Технические характеристики генераторов для индукционного нагрева нового поколения

1. Основные данные
1.1. Серия преобразователей частоты нового поколения по номенклатуре частот и мощностей расширена по отношению к предыдущим поколениям ТПЧ, частота от 50 Гц до 22 кГц, мощность от 25 кВт до 4 МВт (в одиночном ТПЧ). Общие условия эксплуатации ТПЧ даны в табл.1, основные параметры приведены в табл.2.

Табл.1. Условия эксплуатации ТПЧ
№	Наименование показателей	Единицы измерения	Числовые значения
1	Температура окружающей среды	°C	0–40
2	Температура охлаждающей воды на входе, не более	°C	35
3	Влажность окружающего воздуха, до	%	90
4	Уровень запылённости, до	мг/м3	20
5	Степень защиты оборудования в шкафу, не ниже	IP	55
6	Гарантийный срок ТПЧ от момента отгрузки	год	2.5

Табл.2. Основные параметры ТПЧ
№	Наименование показателей	Единицы измерения	Числовые значения
1	Ряд номинальных мощностей на выходе Pn *1)	кВт	25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000
2	Ряд диапазонов частот, где каждый отдельный диапазон с двукратным изменением частоты относится к отдельному исполнению ТПЧ *1)	кГц	0.05÷0.1; 0.15÷0.3; 0.25÷0.5; 0.5÷1; 0.75÷1.5; 1.25÷2.5; 2÷4; 5÷10; 8÷16; 11÷22
3	Ряд номинальных напряжений на выходе Un *1)	В	400; 500; 800; 1000; 1600; 2000
4	Ряд номинальных линейных напряжений Uab сети на входе, 50 или 60 Гц 1*)	В	3х380; 3х550; 3х660; 3х1000
5	Допускаемое отклонение напряжения на входе	%	±5
6	Диапазон регулирования напряжения на выходе: — при номинальном напряжении Un=800В и ниже — при номинальном напряжении Un=1000В и выше	В	100 ÷ Un 200 ÷ Un
7	Диапазон регулирования мощности по отношению к максимальной	%	1 ÷ 100
8	Допускаемый диапазон изменения параллельной активной составляющей сопротивления контура Re, нормирование выполняется по отношению к значению Re=Rn в номинальном режиме	Re/Rn	0.5 ÷ 5
9	Точность стабилизации напряжения Ue при изменении Re в 2 раза на любом отрезке допускаемого диапазона Re (если нет токоограничения)	%	±2
*1) По согласованию допускается заказать значение не по ряду

Рис.1. Базовая схема ТПЧ в диапазоне от 50 Гц до 22 кГц, от 25 кВт до 1.25 МВт

Рис.2. Схема мощных исполнений ТПЧ от 1.6 МВт до 4 МВт

1.2. Пример маркировки исполнения источника:

ТПЧ	—	320	—	1.0	—	800	—	380
1		2		3		4		5

1. Название серии.
2. Номинальная мощность на выходе, табл.2, п.1.
3. Верхняя граница частоты, табл.2, п.2.
4. Номинальное напряжение на выходе, Табл.2, п.3.
5. Номинальное напряжение сети, Табл.2, п.4.
Источник должен обеспечить требования по всем пунктам Табл.2 в двукратном диапазоне изменения частоты (50..100%) без изменений в силовой части (меняется только сам контур нагрузки, который собственно задает частоту).

1.3. Базовая схема ТПЧ (Рис.1) включает в себя выпрямитель (Rectifier), звено постоянного тока и инвертор (Inverter). На Рис.1 мгновенные значения величин обозначаются строчными буквами курсивом. В таблицах и по тексту в обозначениях средних или эффективных значений ставятся жирные заглавные буквы без курсива, например: средний ток дросселя Id, эффективное напряжение контура Ue, эффективное линейное напряжение Uab. Звено постоянного тока содержит фильтрующую емкость Cd, дроссель Ld и диодно-транзисторный чоппер на базе IGBT (Chopper). Чоппер регулирует ток в дросселе Ld. Параллельный колебательный контур нагрузки CeLeRe подключается к выходу инвертора и определяет выходную частоту инвертора, которая несколько выше резонансной частоты контура.

1.4. Чтобы повысить качество питания в сети, схема мощных исполнений ТПЧ строится на базе 12-пульсного выпрямителя (Рис.2). Выпрямитель запитан от трансформатора с двумя группами вторичных обмоток, сдвинутых по фазе на 30°, по схеме «звезда» у первой группы и «треугольник» у второй группы. В результате на первичной стороне трансформатора достигается высокое качество формы потребляемого тока (близость к синусоиде).

1.5. Номинальные напряжения на выходе источников согласуется с номинальными напряжениями конденсаторов контура. По согласованию Изготовителя с Заказчиком могут использоваться нестандартные номинальные напряжения – см. Примечание 1 к Табл.2.

1.6. Источники ТПЧ подразделяется на 3 группы по конструктивному исполнению:
1.6.1. В группе ТПЧ-А (буква «A» от слова «Air»), от 25 кВт до 320 кВт, все тепловыделяющие компоненты охлаждаются воздухом. Полупроводниковые компоненты имеют модульный тип и привинчиваются к общему радиатору, конструкцию см. в п.3.4. При малой мощности, до 80 кВт, вентилятор не ставится – используется естественное охлаждение.
1.6.2. В группе ТПЧ-М (буква «M» от слова «Module»), от 125 кВт до 500 кВт, используются тиристоры модульного типа, которые привинчиваются к плите с жидкостным охлаждением (водяным). Вода изолирована, не имеет электрического потенциала, поэтому к воде нет жестких требований по чистоте и электропроводности. Допускается использование проточной воды по ГОСТ 16323-79 с учетом дополнительных требований:
  — на входе системы должна быть установлена сетка с размерами отверстия не более 1х1 мм;
  — количество нерастворимых осадков (механических примесей) не более 12 мг/л;
  — удельное электрическое сопротивление не менее 4 кОм·см.

1.6.3. В группе ТПЧ-С (буква «C» от слова «Capsule» – таблетка), от 100 кВт до 4 МВт (в одиночном ТПЧ), используются тиристоры таблеточного типа с жидкостным охлаждением (водяным). Вода находится под электрическим потенциалом, к ней предъявляются жесткие требования по удельному электрическому сопротивлению: не менее 50 кОм·см. Качество воды должно обеспечиваться посредством двухконтурной системы водяного охлаждения с применением централизованных или индивидуальных теплообменников.

1.7. Характеристики ТПЧ в основном определяются типом тиристоров, используемых в инверторе. Типы тиристоров и их основные параметры представлены в Табл.3. Как правило, во всех группах источников ТПЧ-А, М, С в каждом плече инвертора используется один тиристор. Однако в случае использования тиристоров с малым временем выключения и низким классом могут использоваться два последовательных тиристора в плече.

Табл.3. Основные параметры тиристоров инвертора в группах исполнений ТПЧ-А, М, С
№	Изготовитель	Тип тиристора в инверторе	Конструкция	Средний ток, А	Класс, V	Время выключения tq, µs
Конструктивные исполнения ТПЧ-А, М
1	Semikron	SKKT-330/18	Модульная	330	1800	50…150
2	Semikron	SKKT-570/18	Модульная	570	1800	100…200
3	Proton	MTF3-375-15-A2	Модульная	375	1500	16; 20; 25
4	Proton	MTFS3-305-11-A2	Модульная	300	1100	5; 6.3
5	Proton	MTFS3-400-15-A2	Модульная	400	1400	8; 10; 12.5; 16
6	Proton	MTFS3-630-15-A2	Модульная	630	1500	16; 20; 25; 32
7	Proton	MTF3-420-21-A2	Модульная	420	2100	16
Конструктивные исполнения ТПЧ-С
1	Proton	ТБ953-630-36	Таблеточная	630	3600	50
2	Proton	ТБИ233-320-24	Таблеточная	320	2400	25; 32; 40
3	Proton	ТБИ243-630-22	Таблеточная	630	2200	32
4	Proton	ТБИ153-800-15	Таблеточная	800	1500	10; 12.5; 16
5	Proton	ТБИ353-800-34	Таблеточная	800	3400	63; 80; 100
6	Proton	ТБИ153-1000-15	Таблеточная	1000	1500	12.5; 16; 20; 25
7	Proton	ТБИ153-1250-15	Таблеточная	1250	1500	16; 20; 25; 32
8	Proton	ТБИ873-1600-40	Таблеточная	1600	4000	125; 160
9	Proton	ТБЧ123-200-14	Таблеточная	200	1400	6.3
10	Proton	ТБЧ133-400-12	Таблеточная	400	1200	5; 6.3; 8
11	Proton	ТБЧ143-500-11	Таблеточная	500	1100	5; 6.3
12	Proton	ТБЧ343-500-11	Таблеточная	500	1100	5; 6.3
13	Proton	ТБЧ153-800-14	Таблеточная	800	1400	8; 10; 12.5; 16

1.8. Кроме последовательного соединения тиристоров в плече может применяться параллельное подключение к общему выпрямителю двух инверторов, каждый со своим дросселем Ld и со своей линией к контуру, что гарантирует равномерное деление токов. В этом случае для второго инвертора добавляется индивидуальное импульсное управление и контроль аварий («опрокидывание», перенапряжение, пробои последовательных тиристоров в 4-х плечах).

1.9. Для повышения мощности предусмотрена групповая работа источников ТПЧ на общий контур нагрузки. Например, объединение в группу двух источников с единичной мощностью 4 МВт даст суммарную мощность 8 МВт. При этом обеспечивается при необходимости пуск и работа одного источника на контур без отсоединения второго источника.

1.10. В Табл.2 в пунктах 1-4 представлен Заказчику широкий выбор основных выходных параметров ТПЧ из стандартных рядов. Реализация широкого выбора обеспечивается Изготовителем ТПЧ путем использования автоматизированной технологии проектирования под заказ. В каждом конкретном случае Заказчику предлагается вместе с ценами несколько вариантов исполнений, отражающих конкретную потребность Заказчика. Исполнения предоставляются Заказчику в виде стандартных таблиц с параметрами (datasheet), где кроме основных параметров из Табл.2, пп.1-4, даны также дополнительные параметры:
  — максимальные температуры полупроводниковых приборов в области работы ТПЧ;
  — максимальные значения тока: в дросселе, на входе и выходе ТПЧ;
  — потери в силовых узлах, КПД и выходная мощность ТПЧ при различных напряжениях и частотах;
  — расход воды и перепад давления, мощность и шум вентилятора;
  — схема с обозначениями электрических величин;
  — массогабаритные показатели.
При необходимости Заказчику оказывается помощь в окончательном выборе исполнения.

1.11. Источники ТПЧ предыдущих поколений генерируют высшие гармоники тока в питающую сеть, частота которых в десятки и сотни раз выше частоты питающей сети. Высшие гармоники тока искажают синусоидальную форму кривой напряжения сети и создают помехи другим электро-потребителям, которые подсоединены к этому же узлу сети. Устаревший государственный стандарт ГОСТ 13109-67, скорректированный в 1970 и 1987 годах, и действующий до 01.01.1999 года, предусматривал норму для среднеквадратичного коэффициента несинусоидальности напряжения KU=5%, в подсчет которого входили только 12 гармоник – от 2-ой до 13-ой. В то же время искажение напряжения сети от влияния ТПЧ происходило от более высоких гармоник тока. В результате источники ТПЧ до 4-го поколения могли де-юре удовлетворять норме по среднеквадратичному коэффициенту KU, но де-факто создавали помехи другим потребителям.

Новый межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97, соответствующий международным стандартам МЭК, подписанный 9-ю странами и введенный с 01.01.1999 года, предусматривает не только норму для среднеквадратичного коэффициента KU=8% (где теперь вводятся 39 членов), но также нормы для отдельных гармонических составляющих от 2-ой до 40-ой и далее до бесконечности.

Силовой фильтр в звене постоянного тока источника ТПЧ нового поколения спроектирован таким образом, чтобы обеспечить нормы для всех гармонических составляющих и одновременно для среднеквадратичного коэффициента KU. Источники ТПЧ допускается подсоединять к узлу сети достаточной мощности при соблюдении правил электромагнитной совместимости, изложенных в Приложении А.

1.12. В Табл.4 показаны преимущества серии ТПЧ по номенклатуре и параметрам по сравнению с аналогичными источниками других производителей (рассмотрение до 22 кГц).

1.13. Источники пятого поколения ТПЧ по отношению к предыдущим поколениям ТПЧ обладают повышенной надежностью и улучшенными характеристиками во всех аспектах эксплуатации – смотрите раздел 2.

Табл.4. Основные параметры источников от различных производителей
№	Параметр	Ед.	ТПЧ нового поколения	termolit.com Украина	reltec.biz Екатеринбург	inductotherm.ru США	ameritherm.com США	kuraist.narod.ru Уфа	rocinduktor.ru Челябинск
1	Диапазон частот	кГц	0.05÷22	1.0÷8.0	0.15÷10	0.2÷10	0.5÷15	0.5÷22	0.2÷6.0
2	Минимальная/максимальная номинальная мощность для исполнений с разными частотами
	0.05÷0.1 кГц	кВт	50/4000	—	—	—	—	—	—
	0.25 кГц	кВт		—	800/3600	150/1750	—	—	1000
	0.3 кГц	кВт		—	—		—	—
	0.5 кГц	кВт		50/1600	320/3600		200/800	800
	1.0 кГц	кВт			320/1500			250/500	100/750
	2.5 кГц	кВт	40/1600	50/630	250/1000	50/320	35/500	63/320	100/750
	4.0 кГц	кВт		50/500	160/800	—		63	50/200
	8.0 кГц	кВт	40/1250	50/350	100/250	—	20/500	160/320	—
	10.0 кГц	кВт	40/800	—	63/320	15/35		12/100	—
	16÷22 кГц	кВт	25/400	—	—	—		16/100	—
3	Групповая работа на общий контур (п.1.9)		+	—	—	—	—	+	—
4	Варианты охлаждения:
	жидкостное		+	+	+	+	+	+	+
	воздушное		+	—	—	—	—	+	—
5	Соблюдение норм влияния на сеть по ГОСТ 13109-97		+	—	—	—	—	—	—
6	Универсальность (автоматизированное параметрирование, п.2.16)		+	—	—	—	—	—	—
7	Мульти-частотный режим (п.2.17)		+	—	—	—	—	—	—
8	Черный Ящик (п.2.18)		+	—	—	—	—	—	—
9	Интернет-Диагностика (п.2.19)		+	—	—	—	—	—	—
10	Модельная поддержка пуско-наладки (п.2.20)		+	—	—	—	—	—	—
11	Гарантийный срок (п.4.8), лет		2.5

2. Улучшенные эксплуатационные технические характеристики по отношению к ТПЧ предыдущих поколений
2.1. Высокий КПД. Потери в ТПЧ снижены за счет применения новых технических решений. В классическую схему параллельного инвертора вводится диодно-транзисторный чоппер (на базе IGBT), который дает особенно значительные преимущества при низких (ниже 0.5 кГц) и высоких (более 4 кГц) частотах. Ток на входе инвертора прерывистый, пауза тока поддерживается чоппером на ограничении: не менее 5° на частотах до 2.5 кГц, или не менее 10° на более высоких частотах. Преимущества прерывистого режима тока на низких частотах проявляется в том, что значительно уменьшается установленная мощность дросселя и потери в нем за счет снижения индуктивности. Преимущества на высоких частотах проявляется в том, что нет коммутации тока (как в классическом инверторе тока), снижается di/dt, нет коммутационных потерь в тиристорах инвертора и демпфирующих цепях. В результате экономии потерь обеспечивается высокий КПД. Например, в мощном высокочастотном исполнении ТПЧ-С-900-10.0-800-660 значение КПД в номинальном режиме равно 97.3%. При частотах до 1 кГц в большинстве исполнений значение КПД выше 98%.

2.2. Стойкость к коротким замыканиям – это качество сохраняется в ТПЧ, как и в предыдущих поколениях, как наиболее ценное качество классической схемы. Замыкания внешние (в нагрузке) и внутренние (порча любого силового полупроводника) во всех случаях не приводят к разрушению конструкции и нарушению товарного вида (копоть, брызги расплавленной меди и т.п.). При порче тиристоров и коротких замыканиях в любых точках схемы система защиты выключает IGBT, что приводит к прекращению аварийного тока. Также порча самого IGBT (отказ выключения) не должна повлечь порчу других силовых компонентов, т.к. инвертор остается в работе для поглощения остаточной (на момент аварии) энергии в звене постоянного тока. Противоэдс инвертора препятствует нарастанию аварийного тока в дросселе Ld, пока догорает последняя пара тиристоров выпрямителя. Дальше идет безопасный разряд емкости фильтра Cd на остающийся в работе инвертор. Стойкость к коротким замыканиям является принципиальным достоинством по отношению к транзисторным инверторам напряжения, где отказ выключения IGBT по любым причинам (порча самого IGBT или нарушение в управлении) приводит к тяжелым последствиям (нарушению товарного вида).

2.3. Оптимальный выбор охлаждения. Варианты охлаждения описаны в п.1.6. Для исполнений малой мощности предпочтителен воздушный способ охлаждения (группа ТПЧ-А), т.к. он дает максимальную эксплуатационную надежность. Исключается вопрос «грязной» воды и нет утечек. Такая надежность может обеспечить длительную эксплуатацию без участия обслуживающего персонала. При относительно малых мощностях, до границы порядка 160 ÷ 250 кВт, источники группы ТПЧ-А относительно дешевы и компактны. Однако, начиная с мощности порядка 250 ÷ 320 кВт более компактны источники группы ТПЧ-М, которые охлаждаются проточной водой, которая обладает проводимостью, но изолирована от электрического потенциала, чтобы исключить разъедание штуцеров протекающими в воде токами. Для мощных исполнений, порядка 500 кВт и выше, экономически оправдана таблеточная конструкция ТПЧ-С и двухконтурная система охлаждения с применением централизованных или индивидуальных теплообменников, где обмениваются теплом «чистая» (не электропроводная) и проточная вода. Эксплуатационным привлекательным достоинством таблеточной конструкции также являются дешевизна и широкая доступность тиристоров после окончания гарантийного срока ТПЧ. В то же время потребитель может купить у изготовителя ТПЧ любые запчасти (п.4.5).

2.4. Улучшен тепловой режим слаботочного электронного оборудования (система управления) за счет уменьшения температуры воздуха внутри шкафа путем отделения дросселя в отдельный теплоизолированный вентилируемый отсек, см. пп. 3.3, 3.4. В старых ТПЧ утечка тепла в воздух от водоохлаждаемого дросселя составляла значительную долю, примерно 20..30%. Такая утечка тепла вызывала значительный подогрев воздуха в шкафу, что могло вызвать отказы в системе управления при максимально допускаемой температуре окружающей среды (40°С) и одновременно при максимально допускаемой температуре воды на входе (35°С).

2.5. Выпрямитель открыт (угол α=0) во всей области работы ТПЧ. Косинус сдвига фазы тока в питающей сети близок к 1. В результате экономится реактивная мощность, а также минимальны искажения в сети. Регулировка выпрямителя используется только для плавного пуска ТПЧ, чтобы, во-первых, избежать броска тока при заряде емкости фильтра, во-вторых, предотвращается тяжелый аварийный режим в случае изначально испорченного силового компонента (например, брак IGBT) или ошибок в силовой части и управлении.

2.6. Уменьшены (исключены) пиковые напряжения на тиристорах инвертора. Введение чоппера позволяет использовать прерывистый режим тока инвертора. Пиковое обратное напряжение на тиристорах либо нулевое (при определенных сочетаниях входного и выходного напряжений ТПЧ), либо незначительное даже при отсутствии демпфирующих RC-цепей. В результате резко снижается требование по классу тиристоров, снижаются потери в демпфирующих RC-цепях на порядок, или RC-цепи вообще не ставятся. Возрастает надежность инвертора, исключается одна из наиболее частых причин порчи тиристоров – пробой обратным напряжением (в старых ТПЧ – по статистике около 40%).

2.7. Исключен бросок тока в случае срыва коммутаций инвертора. Бросок тока характерен для ТПЧ предыдущих поколений, и в некоторых случаях опасен, поскольку выпрямитель имеет задержку перехода в инверторный режим при аварийном выключении ТПЧ. Например, если при пустом индукторе произошел случайный срыв коммутаций (по помехе), в результате чего ток увеличился, то, в случае восстановления колебаний (что реально при пустом индукторе) происходит увеличение напряжения на нагрузке значительно выше номинального, и создается опасность пробоя тиристоров прямым напряжением. Однако, в ТПЧ любой аварийный режим в инверторе безопасен благодаря отключению от источника энергии с помощью чоппера.

2.8. Исключается наиболее частая причина порчи тиристоров – пробой прямым напряжением. В предыдущих поколениях ТПЧ при каких-либо нарушениях потенциально существует опасность подъема напряжения инвертора свыше номинального. Когда этот подъем происходит при открытом выпрямителе, его нет возможности остановить и предотвратить вследствие задержки выпрямителя. Этот недостаток является наиболее частой причиной порчи тиристоров – по статистике около 50%. В данном случае отключение от источника энергии выполняется чоппером, что надежно предотвращает подъем напряжения.

2.9. Управляемый выпрямитель, чоппер и инвертор – это комбинация, которая имеет свойство взаимной самозащиты. Если произошел отказ в выпрямителе или инверторе (неважно, в силовой части или управлении), то выключение чоппера приводит во всех случаях к размыканию цепи тока. Если же внезапно произошла порча самого чоппера (отказ выключения IGBT), то инвертор поглощает остаточную энергию звена постоянного тока (см. п.2.2). Двойной отказ одновременно в чоппере и в инверторе настолько маловероятен, что практически нереален. Глобальный отказ, например, потеря одного из напряжений питания в системе управления всегда приводит к выключению чоппера и разрыву цепи тока.

2.10. Эффективность в режиме токоограничения. Согласно Табл.2, п.8, источник должен допускать изменение относительно номинальной точки (Rn) параллельной активной составляющей сопротивления контура (Re) в 2 раза в сторону уменьшения Re/Rn=0.5, и в 5 раз в сторону увеличения Re/Rn=5. В обоих случаях мощность снижается ниже номинальной. В старых ТПЧ снижение мощности в точке Re/Rn=0.5 составляет примерно: минус 55..60%. В ТПЧ-5 выпрямитель всегда открыт, поэтому процент снижения мощности в точке Re/Rn=0.5 значительно меньше, что зависит от соотношения входного и выходного напряжений. Например, при входном напряжении Uab=660В и выходном Un=1000В изменение мощности в ТПЧ составляет минус 20%, а при Uab=380В и Un=800В (или 1000В) снижение мощности в ТПЧ вообще отсутствует – т.е. во всем диапазоне токоограничения Re/Rn=0.5..1 мощность равна номинальной. Такой эффект значительно сокращает цикл нагрева.

2.11. Усовершенствован способ пуска. Способ пуска (разряд пусковой емкости) в ТПЧ предыдущих поколений требует пусковую емкость не менее 20% от емкости контура. При низких частотах требуются также весьма мощные цепи разряда и заряда в Блоке Пуска. В ТПЧ изменен способ пуска: чоппер позволяет осуществить пуск ТПЧ без пускового устройства, соответственно нет подбора пусковой емкости под конкретную нагрузку. Новый способ обладает высоким запасом коммутационной устойчивости, что дает возможность надежного пуска в любой точке диапазонов, указанных в Табл.2.

Также исключается недостаток старого способа: пожароопасность. В старом способе разрядная цепь подключена параллельно контуру. Поскольку тиристоры Блока Пуска в рабочем режиме находятся под высоким напряжением контура, то потенциально возможен пробой из-за брака по классу, или из-за включения по помехе и других нарушениях управления. Пробой с образованием двусторонней проводимости (КЗ) приведет к тому, что пусковая емкость подсоединится параллельно контуру как добавочная емкость. Инвертор в принципе может продолжать работать (с высоким значением di/dt во время коммутации) до возникновения тяжелой аварии с воспламенением разрядных проводов Блока Пуска и с одновременным выходов из строя тиристоров инвертора. Чтобы избежать воспламенения проводов приходится ставить дорогие высоковольтные предохранители в цепь разряда Блока Пуска. Предохранители спасают от воспламенения, но тиристоры инвертора выходят из строя. Кроме того, сами предохранители иногда выходят из строя при штатном разряде пусковой емкости. Такой случай возможен, когда требуется большая пусковая емкость при достаточно большой емкости контура, что снижает надежность в эксплуатации.

2.12. Расширен контроль состояния ТПЧ. Сохраняются датчики тока выпрямителя и инвертора и термоконтакты во всех тепловыделяющих узлах. Трансформатор обратной связи заменяется более надежным датчиком напряжения, в котором меньше ошибка фазового сдвига и шире частотный диапазон. Также вводятся два дополнительных датчика напряжения: для контроля противоэдс инвертора и для контроля напряжения выпрямителя. Такой контроль позволяет надежнее строить систему защиты.

Датчик противоэдс позволяет контролировать не только прямое, но и обратное пиковое напряжение на тиристорах, что повышает эффективность защиты.

Датчик напряжения выпрямителя полезен тем, что позволяет точнее и надежнее диагностировать сложные аварийные режимы, которые сохраняются в Черном Ящике и параллельно в Базе Данных Интернет-Диагностики ТПЧ. В системе регулирования датчик напряжения выпрямителя не используется. В случае необходимости допускается подсоединить входные провода датчика в любые другие точки силовой схемы для контроля какого-либо напряжения. После пересылки желаемой Осциллограммы в Черный Ящик или (и) в Базу Данных, рекомендуется вернуть исходное подсоединение.

Сигнал датчика тока выпрямителя используется в системе регулирования и для плавного пуска, а также весьма полезен при анализе аварийных Осциллограмм. Сигнал тока выпрямителя является сборкой фазных токов на входе ТПЧ (до выпрямителя), чтобы в случае превышения тока в любой фазе максимально быстро снять импульсы выпрямителя. Такая мера предосторожности не является лишней, т.к. в случае аварии выпрямителя исключаются тяжелые последствия: нарушение целостности конструкции и товарного вида преобразователя, выход из строя силового автоматического выключателя, повреждения в питающей сети Потребителя.

2.13. Сохранена преемственность местного (МПУ) и дистанционного (ДПУ) пультов управления по отношению к предыдущим поколениям ТПЧ. Схема ДПУ остается без изменения, но в то же время обеспечивается гальваническая изоляция контроллера от МПУ и ДПУ. Как и раньше на МПУ имеются кнопки и лампы Пуск, Стоп, Авария, Автомат Q1 и отдельный вольтметр для напряжения нагрузки. Информация на МПУ отображается стрелочными приборами (что привычнее и комфортнее для визуального восприятия по сравнению с дисплеем) по 4-м каналам измерения: мощность и частота на выходе, ток и напряжение на входе инвертора. Для экономии места на МПУ четыре прибора могут быть заменены одним прибором с переключателем на 4 положения. Новшество в том, что в случае аварийного отключения ТПЧ все 4 показания приборов «замораживаются» для удобства контроля предаварийного состояния, т.е. стрелки останавливаются в положении, предшествующем аварии. Сброс аварии (и сброс «заморозки») выполняется кнопкой СТОП. Более полный контроль (мониторинг) состояния ТПЧ выполняется на персональном компьютере – смотрите п.2.14.

2.14. Каналы USB и RS-422. Выход USB предусмотрен для подключения персонального компьютера, где запускается сервисная программа, которая отображает показания 4-х каналов измерительного прибора МПУ, все настроечные Константы и создает удобства для их регулировки и «прошивки». Кроме того предусмотрен выход RS-422 дальней связи (сотни метров) для мониторинга и приема команд автоматики. Команды позволяют задавать выходное напряжение ТПЧ и тем самым обеспечивать тот или иной закон регулирования температуры заготовки в индукторе. Формат команды и протокол согласовываются с Заказчиком.

2.15. Контроллер имеет развитую сервисную систему, охватывающую параметрирование, пуско-наладку и сопровождение ТПЧ в эксплуатации. Сервисная система включает в себя следующие инструменты:

  — Автоматизированное параметрирование обеспечивает универсальность источника ТПЧ (п.2.16);
  — Мульти-частотный режим ТПЧ обеспечивает автоматический выбор активного набора настроечных Констант в случае переключения выходных шин ТПЧ на другой контур (п.2.17);
  — Черный Ящик обеспечивает автоматическое сохранение (во Флэш-памяти) Осциллограммы аварийного режима в случае его возникновения (п.2.18);
  — Интернет-Диагностика обеспечивает фундамент «быстрого реагирования» в эксплуатации (п.2.19);
  — Модельная поддержка обеспечивает получение эталонных Осциллограмм пусковых режимов на математической модели ТПЧ (п.2.20).

2.16. Автоматизированное параметрирование обеспечивает универсальность источника ТПЧ. Источник должен обеспечиваться возможностями работы с разнообразными контурами в рамках всех требований по Табл.2. Индивидуальная настройка под конкретный контур обеспечивается на основе автоматизированного параметрирования – конфигурационный файл (КФ) готовится к «прошивке» сервисными средствами. Все настроечные Константы КФ рассчитываются автоматически при вводе индивидуальных параметров контура (емкость, собственная частота, индуктивность линии). «Прошивка» КФ во Флэш-память осуществляется по команде Пользователя. При необходимости сервис предусматривает также коррекцию онлайн отдельных настроечных Констант.

2.17. Мульти-частотный режим ТПЧ. Конфигурационный файл (КФ) включает в себя 4 набора настроечных Констант для 4-х различающихся контуров нагрузки, у которых собственные частоты попадают в разные точки допустимого частотного диапазона. Максимальное различие частот на краях диапазона – двукратное согласно Табл.2, п.2. Если различие частот отдельных контуров более двукратного, то в дросселе Ld должен предусматриваться дополнительный вывод обмотки (отпайка). Использование отпайки дает возможность менять индуктивность Ld и получить диапазон изменения частоты источника более двукратного. При пуске ТПЧ каждый раз автоматически распознается контур и в результате устанавливается активным тот набор Констант, который должен соответствовать данному контуру. Если ТПЧ работает на один контур, все 4 набора Констант устанавливаются одинаковыми.

2.18. Черный Ящик обеспечивает сохранение 5-ти последних аварийных Осциллограмм. Сервисные средства предусматривают удобное считывание Осциллограмм из Флэш-памяти и подробное отображение сигналов в графической форме. Осциллограмма содержит 6 аналоговых и 11 логических сигналов с достаточным разрешением (2 мкс) и охватывает интервал для надежного диагностирования характера аварии (десятки периодов инвертора). Также предусмотрена возможность сохранения не аварийной (штатной) Осциллограммы.

2.19. Интернет-Диагностика. Каждое сохранение Осциллограммы в Черном Ящике параллельно сопровождается пересылкой Осциллограммы в Интернет. Пересылку осуществляет встроенный в контроллер GSM модем посредством обычной сотовой сети с помощью СИМ карты от любого мобильного оператора. Осциллограммы приходят в базу данных производителя контроллера , где на веб-странице отображается сводная таблица Осциллограмм со всех ТПЧ. Разработанная система классификации Осциллограмм,  позволяет по строгим правилам фиксировать для каждой Осциллограммы результат ее подробного обследования – Диагноз. В сводной таблице показаны строгие и краткие записи Диагнозов тысяч Осциллограмм, образующих «базу знаний». Интернет-Диагностика является мощным инструментом, который позволяет Изготовителю ТПЧ в самых сложных случаях быстро реагировать на возникшую аварийную ситуацию и оказать немедленную помощь Заказчику в гарантийный и послегарантийный период.

2.20. Модельная поддержка предусматривает бесплатную пересылку Заказчику Осциллограмм пусковых режимов, полученных на математической модели ТПЧ, где заданы фактические параметры контура. Модельные Осциллограммы служат в качестве эталонов для сравнения с фактическими Осциллограммами, что облегчает пуско-наладочные работы.

2.21. Выдерживаются нормы по допустимому искажению напряжения питающей сети от влияния источника ТПЧ. Смотрите в п.1.11 ввод в действие нового межгосударственного стандарта ГОСТ 13109-97. Требования к сети по мощности, правила подсоединения ТПЧ к узлу сети и обеспечение электромагнитной совместимости смотрите в Приложении А.

2.22. Охлаждающая жидкость (вода) в дросселе Ld в источниках ТПЧ имеет нулевой электрический потенциал – изолирована от обмотки (п.3.1).

2.23. Оценка надежности. Де-факто источники серии ТПЧ предыдущих поколений имеют срок службы 25 лет и более. Дополнительную надежность вносят технические решения пятого поколения, перечисленные выше, в связи с чем, гарантийный срок эксплуатации повышен (п.4.8) по отношению к предыдущим поколениям ТПЧ и по отношению к другим производителям источников.

3. Конструкция
3.1. В источниках мощностью до 1.25 МВт используются дроссели с воздушным охлаждением (Рис.3а), а начиная с мощности 1.6 МВт – с жидкостным (водяным) охлаждением (Рис.3б).

Рис.3. Внешний вид дросселей с воздушным (а) и жидкостным (б) охлаждением.

Обмотка обоих типов дросселей выполнена из широких тонких (1 мм) алюминиевых листов – фольги. Специальная запатентованная технология обеспечивает контакт алюминиевой фольги с медными наружными выводами. Использование фольги позволяет сочетать минимизацию электрических потерь и хороший отвод тепла как при воздушном, так и при жидкостном охлаждении. Во втором случае внутри обмотки вставляется охлаждающий профиль (спереди и сзади), по которому циркулирует охлаждающая жидкость, электрически изолированная от обмотки (допускается охлаждение проточной водой).

Обмотка дросселя покрыта тремя слоями изолирующей пропитанной лаком бумаги. Дроссель проходит стадию лаковой пропитки, для чего выдерживается в горячей лаковой ванне, после чего проходит многочасовую сушку. Слой лака является эффективной защитой от пыли и одновременно значительно уменьшает шум дросселя. Кроме того, для уменьшения шума используются внутриобмоточные демпферы. По требованию Заказчика может наноситься два или три слоя лака. В последнем случае защита максимальна (технология для подводного использования).

3.2. Дроссель с жидкостным охлаждением имеет 4 канала протока жидкости. Входы и выходы 4-х каналов подведены к раздаточной коробке, которая видна слева сбоку на Рис.3б. На коробке видны 4 входных штуцера каналов охлаждения, а с другой стороны коробки расположены 4 выходных штуцера. Подсоединяя шланговые перемычки к штуцерам, можно включать каналы последовательно или параллельно, а также смешано. Варианты коммутации каналов охлаждения позволяют оптимально согласовать перепад давления и расход воды дросселя с другой частью системы охлаждения, которая охлаждает полупроводниковый силовой блок.

3.3. Потери, отводимые от дросселя с жидкостным охлаждением, распределяются в пропорции: 80% отводятся жидкостью, 20% уходят в воздух. Задача отвода воздушного тепла для обоих типов дросселей, воздушного и жидкостного, решается одинаково: шкаф разделяется перегородкой на два теплоизолированных отсека, в нижнем отсеке помещается дроссель и обеспечивается вентиляция. В верхнем отсеке нет вентиляционных отверстий и обеспечена высокая степень защиты (Табл.1, п.5) электронного оборудования от пыли и влаги без циркуляции воздуха (см. п.3.4).

3.4. У группы ТПЧ-А ребристая часть радиатора заключена в закрытый вертикальный вентиляционный канал, который входит в нижний отсек шкафа. Утечки тепла в воздух со стороны контакта полупроводников с охладителем у всех групп ТПЧ-А, М, С незначительные. Утечки тепла отводятся через стенки верхней секции шкафа без принудительной циркуляции воздуха.

3.5. Входные три сетевые шины по основному варианту находятся сбоку с левой стороны в верхней части шкафа, альтернативный вариант – вверху. Две выходные шины к нагрузке по основному варианту располагаются внизу, альтернативный вариант – с правой стороны в нижней части шкафа. Возможна горизонтальная зеркальная симметрия и другие расположения входных и выходных шин по согласованию при заказе.

3.6. Индуктивность линии к нагрузке снизу не ограничивается, допускается нулевая индуктивность. Ограничительный дроссель, как в старых ТПЧ, не требуется. Ограничение индуктивности линии сверху должно согласовываться при заказе, т.к. максимально допустимая индуктивность зависит от многих параметров ТПЧ.

3.7. Трансформатор для сигнала обратной связи не требуется – см. п.2.12.

3.8. Отдельные источники ТПЧ должны подключаться отдельными линиями к узлу большой мощности (сетевому трансформатору), т.е. должно соблюдаться правило лучевой разводки питания отдельных источников, чтобы исключить неблагоприятное влияние друг на друга. В заказе должны оговариваться длина линии подключения ТПЧ к узлу сети и мощность узла (по току короткого замыкания).

4. Цены, сроки, гарантии
4.1. Заказчик направляет Изготовителю ТПЧ заказ в рамках требований Табл.1, Табл.2, пп. 3.5, 3.6, 3.8. При необходимости Заказчик сообщает дополнительные требования. Изготовитель направляет Заказчику вместе с ценами возможные варианты исполнений ТПЧ в виде стандартных таблиц с параметрами (datasheet), см. п.1.10. В итоге согласовывается окончательный выбор исполнения. Изготовитель гарантирует Заказчику оптимальный показатель цена/качество.

4.2. Если заказ не акцептирован, цена действительна 3 месяца от момента согласования.

4.3. Дистанционная поддержка пуско-наладки и эксплуатационная Интернет-Диагностика входят в цену ТПЧ.

4.4. Стандартный комплект ЗИП входит в цену ТПЧ. Комплект ЗИП может быть расширен по отдельному договору. После окончания гарантийного срока ТПЧ силовые полупроводниковые приборы, тиристоры и транзисторы IGBT, при необходимости продаются Заказчику по согласованным зафиксированным ценам.

4.5. Оплата производится тремя частями: 50% предоплата; 40% — оплата перед отгрузкой; 10% — оплата после завершения пуско-наладки.

4.6. Срок поставки ТПЧ нового поколения составляет 3..6 месяцев от момента авансирования 50%.

4.7. Гарантийный срок ТПЧ составляет 2.5 года от момента отгрузки (таможенной очистки).