотные колебания в виде синусоиды, средняя линия которой изменяется по определенному закону, формируют благодаря тому, что посредством управления ключами полумоста при формировании полуволны высокочастотной составляющей тока инверторной ячейки вносят дисбаланс в работу противофазных управляемых ключей и диодов. Поскольку открывающие импульсы на управляемые ключи подают в момент перехода через ноль ток синфазного диода, обеспечивается возможность синхронизации момента отпирания ключей. Благодаря тому, что при формировании положительной полуволны низкочастотной составляющей тока инверторной ячейки изменяют по принятому закону изменения низкочастотной составляющей тока инверторной ячейки момент подачи закрывающего импульса на управляемый ключ, формирующий положительную полуволну высокочастотной составляющей тока, а момент подачи закрывающего импульса на противофазный управляемый ключ не меняют, обеспечивается возможность варьирования продолжительностью времени нахождения управляемых ключей в открытом состоянии, что и приводит к дисбалансу в работе противофазных диодов, а следовательно, к нарушению симметрии высокочастотного сигнала относительно оси времени и появлению в нем низкочастотной составляющей. Замена на противоположные моментов подачи закрывающих импульсов на управляемые ключи: изменяют по принятому закону изменения низкочастотной с