В области силовой электроники использование новых схемных решений позволяет создавать многофункциональные устройства, обеспечивающие унификацию изделий преобразовательной техники. В данной статье мы рассмотрим один из способов построения мощного инвертора для установки по получению нанооксидов.
Существует левитационно-струйный метод М.Я. Гена для получения нанопорошков [1, 2] на установке, схематично изображенной на рис. 1. В этом методе капля металлического никеля подвешивается в кварцевой трубке внутренним диаметром 14 мм и нагревается до плавления и начала испарения электромагнитным полем (0,44 МГц) противоточного индуктора.
Левитирующая в трубке капля сверху вниз обдувается регулируемым потоком газообразного гелия, формирующим зону конденсации атомов испаряемого материала, где происходит образование аэрозольных частиц. Эта зона в основном определяет характерные размеры получаемых частиц [1].
Рис. 1. Устройство для получения нанооксидов.
В настоящее время все источники питания должны строиться с использованием новейшей элементной базы, в первую очередь транзисторов IGBT и MOSFET. Данные источники обеспечивают высокую эффективность преобразования, повышенный КПД и уменьшают габариты.
Известно устройство, высокочастотный инвертор, осуществляющий сварку токами килогерцового диапазона, который рассчитан на мощности до 3.5 кВт.
Схемотехнические решения высокочастотного инвертора разработаны (и запатентованы) на кафедре радиотехники Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева [3].
Инвертор содержит два модуля, выполненных по схеме «косой полумост», попеременно работающих на трехобмоточный трансформатор. В данной схеме исключается эффект подмагничивания сердечника трансформатора и возможность сквозного замыкания [4].
Источник позволяет питать индуктор знакопеременным током частоты ультразвукового диапазона, при заданном напряжении. На холостом ходу обеспечивается повышенное напряжение за счет резонансной цепочки, установленной на выходе инвертора. Но данного напряжения оказывается недостаточно для применения данного инвертора для целей получения нанооксидов.
Наращивание выходной мощности возможно не только путем увеличения мощности единичных высокочастотных инверторов, но и обеспечением последовательной или параллельной работы маломощных высокочастотных инверторов для индукционного нагрева [4]. Параллельная работа источников питания различного назначения на общую нагрузку привлекает внимание специалистов по ряду причин. Во-первых, создаются предпосылки для унификации изделий преобразовательной техники; во-вторых, включение отдельных источников на параллельную работу позволяет при необходимости оперативно наращивать мощность установки для получения наночастиц; в-третьих, повышается «живучесть» всего комплекса, поскольку выход из строя какого-либо источника не приводит к отказу всей системы, а лишь снижению обеспечиваемой мощности; в-четвертых, существенно снижаются затраты на резервирование, если оно требуется для обеспечения высокой надежности комплекса.
Параллельная работа высокочастотных инверторов для сварки на переменном токе достаточно подробно описана [5]. Вопрос наращивания мощности путем последовательного соединения высокочастотных инверторов для установки по синтезу наночастиц пока остается открытым.
На рис.2 приведена схема высокочастотного инвертора для установки по получению нанооксидов в качестве базовых модулей которого (Модуль1…Модуль5) используются высокочастотные инверторы для сварки на переменном токе.
С помощью компьютерной модели модуля в программе Micro-CAP были получены результаты, подтверждающие возможность наращивания мощности путем последовательного соединения высокочастотных инверторов для сварки на переменном токе и обеспечивающие необходимые условия для получения наночастиц.
Рис. 2. Схема высокочастотного инвертора для установки по получению наночастиц.
Все схемотехнические решения по высокочастотному инвертору проработаны, и он используется в качестве источника питания для электродуговой сварки. При необходимости, без серьезных схемных изменений он может быть предложен потребителям в виде высокочастотного инвертора для получения наночастиц.
Путем многоуровневой архитектуры высокочастотных инверторов на переменном токе можно получать нанооксиды, что обеспечит ряд преимуществ. Прежде всего, это ускорение процесса получения нанооксидов, возможность управления выходными параметрами инвертора. Наращивание напряжения обеспечивается увеличением количества модулей, не требуется применение редких и дорогих высоковольтных полупроводниковых приборов. Возможность использования недорогих стандартных низковольтных электронных компонентов, обеспечивающих максимальную экономическую эффективность изделия.
Список литературы
- Ген М. Я., Миллер А. В. // Поверхность. – 1983. – № 2. – С. 150–154.
- Кондратьева Т. А., Морозов Ю. Г., Чернов Е.А. // Порошковая металлургия. – 1987. – № 10. – С. 19–22.
- Бардин, В.М., Борисов, Д.А., Земсков, АВ., Пивкин, А.В. Новый класс сварочных инверторов // Электротехника, 2012. № 6. С 60а-64.
- Патент № 2510859. Устройство для электродуговой сварки // Бардин В.М., Борисов Д.А., Земсков А.В.
- Бардин, В.М., Земсков, А.В. Параллельная работа сварочных источников переменного тока // Электротехника, 2013. № 8. С 39-42.[schema type=»book» name=»ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИНВЕРТОР ДЛЯ УСТАНОВКИ ПО ПОЛУЧЕНИЮ НАНООКСИДОВ» description=»В статье представлены результаты компьютерного моделирования по-строения устройств для получения нанооксидов. Показано, что путем много-уровневой архитектуры высокочастотных инверторов на переменном токе можно получать нанооксиды, что обеспечит ряд преимуществ. Прежде всего, это ускорение процесса получения наночастиц, возможность управления вы-ходными параметрами инвертора. Наращивание напряжения обеспечивается увеличением количества модулей, не требуется применение редких и дорогих высоковольтных полупроводниковых приборов. Возможность использования недорогих стандартных низковольтных электронных компонентов, обеспечивающих максимальную экономическую эффективность изделия.» author=»Земсков Антон Владимирович, Новиков Дмитрий Павлович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-13″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]