ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/6.Электротехника и радиоэлектроника

Анарбаев А.Е., Тайсариева К.Н., Молдахметов С.С., Исембергенов Н.Т.

Казахский национальный технический университет им. К. Сатпаева, РК

К вопросу о разработке системы управления силовым инвертором для индукционного нагрева

С появлением мощных транзисторных модулей актуальной стала разработка инверторов, предназначенных для коммутации больших токов. Одним из направлений исследований АО «Технопарк КазНТУ им. К. Сатпаева» является разработка устройства для индукционного нагрева металла.

В процессе разработки опытного образца одной из основных стала задача по разработке генератора импульсов с изменяемой частотой для управления силовым инвертором, предназначенным для осуществления индукционного нагрева. Схема индуктора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема индуктора

Одним из простых способов построения генератора импульсов с изменяемой частотой является реализация его на микроконтроллере. В данном случае был выбран микроконтроллер ATmega32.

Для индукционного нагрева необходимо генерировать импульсы разной полярности амплитудой до 300 В и частотой 20 Гц. Для этого на IGBT модуль достаточно подавать импульсы ±15 В TOP и BOT. Микроконтроллеру же необходимо на двух разных выводах генерировать парафазные импульсы с изменяемой частотой от 10 до 30 кГц. Для достижения высокой временной точности генерации импульсов частота тактирования микроконтроллера поднята до 16 МГц с помощью кварцевого резонатора.

В процессе разработке возникла проблема совмещения функций управления ЖКИ и генерации импульсов на частоте тактирования 16 МГц, т.к. контроллер символьного модуля HD44780 является относительно медленным. Принято решение использовать отдельный микроконтроллер для управления ЖКИ. Таким образом, устройство состоит из двух частей: генератора и индикатора. Схема системы управления показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема системы управления силовым инвертором

Принцип работы системы поясняет рисунок 3, на котором представлен алгоритм работы системы управления. Устройство позволяет с помощью кнопок выбирать частоту импульсов в пределах от 10 до 30 кГц, а также сохранять значение частоты в память EEPROM микроконтроллера.

Рисунок 3 – Алгоритм работы системы управления силовым инвертором

При испытании системы в рабочем режиме импульсы на выходе силового инвертора имели значительные выбросы, которые удалось устранить при увеличении времени задержки до 5 мкс между парафазными импульсами. Помимо этого на порте А микроконтроллера в подсистеме индикации периодически возникали электромагнитные помехи, которые генерировали мощные токи высокой частоты индуктора. Данная проблема была устранена наложением медной пластинки к корпусу микроконтроллера. В целом в ходе работы разработанная система управления проработала надежно, корректно выполняя заложенные функции. На рисунке 4 показан опытный образец системы управления в процессе настройки (рисунок 4а) и в процессе индукционного нагрева металлической заготовки (рисунок 4б).

Рисунок 4 – Система управления силовым инвертором

В дальнейшем планируется усовершенствовать систему управления силовым инвертором, разработать вопрос по экранированию устройства, а также провести испытание в промышленных условиях и продолжительной работе.

Литература:

1. Семенов Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005.

2. ATmega32 Data sheet. USA: Atmel Corporation, 2011.