Półmostkowy dwuczęstotliwościowy falownik rezonansowy do hartowania indukcyjnego kół zębatych

• Autorzy: Legutko P. , Kierepka K , Zimoch P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2018.12.17

Warianty tytułu

EN

Simultaneous dual-frequency inverter for induction hardening of gears

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono półmostkowy, rezonansowy falownik dwuczęstotliwościowy wykorzystywany powszechnie do hartowania indukcyjnego kół zębatych. Na wstępie pokrótce omówiono problematykę związaną z hartowaniem obwiedniowym kół zębatych, następnie zaprezentowano laboratoryjny układ rezonansowego, jednoczesnego falownika dwuczęstotliwościowego (2F) oraz omówiono jego najistotniejsze elementy składowe. W dalszej części artykułu przedstawiono przebiegi czasowe prądu odbiornika i napięcia na tranzystorze T1 oraz zaprezentowano charakterystykę modułu impedancji |Z| i fazy Θ szeregowo-równoległego obwodu rezonansowego. W końcowej części artykułu zaprezentowano model MES układu wzbudnik-wsad wykonany w oprogramowaniu ANSYS Maxwell 3D oraz sprzęgnięty z nim model obwodowy przekształtnika rezonansowego wykonany w ANSYS Simplorer. Opracowane modele komputerowe posłużyły do weryfikacji otrzymanych wyników badań oraz do zilustrowania rozkładu pola magnetycznego i prądów wirowych w układzie wzbudnik-wsad.

EN

This paper presents a simultaneous dual-frequency inverter used for induction hardening of gears. A prototype inverter was built in a halfbridge structure using two SCH2080KE SiC MOSFETs with a series-parallel resonant circuit. The control system was based on a MAX10 FPGA. The operating frequencies were 8 kHz and 267 kHz. The output power of the prototype was 3 kW and the drain efficiency was equal to 95%. Additionally, this paper presents two co-simulation models made in ANSYS software: a circuit model of the inverter made in Simplorer and a FEM model of coil and gear made in Maxwell 3D. Simulated distributions of eddy currents and magnetic induction in the gear, as well as energy density in a single tooth are presented.

Słowa kluczowe

PL

rezonans; jednoczesny dwuczęstotliwościowy falownik; hartowanie indukcyjne; koła zębate; analiza MES

EN

resonance; simultaneous dual-frequency inverter; induction hardening; gears; MES analysis; co-simulation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 94, nr 12
• Strony: 74--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Legutko P.

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

autor

Kierepka K

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

autor

Zimoch P.

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Smalcerz A., Modelowanie zjawisk zachodzących podczas procesu hartowania indukcyjnego kół zębatych, Monografia Habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN 978-83-7880-341-6, Gliwice 2015
• [2] Candeo A., Ducassy C., Bocher P., Dughiero F., Multiphysics Modeling of Induction Hardening of Ring Gears for the Aerospace Industry, IEEE Transactions on Magnetics 47 (5), 2011, p.918-921
• [3] Davies E.J., Induction Heating handbook, Mc-Graw-Hill, New York 1979
• [4] Kasprzak M., Falowniki rezonansowe klasy D i DE o częstotliwościach pracy do 13,56 MHz, Monografia Habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN 978-83-7880-037-8, Gliwice 2013
• [5] Bokota A., Parkitny R., Modelowanie zjawisk cieplnych, strukturalnych i mechanicznych procesów hartowania elementów stalowych. Informatyka w technologii metali. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003
• [6] Fraczyk A., Jaworski T., Urbanek P., Kucharski J., The design for a smart high frequency generator for induction heating of Leeds, Przegląd Elektrotechniczny nr 90 (2), 2014, p.20-23
• [7] Esteve V., Jordan J., Dede E.J., Sanchis-Kilders E., Maset E., Induction Heating Inverter with Simultaneous Dual-Frequency Output, IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition 2006. APEC ‘06
• [8] Kierepka K., Szeregowy, dwuczęstotliwościowy falownik do nagrzewania indukcyjnego o strukturze półmostka tranzystorowego SiC MOSFET wraz z kondensatorowym dzielnikiem napięcia, Przegląd Elektrotechniczny
• [9] Kierepka K., Legutko P., Pojedynczy szeregowy dwuczęstotliwościowy falownik jednoczesny do nagrzewania indukcyjnego – problem komutacji nieoptymalnych, Przegląd Elektrotechniczny
• [10] Dobrzański L. A., Podstawy nauki o materiałach i materiałoznawstwo, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002 r.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).