преобразовательное устройство для индукционного нагрева и его варианты

Формула изобретения

1. Преобразовательное устройство для индукционного нагрева, содержащее источник постоянного напряжения, первый и второй фильтровые дроссели, первый и второй управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор, первый конденсатор и первое пусковое устройство, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения соединен первый вывод первого фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с двумя соединенными между собой первыми выводами первого и второго управляемых вентилей, второй вывод первого управляемого вентиля соединен с соединенными между собой первыми выводами первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора и первого пускового устройства, при этом вторые выводы первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора и первого пускового устройства также соединены между собой, отличающееся тем, что второй вывод второго управляемого вентиля и вторые выводы первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора и первого пускового устройства соединены между собой и подсоединены к первому выводу второго фильтрового дросселя, второй вывод которого подсоединен к второму полюсу источника постоянного напряжения, при этом первый и второй управляемые вентили включены в прямом направлении по отношению к полярности источника постоянного напряжения.

2. Преобразовательное устройство для индукционного нагрева по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введены третий и четвертый управляемые вентили, а также вторая нагрузка-индуктор, второй конденсатор и второе пусковое устройство, при этом первые выводы второй нагрузки-индуктора, второго конденсатора, второго пускового устройства и четвертого управляемого вентиля соединены между собой и подсоединены к общей точке вторых выводов первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора, первого пускового устройства и второго управляемого вентиля, при этом вторые выводы второй нагрузки-индуктора, второго конденсатора и второго пускового устройства соединены между собой и подсоединены к первому выводу третьего управляемого вентиля, второй вывод которого и второй вывод четвертого управляемого вентиля соединены между собой и подсоединены к первому выводу второго фильтрового дросселя, при этом третий и четвертый управляемые вентили включены в прямом направлении по отношению к полярности источника постоянного напряжения.

3. Преобразовательное устройство для индукционного нагрева по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введены второй и третий конденсаторы, а первая нагрузка-индуктор выполнена из трех обмоток -первой, второй и третьей, при этом все упомянутые обмотки нагрузки-индуктора соединены последовательно между собой, параллельно первой, второй и третьей упомянутым обмоткам подсоединены соответственно первый, второй и третий конденсаторы, при этом третья обмотка нагрузки-индуктора намотана встречно по отношению к первым двум обмоткам, чтобы обеспечить магнитный поток, направленный встречно по отношению к магнитному потоку от первой и второй обмоток нагрузки-индуктора.

4. Преобразовательное устройство для индукционного нагрева, содержащее источник постоянного напряжения, первый и второй фильтровые дроссели, первый и второй управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор, первый конденсатор и первое пусковое устройство, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения соединен первый вывод первого фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с первым выводом первого управляемого вентиля, второй вывод которого соединен с первым выводом второго фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что дополнительно введены третий и четвертый фильтровые дроссели, при этом к первому выводу первого управляемого вентиля подсоединены соединенные между собой первые выводы первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора, первого пускового устройства, вторые выводы которых также соединены между собой и подсоединены к общей точке первого вывода второго управляемого вентиля и второго вывода третьего фильтрового дросселя, первый вывод которого соединен с первым полюсом источника питания, при этом второй вывод второго управляемого вентиля соединен с вторым выводом первого управляемого вентиля и с первым выводом четвертого фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника питания, при этом первый и второй управляемые вентили включены в прямом направлении по отношению к полярности источника постоянного напряжения.

5. Преобразовательное устройство для индукционного нагрева, содержащее источник питания постоянного напряжения, первый и второй фильтровые дроссели, первый и второй управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор, первый конденсатор и первое пусковое устройство, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения соединен первый вывод первого фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с двумя соединенными между собой первыми выводами первого и второго управляемых вентилей, при этом второй вывод первого управляемого вентиля соединен с соединенными между собой первыми выводами первого конденсатора и первого пускового устройства, вторые выводы которых соединены вместе и подсоединены к второму выводу второго управляемого вентиля и первому выводу второго фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника питания, при этом первая нагрузка-индуктор первым выводом подсоединена к второму выводу второго управляемого вентиля, отличающееся тем, что дополнительно введены третий и четвертый управляемые вентили, второй конденсатор, второе пусковое устройство, а также третий и четвертый фильтровые дроссели, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения соединен первый вывод третьего фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с первыми выводами третьего и четвертого управляемых вентилей, второй вывод третьего управляемого вентиля соединен с соединенными вместе первыми выводами второго конденсатора и второго пускового устройства, вторые выводы которых соединены вместе и подсоединены к второму выводу четвертого управляемого вентиля и первому выводу четвертого фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника питания, при этом второй вывод третьего управляемого вентиля соединен с вторым выводом первого управляемого вентиля, а второй вывод нагрузки-индуктора соединен с вторым выводом четвертого управляемого вентиля.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металла.

Известны преобразовательные устройства, применяемые для различных целей, параллельного типа, когда нагрузка и коммутирующий конденсатор соединяются параллельно, и последовательного типа, когда нагрузка и коммутирующий конденсатор соединяются последовательно (Л.1, Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники. Учебн. пособие для специальности «Промышленная электроника». - М.: «Высшая школа», 1974). Эти преобразователи являются аналогами предлагаемому изобретению.

Известно также, что при индукционном нагреве и плавке металла с увеличением массы металла увеличивается мощность преобразовательных устройств и снижается их выходная частота (Л.2, Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок. Е.И.Беркович и др. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983), при этом в диапазоне 500÷1000 Гц наиболее часто применяется параллельный инвертор, как наиболее экономичный на этих частотах, остальные же преобразовательные устройства в этом диапазоне частот имеют повышенную массу и габариты. Поэтому в качестве прототипа выбран наиболее часто применяемый мостовой параллельный инвертор тока (Приложение 1, Л.2. стр.16, рис.2.1). Наиболее экономичным режимом работы параллельного инвертора является режим работы при малых углах запирания для управляемых вентилей (Приложение 2, Л.2, стр.17, рис.2.2 и Приложение 3, Л.2, стр.20, рис.2.4). Однако в этом режиме при 20° эл. схема прототипа имеет недостаток, который заключается в том, что действующее значение выходного напряжения U равно примерно питающему напряжению U_d, что при питающем напряжении 1000 В составляет примерно 1100 В. В то же время известно, что для повышения эффективности использования оборудования и снижения потерь в ошиновке целесообразно повышение выходного напряжения по крайней мере до 2000 В.

Выходное напряжение U в прототипе, как следует из Приложения 3, может быть повышено до 2000 В, если увеличить угол запирания до 40° эл. Однако при этом ухудшается коэффициент использования оборудования преобразователя и, прежде всего, коэффициент использования К_ив, одного из наиболее дорогих элементов преобразователя - управляемых вентилей:

где Р=U_d·I_d - активная мощность преобразователя;

n - число управляемых вентилей;

U_вм - максимальное напряжение на управляемом вентиле;

I_вм - максимальный ток через управляемый вентиль.

В соответствии с Приложением 3 коэффициент К_ив при 20° эл составляет примерно 16 процентов, а при 40° эл - примерно 10 процентов. Следовательно, режим при 40° эл неоптимальный, т.к. он требует увеличения удельной установленной мощности оборудования.

Таким образом, аналоги и прототип заявленного устройства не обеспечивают достижение заявленного технического результата, заключающегося в повышении выходного напряжения и упрощении без увеличения питающего напряжения. Предлагаемое изобретение - преобразовательное устройство для индукционного нагрева - решает задачу создания преобразовательного устройства для индукционного нагрева, осуществление которой позволяет достичь заявленного технического результата, заключающегося в возможности повышения выходного напряжения и упрощения без увеличения питающего напряжения.

Сущность предлагаемого изобретения - преобразовательного устройства для индукционного нагрева - заключается в том, что в преобразовательном устройстве, содержащем источник постоянного напряжения, первый и второй фильтровые дроссели, первой и второй управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор, первый конденсатор и первое пусковое устройство, с первым полюсом источника постоянного напряжения соединен первый вывод первого фильтрового дросселя, второй вывод которого соединен с двумя соединенными между собой первыми выводами первого и второго управляемых вентилей, при этом второй вывод первого управляемого вентиля соединен с соединенными между собой первыми выводами первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора и первого пускового устройства, при этом вторые выводы первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора и первого пускового устройства также соединены между собой, второй вывод второго управляемого вентиля и вторые выводы первой нагрузки-индуктора, первого конденсатора и первого пускового устройства соединены между собой и подсоединены к первому выводу второго фильтрового дросселя, второй вывод которого подсоединен ко второму полюсу источника постоянного напряжения, при этом первый и второй управляемые вентили включены в прямом направлении по отношению к полярности источника питания постоянного напряжения.

Заявленный технический результат - увеличение выходного напряжения преобразовательного устройства и упрощение без увеличения питающего напряжения - достигается следующим образом. В заявленном преобразовательном устройстве второй управляемый вентиль работает как бы в режиме короткого замыкания, т.к. он включен через фильтровые дроссели между положительным и отрицательным полюсами источника постоянного напряжения. За это время, равное Т/2, где Т - период выходной частоты преобразовательного устройства, фильтровый дроссель L запасает реактивную энергию от источника питания:

где I - среднее значение постоянного тока, потребляемого от источника постоянного напряжения U.

При отпирании первого управляемого вентиля за время Т/2 в нагрузочный контур, в который входит нагрузка-индуктор и конденсатор, поступает энергия от источника постоянного напряжения UI·T/2 и энергия, запасенная в фильтровом дросселе, также равная UI·T/2, т.е. как бы двойная энергия 2 UI·T/2. Поскольку средний ток I и интервал времени T/2 одинаковы для работы и второго, и первого управляемых вентилей, поступление энергии в нагрузочный контур происходит как бы от двойного напряжения источника постоянного напряжения, что естественно увеличивает в два раза напряжение на нагрузочном контуре.

Таким образом, заявленное преобразовательное устройство для индукционного нагрева при осуществлении обеспечивает достижение заявленного технического результата, заключающегося в возможности повышения выходного напряжения и упрощения без увеличения питающего напряжения.

В ряде случаев требуется проведение электротехнологического процесса индукционного нагрева в двух нагрузках-индукторах одновременно при питании от одного источника постоянного напряжения.

В этом варианте сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в описанный выше блок, содержащий первых два управляемых вентиля, нагрузку-индуктор, конденсатор и пусковое устройство, дополнительно введен второй аналогичный блок из двух управляемых вентилей, нагрузки-индуктора, конденсатора и пускового устройства, при этом первый и второй блоки соединены последовательно между собой и включены между положительным и отрицательным полюсами источника постоянного напряжения.

Известно, что при расплавлении металла под действием электромагнитных сил происходит его движение. В верхней части индуктора металл движется вдоль стенок индуктора вниз, а по оси индуктора вверх, в нижней части индуктора металл движется вдоль стенок индуктора вверх, а по оси индуктора вниз. При этом образуется так называемая двухконтурная циркуляция, контуры не смешиваются между собой, что не обеспечивает хорошего перемешивания металла, необходимого для повышения его качества. Объединение двух контуров циркуляции жидкого металла можно достичь выполняя индуктор трехфазным, но для питания такого индуктора требуется трехфазный источник питания, такой, например, как трехфазная сеть переменного напряжения (Л.3, Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи. - М.: Энергия, 1967).

Однако трехфазное преобразовательное устройство для индукционного нагрева значительно сложней однофазного преобразовательного устройства. Поэтому для формирования многофазного электромагнитного поля предлагается однофазное преобразовательное устройство для индукционного нагрева, сущность которого заключается в том, что в блок, содержащий два фильтровых дросселя, два управляемых вентиля, нагрузку-индуктор, конденсатор и пусковое устройство, дополнительно введены второй и третий конденсаторы, при этом нагрузка-индуктор выполнена из трех обмоток - первой, второй и третьей, при этом все обмотки соединены последовательно, каждая обмотка - первая, вторая и третья зашунтированы соответственно первым, вторым и третьим конденсатором, при этом третья обмотка нагрузки-индуктора намотана встречно по отношению к первым двум обмоткам. Величины емкостей шунтирующих конденсаторов - первого, второго и третьего - выбираются такими, чтобы в обмотках нагрузки-индуктора формировалась многофазная система токов, а именно: в первой обмотке ток отставал по фазе от общего тока нагрузки, во второй обмотке ток опережал ток в первой обмотке на 90° эл, в третьей обмотке ток отставал на 90° эл по отношению к току во второй обмотке, но за счет встречного включения третьей обмотки ее ток опережал ток второй обмотки на 90° эл, что обеспечивает многофазную (дважды двухфазную) систему токов нагрузки при однофазном источнике питания.

В ряде случаев в описанном выше преобразовательном устройстве для индукционного нагрева с удвоенным выходным напряжением целесообразно подпитывать нагрузочный контур симметрично через четыре фильтровых дросселя. Сущность предлагаемого изобретения в этом варианте заключается в том, что дополнительно вводятся два фильтровых дросселя, которые также подсоединяются к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного напряжения, при этом при отпирании каждого управляемого вентиля происходит одновременно перезаряд конденсатора и накопление электромагнитной энергии в фильтровых дросселях, что уменьшает пульсации входного тока.

В ряде случаев требуется дальнейшее увеличение выходного напряжения. Сущность предлагаемого изобретения в этом варианте заключается в том, что в описанном выше преобразовательном устройстве, содержащем два первых управляемых вентиля, нагрузку-индуктор конденсатор и пусковое устройство, дополнительно введены два управляемых вентиля, второй конденсатор, второе пусковое устройство и два фильтровых дросселя, при этом первый и второй преобразовательные блоки подсоединены параллельно к источнику постоянного напряжения, в первом и втором блоках обеспечивается заряд и перезаряд первого и второго конденсаторов, которые соединены последовательно между собой, при этом нагрузка подсоединена параллельно этим конденсаторам и на ней формируется переменное напряжение, действующее значение которого равно примерно учетверенному значению питающего напряжения.

Таким образом, во всех вариантах достигается заявленный технический результат, заключающийся в увеличении выходного напряжения и упрощении без увеличения питающего напряжения.

На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 приведены основные схемы предлагаемого преобразовательного устройства, на фиг.4 и фиг.5 приведены варианты предлагаемого преобразовательного устройства с симметричной подпиткой нагрузки-индуктора и с последовательным соединением выходных выводов преобразовательных блоков, выполненных по схеме фиг.1.

Преобразовательное устройство, приведенное на фиг.1, содержит источник постоянного напряжения U, первый 1 и второй 2 фильтровые дроссели, первый 3 и второй 4 управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор 5, первый конденсатор 6 и первое пусковое устройство 7, при этом с первым (положительным) полюсом источника постоянного напряжения U соединен первый вывод первого фильтрового дросселя 1, второй вывод которого соединен с двумя соединенными между собой первыми выводами первого 3 и второго 4 управляемых вентилей, при этом второй вывод первого управляемого вентиля 3 соединен с соединенными между собой первыми выводами первой нагрузки-индуктора 5, первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7, при этом вторые выводы первой нагрузки-индуктора 5, первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7 также соединены между собой, при этом второй вывод второго управляемого вентиля 4 и вторые выводы первой нагрузки-индуктора 5, первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7 соединены между собой и подсоединены к первому выводу второго фильтрового дросселя 2, второй вывод которого подсоединен к второму (отрицательному) полюсу источника постоянного напряжения U, при этом первый 3 и второй 4 управляемые вентили включены в прямом направлении по отношению к полярности источника постоянного напряжения U.

Преобразовательное устройство работает следующим образом. Вначале рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. При отпирании в первом полупериоде первого управляемого вентиля 3 ток протекает по контуру: «+» - 1-3< >2 - «-», при этом первый конденсатор 6 заряжается до напряжения, полярность которого на фиг.1 показана знаками «+», «-». При отпирании во втором полупериоде второго управляемого вентиля 4 ток протекает по контуру: «+» - 1-4-2 - «-», при этом вначале к первому управляемому вентилю 3 в контуре 6, 3, 4 прикладывается обратное напряжение, которое обеспечивает запирание первого управляемого вентиля 3, а затем первый конденсатор 6 перезаряжается через первую нагрузку-индуктор 5 до напряжения, полярность которого на фиг.1 показана знаками «(-)», «(+)». Затем снова отпирается первый управляемый вентиль 3 и т.д., при этом на нагрузке-индукторе 5 формируется переменное напряжение, действующее значение которого равно примерно удвоенному напряжению источника постоянного напряжения U. Эффект увеличения выходного напряжения рассмотрен выше.

Установившемуся режиму предшествует пусковой режим, в течение которого первое пусковое устройство 7 обеспечивает нарастание напряжения на первом конденсаторе 6 и тока, потребляемого от источника постоянного напряжения U до установившихся значений.

Таким образом, реализация предлагаемого преобразовательного устройства для индукционного нагрева позволяет достичь заявленный технический результат, заключающийся в повышении выходного напряжения и упрощении без повышения питающего напряжения.

Преобразовательное устройство для индукционного нагрева, приведенное на фиг.2, кроме приведенного на фиг.1 первого преобразовательного блока, состоящего из первого 1 и второго 2 фильтровых дросселей, первого 3 и второго 4 управляемых вентилей, первой нагрузки-индуктора 5, первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7, содержит третий 8 и четвертый 9 управляемые вентили, вторую нагрузку-индуктор 10, второй конденсатор 11 и второе пусковое устройство 12, при этом первые выводы второй нагрузки-индуктора 10, второго конденсатора 11, второго пускового устройства 12 и четвертого управляемого вентиля 9 соединены между собой и подсоединены к общей точке вторых выводов первой нагрузки - индуктора 5, первого конденсатора 6, первого пускового устройства 7 и второго управляемого вентиля 4, при этом вторые выводы второй нагрузки-индуктора 10, второго конденсатора 11 и второго пускового устройства 12 соединены между собой и подсоединены к первому выводу третьего управляемого вентиля 8, второй вывод которого и второй вывод четвертого управляемого вентиля 9 соединены между собой и подсоединены к первому выводу второго фильтрового дросселя 2, при этом третий 8 и четвертый 9 управляемые вентили включены в прямом направлении по отношению к полярности источника постоянного напряжения U.

Преобразовательное устройство работает следующим образом. При отпирании первого управляемого вентиля 3 и третьего управляемого вентиля 8 ток протекает по контуру: «+» - 1-3< >< >8-2 - «-», при этом первый конденсатор 6 и второй конденсатор 11 заряжаются до напряжения, полярность которого на фиг.2 обозначена знаками «+», «-». При отпирании второго 4 управляемого вентиля и четвертого 9 управляемого вентиля ток протекает по контуру «+» - 1-4-9-2 - «-», при этом вначале к первому управляемому вентилю 3 в контуре 6, 3, 4 и к третьему управляемому вентилю 8 в контуре 11, 9, 8 прикладывается обратное напряжение, которое обеспечивает запирание первого управляемого вентиля 3 и третьего управляемого вентиля 8. Затем первый конденсатор 6 через первую нагрузку-индуктор 5 и второй конденсатор 11 через вторую нагрузку-индуктор 10 перезаряжаются до напряжения, полярность которого на фиг.2 показана знаками «(-)», «(+)». Затем снова отпираются первый управляемый вентиль 3 и третий управляемый вентиль 8 и т.д. При этом на первой нагрузке-индукторе 5 и второй нагрузке-индукторе 10 формируется переменное напряжение, действующее значение которого равно примерно напряжению источника питания постоянного напряжения U.

Эффект увеличения выходного напряжения такой же, как в схеме, приведенной на фиг.1, установившийся режим работы обеспечивается первым 7 и вторым 12 пусковыми устройствами, аналогично тому, как это осуществляется в схеме, приведенной на фиг.1.

Преобразовательное устройство для индукционного нагрева, приведенное на фиг.3, кроме приведенного на фиг.1 первого преобразовательного блока, состоящего из первого 1 и второго 2 фильтровых дросселей, первого 3 и второго 4 управляемых вентилей, первой нагрузки-индуктора 5, первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7, содержит второй 11 и третий 14 конденсаторы, при этом первая нагрузка-индуктор выполнена из трех обмоток - первой 5, второй 10 и третьей 13, причем все обмотки соединены последовательно между собой и зашунтированы соответственно первым 6, вторым 11 и третьим 14 конденсаторами, при этом третья обмотка 13 нагрузки-индуктора намотана встречно по отношению к первой 5 и второй 10 обмоткам, чтобы обеспечить магнитный поток, направленный встречно по отношению к магнитному потоку от первой 5 и второй 10 обмоток нагрузки-индуктора.

Устройство работает следующим образом. При отпирании первого управляемого вентиля 3 ток протекает по контуру: «+» - 1-3 2 - «-», при этом первый 6, второй 11 и третий 14 конденсаторы заряжаются до напряжения, полярность которого показана на фиг.3 знаками «+», «-». При отпирании второго управляемого вентиля 4 ток протекает по контуру «+» - 1-4-2 - «-», при этом вначале в контуре 4, 14, 11, 6, 3 к первому управляемому вентилю 3 прикладывается обратное напряжение, которое обеспечивает запирание первого управляемого вентиля 3, при этом первый 6, второй 11 и третий 14 конденсаторы перезаряжаются соответственно через первую 5, вторую 10 и третью 13 обмотки нагрузки-индуктора до напряжения, полярность которого показана на фиг.3 знаками «(-)», «(+)». Затем вновь отпирается первый управляемый вентиль 3 и т.д., при этом на нагрузке-индукторе формируется переменное напряжение. Первая гармоника общего тока нагрузочного контура 5, 10, 13, 6, 11, 14, а следовательно, и ток первого управляемого вентиля 3 для нормальной работы преобразовательного устройства, должна опережать синусоидальное напряжение на нагрузочном контуре, что обеспечивается эквивалентной величиной емкости первого 6, второго 11 и третьего 14 конденсаторов, при этом емкости каждого из конденсаторов 6, 11, 14 выбираются таким образом, чтобы ток через первую обмотку 5 нагрузки-индуктора отставал на небольшой угол от общего тока, ток через вторую обмотку 10 нагрузки-индуктора опережал ток обмотки 5 примерно на 90° эл, что создает эффект двухфазного электромагнитного поля, ток через третью обмотку 13 нагрузки-индуктора отставал от тока обмотки 10 примерно на 90° эл, при этом встречная намотка обмотки 13 обеспечивает сдвиг тока этой обмотки 13 примерно на 90° эл в сторону опережения по отношению к току обмотки 10, что вновь создает эффект двухфазного электромагнитного поля. В целом описанный сдвиг токов обмоток 5, 10, 13 нагрузки-индуктора создает многофазную (дважды двухфазную) систему токов и соответственно многофазное электромагнитное поле в нагрузке-индукторе, что обеспечивает объединение циркуляционных потоков жидкого металла в верхней и нижней частях нагрузки-индуктора и более эффективное перемешивание жидкого металла.

Вариант преобразовательного устройства для индукционного нагрева, построенный на основе первого преобразовательного блока, приведенного на фиг.1, приведен на фиг.4 и содержит источник постоянного напряжения U, первый 1 и второй 2 фильтровые дроссели, первый 3 и второй 4 управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор 5, первый конденсатор 6, первое пусковое устройство 7, а также третий 15 и четвертый 16 фильтровые дроссели, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения U соединен первый вывод первого фильтрового дросселя 1, второй вывод которого соединен с первым выводом первого управляемого вентиля 3, второй вывод которого соединен с первым выводом второго фильтрового дросселя 2, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника постоянного напряжения U, при этом к первому выводу первого управляемого вентиля 3 подсоединены соединенные между собой первые выводы первой нагрузки-индуктора 5, первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7, вторые выводы которых также соединены между собой и подсоединены к общей точке первого вывода второго управляемого вентиля 4 и второго вывода третьего фильтрового дросселя 15, первый вывод которого соединен с первым полюсом источника питания U, при этом второй вывод второго управляемого вентиля 4 соединен с вторым выводом первого управляемого вентиля 3 и с первым выводом четвертого фильтрового дросселя 16, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника питания U.

Устройство работает следующим образом. При отпирании первого управляемого вентиля 3 ток одновременно протекает по двум контурам: первый контур: «+» - 1-3-2 - «-»; второй контур «+» - 15< >3-16 - «-», при этом в первом контуре происходит запасание электромагнитной энергии в первом 1 и втором 2 фильтровых дросселях, а во втором контуре происходит заряд первого конденсатора 6 до напряжения, полярность которого на фиг.4 показана знаками «-», «+». При отпирании второго управляемого вентиля 4 ток одновременно также протекает по двум контурам: первый контур «+» - 1< >4-2 - «-»; второй контур «+» - 15-4-16 - «-», при этом в первом контуре происходит перезаряд первого конденсатора 6 до напряжения, полярность которого показана на фиг.4 знаками «(+)», «(-)». Поскольку при отпирании второго управляемого вентиля 4 в контуре 6, 4, 3 обеспечивается обратное напряжение на первом управляемом вентиле 3, он запирается и первый конденсатор 6 дополнительно перезаряжается через нагрузку-индуктор 5 до того же напряжения, полярность которого показана на фиг.4 знаками «(+)», «(-)». Во втором контуре происходит накопление электромагнитной энергии в третьем 15 и четвертом 16 фильтровых дросселях. Затем отпирается снова первый управляемый вентиль 3 и т.д., при этом на нагрузке-индукторе формируется переменное напряжение, действующее значение которого примерно равно удвоенному напряжению источника постоянного напряжения U.

Вариант преобразовательного устройства для индукционного нагрева, построенный на основе первого преобразовательного блока, приведенного на фиг.1, приведен на фиг.5 и содержит источник постоянного напряжения U, первый 1, второй 2, третий 15 и четвертый 16 фильтровые дроссели, первый 3, второй 4, третий 8 и четвертый 9 управляемые вентили, первую нагрузку-индуктор 5, первый 6 и второй 11 конденсаторы, а также первое 7 и второе 12 пусковые устройства, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения U соединен первый вывод первого фильтрового дросселя 1, второй вывод которого соединен с двумя соединенными между собой первыми выводами первого 3 и второго 4 управляемых вентилей, второй вывод первого управляемого вентиля 3 соединен с соединенными вместе первыми выводами первого конденсатора 6 и первого пускового устройства 7, вторые выводы которых соединены вместе и подсоединены к второму выводу второго управляемого вентиля 4 и к первому выводу второго фильтрового дросселя 2, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника питания U, при этом первая нагрузка-индуктор 5 первым выводом подсоединена к второму выводу второго управляемого вентиля 4, при этом с первым полюсом источника постоянного напряжения U соединен первый вывод третьего фильтрового дросселя 15, второй вывод которого соединен с первыми выводами третьего 8 и четвертого 9 управляемых вентилей, второй вывод третьего управляемого вентиля 8 соединен с соединенными вместе первыми выводами второго конденсатора 11 и второго пускового устройства 12, вторые выводы которых соединены вместе и подсоединены к второму выводу четвертого управляемого вентиля 9 и первому выводу четвертого фильтрового дросселя 16, второй вывод которого соединен с вторым полюсом источника питания U, при этом второй вывод третьего управляемого вентиля 8 соединен с вторым выводом первого управляемого вентиля 3, а второй вывод нагрузки-индуктора 5 соединен с вторым выводом четвертого управляемого вентиля 9.

Устройство работает следующим образом. При отпирании первого 3 и четвертого 9 управляемых вентилей ток одновременно протекает по двум контурам: первый контур «+» - 1-3-6-2 - «-»; второй контур «+» - 15-9-16 - «-». В первом контуре происходит заряд первого конденсатора 6 до напряжения, полярность которого на фиг.5 показана знаками «-», «+», во втором контуре происходит накопление электромагнитной энергии в третьем 15 и четвертом 16 фильтровых дросселях, одновременно при запирании третьего управляемого вентиля 8 происходит перезаряд второго конденсатора 11 через нагрузку-индуктор 5 и первый конденсатор 6 до напряжения, полярность которого показана также на фиг.5 знаками «-», «+».

При отпирании второго 4 и третьего 8 управляемых вентилей ток одновременно протекает по двум контурам: первый контур «+» - 1-4-2 - «-»; второй контур «+» - 15-8-11-16 - «-». В первом контуре происходит накопление электромагнитной энергии в первом 1 и втором 2 фильтровых дросселях, во втором контуре происходит заряд второго конденсатора 11 до напряжения, полярность которого показана на фиг.5 знаками «(+)», «(-)», одновременно при запирании первого управляемого вентиля 3 происходит перезаряд первого конденсатора 6 через второй конденсатор 11 и первую нагрузку-индуктор 5 до напряжения, полярность которого на фиг.5 также показана знаками «(+)», «(-)». Затем снова отпираются первый 3 и четвертый 9 управляемые вентили и процессы повторяются, при этом на нагрузке формируется переменное напряжение, действующее значение которого примерно равно учетверенному значению питающего постоянного напряжения U.

В преобразовательных устройствах, изображенных на фиг.4 и фиг.5, могут быть использованы или отдельные источники постоянного напряжения U - левый и правый, как это показано на фиг.4 и фиг.5 сплошной линией, или общий источник постоянного напряжения U, как это показано на тех же фиг.4 и фиг.5 пунктирной линией.

Таким образом, во всех рассмотренных вариантах преобразовательных устройств для индукционного нагрева достигается заявленный технический результат, заключающийся в увеличении выходного напряжения и упрощении без увеличения питающего постоянного напряжения.

В заключение следует заметить:

а) при смене полярности источников постоянного напряжения U необходимо изменять на противоположное направление включения управляемых вентилей;

б) для защиты управляемых вентилей могут быть применены известные защитные шунтирующие цепи: резисторные, конденсаторные, диодные, варисторные.