INDUCTION HEATING

Индукционный нагрев для всех.
Текущее время: 20 июл 2019, 13:52

Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 05 апр 2013, 22:58 
Не в сети

Зарегистрирован: 03 апр 2013, 17:14
Сообщений: 102
Ребят, начал сборку нагревателя на 40кВт 40-80кГц, с пиковый мощностью в 60кВт.
Уперся в вопросы алгоритма работы. Хочу услышать дельные советы. Огромная просьба - беседовать по существу, так как цена ошибки велика.
До недавнего времени работал конструктором по инверторным сварочным источникам. На счету несколько серийных моделей, т.е. с силовой электроникой дружу и стараюсь не ссорится. Но вот по вопросам индукционного нагрева у меня пробелы.
Общался с человеком принимавшим участие в сборке пром нагревателей на серийном производстве. По его рекомендациям собрал практически всю комплектацию и начал сборку. Есть толковый программист проверенный на инверторном оборудовании. Но чем ближе к финишу - тем больше терзают сомнения... верно ли выбран алгоритм работы?
Суть в чем - имею мост с током под 300А питающийся от трехфазного ввода в 65кВт. На входе стоит тиристорный мост вместо мощного реле, т.е. зарядился силовой конденсатор - выпрямительный мост включился и работает без регулировки мощности, так сказать на полную. Далее идет тот самый 300А мост на IGBT от Инфениона способный работать на скоростях до 100кГц. Драйвера от CONCEPT с контролем токовой перегрузки и отрецательным смещением, ну и дед тайм сами регулируют между транзисторами стойки. Далее после моста дроссель воздушка на 5мкГн и разделительный конденсатор 4мкф (хотел было 5 но 4-х по прикидкам хватит). Потом разделительный транс с коэффициентом трансформации 2.5 (для 200 вольт на контуре от трехфазной сети по другому никак). И на выходе 4 конденсатора СЕЛЕМ по 5мкф 1000А 400вольт параллельно, включены звездой для выравнивания тока, и с индуктором образуют параллельный контур.
Изначально хотел было сделать ШИМ модуляцию мощности, но прикинув огромные ударные перегрузки когда импульс заканчивается на пике горба тока... решили сделать ход конем. Когда микроконтроллер при первом пуске пихает контур мелким импульсом (по принципу прибора проверки добротности) и меряет время свободных колебаний контура (автогенерацию), вычисляет частоту резонанса контура, и далее стреляет пачкой импульсов, скажем 40 импульсов в контур. Мощность регулируется паузами между пачками. Токовая защита имеется но как защитная, в основном цикле не участвует. Микроконтроллер после пачки импульсов меряет ток моста и напряжение сети, вычисляя мощность и далее вычисляет паузу между пачками для увеличения/уменьшения мощности в зависимости от уставки мощности.
На верном ли я пути??? Может я что не описал, и есть непонятные места в описании - спрашивайте и пообсуждаем...
Очень надеюсь на помощь ну и сам ес-но расскажу что знаю (в разумных пределах). Изделие будет промышленным и есть куча желающих на шару получить схему и алгорим, не хочется идти на помощь "схемопечаткодайям" не желающим думать...


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 06 апр 2013, 00:04 
Не в сети
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 12 фев 2013, 18:48
Сообщений: 676
Откуда: Україна, Київ
Перед выдачей последующей пачки в контур частота корректируется?
Вы этот алгоритм проверяли на менее убыточных моделях в случае аварии? Если нет - советую.
При температурах, близких к точке Кюри, за цикл (пачку) в 40 импульсов, резонансная частота возможно может успеть уехать.
Если частота таки корректируется, то измерение получается нужно производить непосредственно перед "посылом" очередной пачки импульсов,
т.к. пауза между пачками, при этом алгоритме, не фиксирована.
Напрашивается предложение корректировать не паузы, а размер пачки..., но мощность будет регулироваться от 50% до 100%

_________________
...любительская технология это частный случай совершенного владения онанизмом (С)


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 06 апр 2013, 01:12 
Не в сети

Зарегистрирован: 03 апр 2013, 17:14
Сообщений: 102
Ну да, перед каждой пачкой идет измерение частоты контура и добавляется 1-2% частоты вверх на компенсацию задержек. А вот при точке Кюри не думаю что частота может сигануть за 40 импульсов ШИМ совсем быстро. Физические процессы изменения свойств металла намного (на порядки) медленней чем корректировка частоты и выстрел пачки импульсов.
Алгоритм в расчетах был тупо ШИМить мощность длительность управляющих импульсов, но при расчете пугающая пиковая мощность потерь на ключе заставила искать другой алгоритм.
Меня вот именно точка Кюри и интересует. Хотя запас мощности в 300А ключах при 150А на пике синусоиды на мощности 60кВт как бы с запасом, учитывая синусоидальную форму тока и мягкое включение/выключение при переходе через ноль - значительно облегчат жизнь ключам.
На счет макета - была такая затея но решили гулять сразу по взрослому (полагаясь на предыдущий в последнее время удачный опыт). Защиты по крайней мере скоростные (токовая порядка 25нСек принимает решение и далее уже насколько быстро драйвера закроют ключик... так ток и вырастет). Спасают ситуацию интеллектуальные драйвера с автономной токовой защитой при перегрузке.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 06 апр 2013, 01:21 
Не в сети
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 12 фев 2013, 18:48
Сообщений: 676
Откуда: Україна, Київ
Цитата:
Защиты по крайней мере скоростные (токовая порядка 25нСек принимает решение и далее уже насколько быстро драйвера закроют ключик...
Ну и IGBT не так просто убить, как правило они до 1мс КЗ терпят, но если я не ошибаюсь, ограниченное количество раз...
Цитата:
...была такая затея но решили гулять сразу по взрослому
Зря! Не сочтите за "наговор" :wink3:
Цитата:
Хотя запас мощности в 300А ключах при 150А на пике синусоиды на мощности 60кВт как бы с запасом
Имхо, при таких запасах и грамотной (трафаретной) посадке модулей на радиаторы, можно не париться про "потливостью" ключей с ШИМ регулировкой мощности.
Хотя если задача предполагает относительно постоянную работу в таком режиме...

_________________
...любительская технология это частный случай совершенного владения онанизмом (С)


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 06 апр 2013, 19:03 
Не в сети

Зарегистрирован: 14 фев 2013, 01:04
Сообщений: 38
300 амперные ключи на 60 квт- надо уже быть осторожным с жесткими режимами. Незная характеристик драйверов и ключей что то советовать сложно. Может и стрельнуть.
По поводу выпрямителя с тиристорами- имхо излишний наворот. А вот предусмотреть отдельный импульсный зарядник конденсаторов- очень полезно для самодельщика. Т.е заряжаем конденсаторы до амплитудного значения сети отдельным источником, желательно с гальванической развязкой. А потом замыкаем пускатель трехфазного выпрямителя. В этом случае гораздо ниже требования к дросселю выпрямителя, чем при тиристороном заряде. Ну и отдельный источник заряда позволяет проводить эксперименты с силовой частью без подключения силы- на низких напряжениях можно отладить алгоритмы управления а при нормальной работе- проводить предстартовые измерения индуктора. Зарядный источник в пол-киловатта вполне достаточен для этих целей.
Кстати, не заметил упоминания про пленочные силовые конденсаторы прямо на выводах IGBT- без них очень легко вскипятить электролиты при таких мощностях.
Какова предполагаемая добротность резонансного контура? Ведь при пачковом управлении в конце пачки ток, запасенный в конутре, начинает циркулировать через параллельные диоды транзисторных модулей. Если этот ток не затухнет до следующей пачки, а диод не успеет рассосаться (обратно восстановиться)- будет бух. Ну и диоды греть модуля будут- это тоже надо учитывать- они не у всех модулей рассчитаны на полный ток транзистора.

По схеме управления хотелось бы поговорить отдельно, особенно если она цифровая и есть опыт построения таких систем. Хотя я предпочитаю аналоговую ФАПЧ. Вернее сейчас рассматриваю концепт высокочастотной аналоговой ФАПЧ с последующим цифровым делением и формированием фаз и дедтаймов в микроконтроллере.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 06 апр 2013, 21:02 
Не в сети

Зарегистрирован: 03 апр 2013, 17:14
Сообщений: 102
khach писал(а):
300 амперные ключи на 60 квт- надо уже быть осторожным с жесткими режимами. Незная характеристик драйверов и ключей что то советовать сложно. Может и стрельнуть.

Это сама по себе отдельная головная боль, но опыт позволяет уверенно подходить к таким стыковкам. Драйвера и модуля подобраны ответственно.
Зарядник конденсаторов стоит отдельными диодами чрез резисторы на шину питания, подключается релюшкой. Решение простое в лоб. Кондеры зарядились и включается тиристорная часть выпрямителя. Далее на шинах питания в 10см от модулей стоят полипропиленовые силовые конденсаторы по 30мкф от Нюкон на 700в и 15А RMS каждый, их там 4шт. Далее на каждом модуле прямо на выводах питания висит свой полипропиленовый снабберный конденсатор 1мкф на 1600 вольт с выводами в виде шины. После прострела пачки контроллер постоянно смотрит переходы через ноль и их полярность, что бы в случае если импульсы автоколебаний не затухли - включить мост в такт текущим импульсам.
Насчет запуска от пониженного напряжения - есть обычный транс на пол киловатта, 100 вольт, на нем и буду делать первые запуски (конроллеру расскажу что он в нормальном режиме работает и он будет думать что все ОК, пропорционально изменю значения датчиков тока и напряжения, что бы посмотреть полный цикл регулировки).
Опыт построений цифровых систем такого рода есть, но именно в области сварочной техники (хотя это не проще, это немного по другому). Там мы с помощью микроконтроллера напрямую рулим силовой частью жонглируя импульсами как нам хочется. Тут примерно такой же подход.
На счет толковой ФАПЧ - очень интересно, возможно нужно будет делать небольшой станочек с ТВЧ для пайки резцов на пилы... можно будет обдумать такую штуку.
Сам алгоримт как я его описал - не вызывает опасения? Хотя бы интуитивно? Ну и схемотехнически верно построение силовой части для параллельного контура?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 07 апр 2013, 13:24 
Не в сети

Зарегистрирован: 14 фев 2013, 01:04
Сообщений: 38
Klim_1 писал(а):
Опыт построений цифровых систем такого рода есть, но именно в области сварочной техники (хотя это не проще, это немного по другому). Там мы с помощью микроконтроллера напрямую рулим силовой частью жонглируя импульсами как нам хочется. Тут примерно такой же подход.

Если не секрет, на каком контроллере реализовывали? У меня имеется небольшой, но очень "феерический" опыт управления мощным резонансным инвертором с помощью STM32F1 (F1- это принципиальное замечание). Изначальный алгоритм был именно такой, как Ваш. Притом имелся опыт управления мощными моторами в векторном режиме и трехфазными PFC (типа схемы Вена). Думалось, что с резонансником проблем небудет. Не тут то было - при изменении частоты контура я алгоритм неуспевал пересчитывать контстанты всех таймеров. Там более, STM32F1 advanced timer не имел аппаратного формирования дедтайма- приходилось считать в два раза больше каналов. Короче, в какой то момент оно бахнуло.
Сейчас планирую второй подход. Во первых применятся будет STM32F4. Пока идей по поводу использвания его арифметики с плавающей точкой нет, но зато у него таймера с аппаратным формированием дедтайма- меньше считать и меньше вероятность ошибки. Ну и основная идея- тактировать таймера не от кварца или внутренней ФАПЧ, а от внешнего генератора VCO 20-40 Мгц, который делится одним из каналов таймера до частоты резонансного инвертора, сравнивается внешним ФД с током в резонансном контуре и петля ФАПЧ замыкается. Задержка по фазе относительно токового сигнала в петле реализуется на этом же таймере.
Основное преимущество- один раз запрограммировать таймера и они будут следить за резонансной частотой инвертора без вмешательства процессора- процессор может даже зависнуть, а аналоговая ФАПЧ отработает изменение частоты без катастрофы. Единственное, будет плыть дедтайм аппаратный- еще не придумал, как с этим бороться. Если бы счетчик дедтайма можно было тактировать от другого источника то проблемы бы небыло.
Еще одно преимущество внешнего высокочастотного VCO на LC элементах с варикапом- очень трудно сорвать фазу при любых внешних воздействиях. А на RC VCO на частоте инвертора как в других схемах ФАПЧ- фазу генератра срывает от любого силового "чиха". Достаточно искры в индукторе и аварийный останов гарантирован. Ну и у LC VCO планирую ограничить скорость перестройки частоты (обычный фильтром по управляющему напряжению варикапов) чтобы процессор всегда успевал пересчитать константы таймеров, даже если резонансная частота контура поменялась скачком (было такое при обрыве одного из согласующих конденсаторов).
Прошу критики описанного алгоритма.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Сборка пром нагревателя, вопросы алгоритма и конструкции.
СообщениеДобавлено: 07 апр 2013, 20:53 
Не в сети

Зарегистрирован: 03 апр 2013, 17:14
Сообщений: 102
khach писал(а):
Если не секрет, на каком контроллере реализовывали?

Ну мы к этому делу подошли с заднего входа (я имею в виду театр и кулисы). Т.е. жесткий алгоримт описанный в ассемблере, без суеты и непонятных телодвижений компилятора С++. Тогда микроконтроллер с тактовой частотой в 20МГц отлично справляется с нужными скоростями ШИМ преобразователя на 50кГц. Успеваем отмониторить все нужные сигналы, принять решение и выполнить все что запланировано. Есть вопрос со спецификой построения основного цикла регулирования, в нем не должно быть прерываний, ветвлений и прочих сносок. Все должно выполняться "прямо". Это была головная боль программиста. Реализовано сейчас на PIC18F8520 который изначально казался очень медленным для наших задач, но после трезвого подхода успевает еще и покурить. Мне в этом плане нравятся подходы программистов запускавших ракеты на микроконтроллерах что сейчас тормозят в Тамагочи. И ракеты летали на луну и частоты тактовые там были совсем детские.
Что по вашему алгоритму - все вроде бы не плохо, теоретически. Я бы посоветовал для точного поддержания дедтайма использовать специализированные драйверные микросхемы с собственным дедтаймом между каналами. К примеру можно использовать в нестандартном включении микросхему IR21844 где внешним резистором задается нужное время дедтайма и выходные сигналы кормить уже драйверу транзисторов, при этом независимо ни от чего не получится перекрытие и уход дедтайма меньше чем вы запланировали (Vs замкнуть с COM, Vb замкнуть с Vcc). Правда это решение только для одного тактового сигнала ШИМ. Если есть отдельные сигналы от двухтактной ФАПЧ - можно так же включить либо IR2304 с собственным дедтаймом в 100 ns или IR21091 с дедтаймом от 600 ns до 5мкс. Тогда решение будет автономно и без неожиданных сюрпризов. Так же для микроконтроллера рекомендую обратить внимание на микросхему UCD7201 с собственной токовой защитой на борту, автоматически закрывающей силовой транзистор при перегрузке по току выше установленного ей защитного уровня (в даташите подробно сие разжовано).
Хотя основа вашего решения очень даже интересная, помехоустойчивая. Интересно и продолжение! Крещу пальцы!!!! И решение с программированием таймеров у нас так же работает но в однотактном преобразователе (косарик на 6кВт), там с ошибками чуть проще, главное не переступить 48% заполнения и косарик прощает абсолютно всё, при условии оперативной быстрой токовой защиты ключика.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 

Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Вы можете создать форум бесплатно PHPBB3 на Getbb.Ru, Также возможно сделать готовый форум PHPBB2 на Mybb2.ru
Русская поддержка phpBB