Двухзонная установка для индукционного нагрева

 

1. ДВУХЗОННАЯ УСТАНОВКА . ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, содержащая снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к резонансным колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен с входом регулятора режима, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, регулятор режима каждого канала управления через управляющий вход фазосдвигающего блока, усилитель-ограничитель и ключ связан с входом логического элемента ИЛИ, выход которого через дифференцирующий элемент подключен к управляющему входу задающего генератора инвертора, входу счетчика и входу интегратора, сбрасывающий вход которого соединен с выходом счетчика, а выход - с первым входом компаратора с релейной передаточной характеристикой, выход которого подключен к управляющим входам ключей обоих каналов управления, одного - непосредственно, а другого через элемент НЕ, второй вход упомянутого компаратора соединен с выходом первого компаратора с пропорционадьной передаточной характеристикой , к первому входу которого подключен задатчик соотношений врег менных интервалов, а к второму - выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характерис (Л тикой, входы которого через порого- . вые элементы соединены с выходами регуляторов режима каждого канала, при этом входы фазосдвигающих блоков соединены с выходами контуров. 2.Установка по п. 1, о т л и- , чающаяся тем, что каждый i канал снабжен регулятором технологического параметра, выход которого подключен к дополнительному входу блока сравнения. 3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что фазосдигающий блок каждого канала выполнен с нелинейной передаточной характеристикой типа насыщение, а пороговый элемент имеет зону нечувствительности , равную участку линейности фазосдвигающего блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

5 Л

РЕСПУБЛИК

09) (11) З g H 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3571882/24-07 (22) 08.02.83 (46) 15.05.84. Бюл. Р 18 (72) А.В. Иванов и М.M. Иульменко (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621.365.52(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 657571, кл. H 02 M 7/515, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

11 955525, кл. Н 05 В 6/06, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР и 909794, кл. Н 02 Р 13/18, 1979. (54)(57) 1. ДВУХЗОННАЯ УСТАНОВКА

ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, содержащая снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к резонансным колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен с входом регулятора режима, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, регулятор режима каждого канала управления через управляющий вход фазосдвигающего блока, усилитель-ограничитель и ключ связан с входом логического элемента ИЛИ, выход которого через дифференцирующий элемент подключен к управляющему входу задающего генератора инвертора, входу счетчика и входу интегратора, сбрасывающий вход которого соединен с выходом счетчика, а выход — с первым входом компаратора с релейной передаточной характеристикой, выход которого подключен к управляющим входам ключей обоих каналов управления, одного — непосредственно, а другого— через элемент НЕ, второй вход упомянутого компаратора соединен с выходом первого компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, к первому входу которого

I подключен задатчик соотношений вреЪ менных интервалов, а к второму — выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, входы которого через порого- . вые элементы соединены с выходами регуляторов режима каждого канала, при этом входы фазосдвигающих блоков соединены с выходами контуров.

2. Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что каждый канал снабжен регулятором технологического параметра, выход которого подключен к дополнительному входу блока сравнения.

3. Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что фаэосдигающий блок каждого канала выполнен с нелинейной передаточной характеристикой типа насыщение", а пороговый элемент имеет зону нечувствительности, равную участку линейности фазосдвигающего блока.

1092758

Изобретение относится к индукционному нагреву, в частности к системам управления температурой или мощностью индукционных установок.

Известны двухзонные индукционные

5 установки, содержащие инвертор, нагруженный на две резонансные нагрузки, предварительно настроенные на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик электрического параметра нагрузки и регулирующее устройство, причем выход регулирующего устройства через ключевую схему связан со входом управления частотой задающего генератора инвертора, а управляющие входы ключевой схемы соединены с выходами датчика технологического параметра и пересчетной схемы j) 3.

Однако область применения таких систем ограничена индукционными установками с большой тепловой инерцией нагреваемых зон или невысокими требованиями к точности подд; ржания выходных параметров, поскольку частота переключений нагрузок не превышает

Гц, что приводит, во-первых, к пульсациям электрических и техноло39 гических параметров (температур) нагрузок, во-вторых, к электродинамическим ударным нагрузкам на конструктивные элементы индукционных нагревателей, что снижает их надежность .

Известны также индукционные установки, содержащие инвертор, нагруженный на две резонансные нагрузки, Ъ предварительно настроенные на различ4О ные частоты и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик регулируемого параметра, выходы которых соединены с элементом сравнения, выход которого связан

45 с регулирующим устройством, причем выход первого канала соединен со входом блока управления выпрямителем, а выход второго канала — со входом управления частотой задающего генератора инвертора f 2 ).

Однако область применения такой системы ограничена индукционными установками, параметры резонансных нагрузок которых мало изменяются в ходе технологического процесса, что является необходимым условием инверсной зависимости от частоты мощностей в резонансных нагрузках.

Наличие управляемого выпрямителя снижает надежность таких систем.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является двухпозиционная установка для индукционного нагрева, содержащая снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен со входом регулятора режима (3 g.

В известном устройстве первый канал выполняет функции регулятора выходного тока инвертора, а во втором — функции изменения выходной частоты инвертора.

Критичность к изменению резонансных частот нагрузок и необходимость в регуляторе выходного тока — недостатки известной системы, ограничивающие ее область применения и надежность.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение области применения системы.

Цель достигается тем, что в двухзонйой установке для индукционного нагрева, содержащей снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен со входом регулятора режима, который через управляющий вход фазосдвигающего блока, усилитель-ограничитель и ключ связан со входом логического элемента ИЛИ, выход которого через дифференцирующий элемент подключен к управляющему входу задающего генератора инвертора, входу счетчика и входу интегратора, сбрасывающий вход которого соединен с выходом счетчика, а вы-, ход — с первым входом компаратора с релейной передаточной характеристикой, выход которого подключен к управляющим входам ключей обоих каналов, одного — непосредственно, а другого — через элемент НЕ, второй

1092758

35 где Ч; — фаза выходного тока, 1Н вЂ” фаза напряжения нагрузки, 50 р реобрàзуе с прямоугольные импульсы в усилителеограничителе 2 1, проходит через ключ 22 канала 4, элемент ИЛИ 15, диффе. ренцирующий элемент на синхронизирующий вход задающего генератора 23. . Благодаря этому обеспечивается генерация инвертором волн выходного тока, синхронных с волнами напряжения контура 2, с некоторым сдвигом по вход упомянутого компаратора соединен с выходом первого компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, к первому входу которого поДключен задатчик соотно5 шения временных интервалов,. а к второму — выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, входы которого через пороговые элементы соединены с выходами регуляторов режима каждого канала, при этом входы фаэосдвигающих блоков соединены с выходами контуров. 15

Кроме того, в каждый канал управления введен автоматический регулятор технологического параметра

1 выход которого связан с элементом сравнения. 20

В каждом канале управления фазосдвигающий блок выполнен с нелинейнои передаточной характеристикой типа "насыщение", а пороговое устройство имеет зону нечувствительност и> 25 равную участку линейности фазосдвигающего блока.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемой системы, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие ее работу; на фиг. 3 — передаточные (статические) характеристики фазосдвигающего устройства, порогового устройства и инвертора для одной из резонансных нагрузок.

Установка содержит инвертор 1, нагруженный на два резонансных колебательных контура, являющихся нагруз" ками 2 и 3, предварительно настроенные на различные частоты и два ка

У 40 ла 4 и 5 управления, каждый из которых содержит датчик 6 и задатчик 7 электрического параметра, выходы которых соединены со входами блока

8 с равнения, выход которого связан с регулятором 9 режима. Кроме того, в

45 нее входят задатчик 10 соотношения временных интервалов работы канала

Э компараторы 11 и 12 с пропорциональнои передаточной характеристикой

У компаратор 13 с релейной передаточнои характеристикой, логические элементы НЕ 14 и ИЛИ 15, дифференцирующий элемент 16, интегратор 17 счетчик 18, а в каждом канале управления имеется пороговый элемент 19, фазосдвигающий блок .20, усилительограничитель 21, ключ 22. Выход диференцирующего элемента 16 подключен к синхронизирующему входу- задающего генератора 23. Резонансные контуры

2 и 3 представляют собой колебательные контуры, образованные индукторами и компенсирующими конденсаторами, и могут быть подключены к выходу инвертора 1 последовательно или параллельно. В первом случае используется инвертор тока и параллельная компенсация индукторов. Во втором случае — инвертор напряжения и последовательная компенсация. Датчики 6 электрического параметра нагрузки служат для преобразования сигнала напряжения нагрузки в пропорциональный сигнал постоянного тока. В. общем случае датчики 6 могут измерять и другие электрические параметры нагрузок: ток индуктора, активную мощность, фазовый угол нагрузки.

Индексы и !! относятся к элементам первого и второго каналов 4 и 5. !.! и U<< — напряжения регуляторов

9 и 10.

Установка работает следующим образом.

При запуске задающий генератор начинает работать в автоколебательном режиме, при этом частота его импульсов заведомо ниже резонансных частот контуров. Под действием импульсов выходного тока инвертора в резонансных контурах 2 и 3 возбуждаются синусоидальные колебания напряжения и тока. Сигнал напряжения подается на вход фазосдвигающего блока 20, а через датчик 6 — на блок

Зсав р нения, где сравнивается с сигналом задатчика 7. Разностный сигнал после преобразования в соответствии с принятым законом управления в регулирующем устройстве действует на управляющий вход фазосдигающего блока 20. Сдвинутый по фазе на угол

1092758 6 фазе, пропорциональным сигналу регу- жание не максимальных значений налятора 9. На фиг. 2 оси ординат вре- пряжения нагрузок, а их регулироваменных диаграмм помечены номерами ние по си н гналу регулятора 9, измеблоков, на выходах которых присутству- няющему в о с ответствии с передаточют соответствующие сигналы.

5 ной характерис Ф тикои щазосдвигаюДля простоты на фиг. 2 для обоих щего устройств 20 (ф . 3) . а ц иг. г . Кроме каналов управления принято и = О. того если б сли нео ходимо регулировать

Одновременно с подачей выходных температуру нагреваемого объекта, 16 на вхо импульсов дифференцирующим элементом выход регулятора температу ы на вход задающего генератора 23, 10 чают к входу блока 8 сравнения вмесэти импульсы также поступают на вхо- то задат и 7 атчика или вместе с ним ды интегратора 17 и счетчика l8, (пунктирная стрелка на фиг. 1). коэффициент счета которого на фиг. 2 В том случае том случае, когда изменение принят равным десяти. Это вызывает фаэо ь аэовых сдвигов в каналах управления формирование на выходе интегратора

17 т !

5 с ечивает тре уемого соотно б

7 ступенчато-нарастающего напряже- шения а а ения параметров нагрузок, вступают ния с числом ступеней десять. в рабо у в ра оту элемент ), компараторы

Если сигналы с пороговых элемен- эадатчик о, благодаря чему тов 19 не поступают, на выхо е комд достигается изменение соотношения чиспаратора 11 сигнал также равен нулю

20 ла периодов б дов ра оты каналов в течеи на. вход компаратора 13 через ком- ние цик а цикла, вплоть до непрерывной рапаратор 12 поступает лишь сигнал, боты одного канала. пропорциональный напряжению задатчи- Предположим с дположим, сигнал задатчика 7 ка интервалов работы каналов управ- канала управления 4 много больше ления, В момент +< (фиг. . Ра- 25 сигнала задания в канале 5. При этом венства сигналов на входах компара- сигнал на входе порогового элемента тора 13 с релейной характеристикой канала ольше зоны нечувствипоследний скачком изменяет свой тельности ц иг. э и сигнал, провыходной сигнал с уровня "единицы" порциона о альныи сигналу блока 9, постуна уровень "нуля", вследствие чего

30 пает на инвертиру тирующии вход компараключ 22 в канале 4 закрывается а

У тора 11 а, что приводит к увеличению в канале 5 открывается под действи- сигнала н л на инвертирующем входе комем выходного игнала элемента НЕ 14. парат l3 тора и, следовательно, к сдвиНа интервале t -4Z аналогичным гу вправо моме нта 1 выключения образом происходит синхронизация

| первого канала. Если сигнал с ызадающего генератора 23 с моментами выхода компаратора 12 превышает амплиперехода через нуль напряжения нагрузки 3. туЛу ступенчато-нарастающего напряжения, система будет постоянно раВ момент t, разность входных сиг- ботат отать на нагрузку 2. налов компаратора 13 меняет знак очность поддержания парамет ов и вновь вступает в работу канал 4 ® „а р ров нагрузок в предлагаемой установке, управления. Далее указанные процессы несмотря на циклические переключециклически повторяются через десять ния каналов управления, не уст пают импульсов задающего генератора 23. у yäääT точности в известной установке

В течение каждого цикла фаза вы- что об ч ходкого тока инвертора дважды скач- мнговенной поцстройке фазы тока под ком меняется, уравниваясь с фазами фазу азу напряжения соответствующей нанапряжений на нагрузках. грузки частота переключений весьма

Таким образом, в течение пяти высока, благодаря чему во время периодов выходного тока максимальная пау паузы работы канала напряжение на мощность выделяется в нагрузке 2, и соотве соответствующей нагрузке затухает в течение остальных пяти периодов— незначительно, а температура нагрев нагрузке 3 (известно, что при ну- ваем б емого о ъекта практически не измелевом сдвиге фаэ 5Ч = 0 мощность, выделяемая в резонансный нагрузке, и Та ак, например, при испытаниях напряжение на ней максимальны, 55 предлаг е предлагаемой установки с инвертором фиг. частотой 10 кГц частота циклов сосВ общем случае в установке, изобра- тавляла 1000 Г

Гц и какие-либо пульсаженной на фиг. 1, происходит поддер- ции температур металлических образ1092758 цов, нагреваемых в индукторах, не быпи зафиксированы, точность регулирования температура составила

0 1Х. Кроме того, точность регулиро" вания дополнительно повышается при увеличении частоты переключений, которая может быть доведена при коэффициента счета два до 5000 Гц.

В отличие от прототипа установка малокритична к изменению параметров нагрузок, так как резонансные частоты нагрузок могут быть достаточно широко разнесены. Надежность установки повышена благодаря исключению из нее наиболее нагруженного и малонадежного элемента — силового регулятора выходного тока инвертора (управляемого выпрямителя или широт" но- или фазоимпульсного регулятора).

Таким образом, использование изобретения позволяет при сохранении высокой точности регулирования расши" рить диапазон регулирования, повысить надежность и расширить область применения двухзонной индукционной установки.

1092758

Составитель О.Турпак

Техред С.Мигунова

Редактор А.Химчук

Корректор М. Щароши

Заказ 3279/45

fE

8P

ding

Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Двухзонная установка для индукционного нагрева Двухзонная установка для индукционного нагрева Двухзонная установка для индукционного нагрева Двухзонная установка для индукционного нагрева Двухзонная установка для индукционного нагрева Двухзонная установка для индукционного нагрева 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в устройствах в устройствах индукционого нагрева при термообработке длинномерных заготовок

Изобретение относится к силовой электронике и электротехнике и может быть использовано для бесконтактного регулирования напряжения, величины генерируемой реактивной мощности и симметрирования потребляемого тока однофазными или другими электроприемниками с большой несимметрией и большим потреблением реактивной мощности при их питании от трехфазных сетей электроснабжения

Изобретение относится к устройствам индукционного нагрева и может быть использовано в промышленности при термической обработке металлических изделий, заготовок, деталей машин и механизмов и при испытаниях на прочность и долговечность

Изобретение относится к области автоматизации управления технологическими процессами получения полупроводниковых материалов и может использоваться для выращивания кристаллов в космических условиях при отсутствии оператора

Изобретение относится к электрическим нагревательным устройствам и может быть использовано для нагрева жидкостей в химической, медицинской промышленности и в сельском хозяйстве

Изобретение относится к силовой электронике и электротехнике и может быть использовано для экономии ресурсов при создании схем электропитания печей индукционного нагрева и для экономии электроэнергии при производстве металла в упомянутых печах
Наверх