Устройство предварительной настройки колебательного контура индукционной печи

 

1. УСТРОЙСТВО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ, содержащее фазочувствительный блок с индикатором и зашунтированный резистором силовой ключ, включенный между конденсаторной батареей колебательного контура и источником питания, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности настройки, в него введены два дополнительных ключа и диод, включенньй-последовательно с шунтирующим резистором и ,первым дополнительным ключом, первый контакт второго дополнительного ключа включен между конденсаторной батареей и индуктором, а вход фазочувствительното блока подключен к введенному последовательно с дуктором датчику тока индуктора. 8 9 Т СО сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (l l) 4(s() Н 05 В 6/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I ром и зашунтированный резистором силовой ключ, включенный между конденсаторной батареей колебателЬного контура и источником питания, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности настройки, в него введены два дополнительных ключа и диод, включенный"последовательно с шунтирующим резистором и ,первым дополнительным ключом, первый контакт второго дополнительного ключа включен между конденсаторной батареей и индуктором, а вход фазочувствительного блока подключен к введенному последовательно с индуктором датчику тока индуктора. (21) 3666922/24-07 (22) 23. 11. 83 (46) 07. 03. 85. Бюл. N- 9 (72) Ю.Н.Бойков, B ..В.Болдов, M.Þ.Ëèâøèö, Г.Н.Рогачев, N.Á.Ромасловский и А.Л.Сквирчак (53) 621.365.52(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 215359, кл. Н 05 В 6/06, 1965.

2. Авторское. свидетельство СССР

P.- 524335, кл. Н 05 В 6/06, l974. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ, содержащее фазочувствительный блок с индикатоФиг.У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1144195

©I PoP

Ь 2

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фазочувствительный блок содержит три двухвходовых элемента И, два RS-триггера, два Э -триггера, генератор высокочастотных импульсов, генератор единичных сигналов, счетный блок, второй контакт второго дополнительного ключа и компаратор, вход которого служит входом фазочувствительного блока, а выход подключен к первому входу первого элемента И, выход ког торого соединен с 5 -входом первого

"!э-триггера и О-входом первого

Э-триггера, прямой выход первого

R5-триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого связан с С-входами

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в установках индукционного нагрева.

Известно устройство для предварительной настройки контура.индукцион- 5 ной печи на заданный коэффициент

Ф мощности, содержащее помимо основного источника электроэнергии дополнительный пусковой источник, присоединенный к контуру через дополнительные коммутирующие элементы, фазочувствительный элемент и логический блок Я, Недостаток этого устройства состоит в наличии дополнительного источника электроэнергии, усложняющего 15 устройство. Кроме того, настройка контура ведется при пониженном токе индуктора, что приводит к значительным ошибкам при ферромагнитной загрузке печи. 20

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство предварительной настройки .колебательного контура индукционной печи, содержащее фазочувствительный 25 блок с индикатором и зашунтированный резистором силовой ключ, включенный между конденсаторной батареей колебательного контура и источником питания $2) .

Недостаток известного устройства состоит в том, что из-за наличия обоих D-триггеров и выходом генератора высокочастотных импульсов, а выход — с входом счетного блока, к установочному входу которого подс ключены через второй контакт второго дополнительного ключа генератор единичных сигналов и непосредственно R --вход второго R 5-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, а 5 -вход — с R -входом первого

А5-триггера и выходом третьего элемента И, к первому входу которого подключен инверсный выход первого

Q-триггера, а к второму — прямой выход второго З-триггера, связанного

2-входом с прямым выходом первого

1 -триггера. дополнительного токоограничивающего резистора настройка колебательного контура также проводится при токе . индуктора, отличном от номинального и определяемом в основном величиной этого сопротивления. Помещенный в индуктор металл находится в электромагнитном поле напряженности

Н - IM/à, где Н вЂ” напряженность магнитного поля; 1 — ток индуктора, И вЂ” число витков индуктора; а — длина индуктора.

Известно" „ что реактивное сопротивление полосы нагреваемого металла шириной b и длиной 3 равно где и — удельное электрическое сопротивление нагреваемого материала, — магнитная проницаемость нагреваемого материала, Я вЂ” частота тока индуктора .

Для ферромагнитных материалов величина магнитной проницаемости р зависит от напряженности магнитного . поля, т.е. от тока индуктора. Ошибка в определении реактивного сопротивления материала, обусловленная отличием тока индуктора в процессе

3 1144 настройки от номинального значения, составляет ошибку настройки колебательного контура. Кроме того, данное устройство невозможно испольэовать для настройки контуров индукционных. печей, питаемых от тиристорных преобразователей частоты. Известно, что большинство схем тиристорных преобразователей частоты может работать лишь в узком диапазоне изме- 10 нения сопротивления нагрузки, поэтому при использовании добавочного сопротивления устойчивая работа таких тиристорных преобразователей частоты невозможна. 15

Цель изобретения — повышение точности нас-.ройки в резонанс колебательного контура индукционной печи.

Это касается нагрева ферромагнитных изделий и обеспечения воэможности настройки при использовании в качестве источника питания тиристорного преобразователя частоты.

Цель достигается тем,что в устрой-:— ство предварительной настройки колебательного контура индукционной печи, содержащее фазочувствительный блок с индуктором и зашунтированный резистором силовой ключ, включенный между конденсаторной батареей колебательного контура и источником питания, дополнительно введены два дополнительных ключа и диод, включенный последовательно с шунтирующим резистором и первым дополнительным ключом, первый контакт второго дополнительного ключа включен между конденсаторной батареей и индуктором а вход фазочувствительного блока . подключен к введенному последова40 тельно с индуктором датчику тока индуктора.

Кроме того, фазочувствительный блок может содержать три двухвходовых элемента И, два R5-триггера, 45 дваЗ -триггера, генератор высокочастотных импульсов, генератор единичных сигналов, счетный блок, второй контакт второго дополнительного ключа и компаратор, вход которого 50 служит входом фазочувствительного блока, а выход подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с 6 -входом первого R5-триггера и 2-входом первого . 55

D-триггера, прямой выход первого

R5-триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй

195 4 вход которого связан с С-входами обоих D -триггеров и выходом генератора высокочастотных импульсов, а .выход — с входом счетного блока, к установочному входу которого подключены через второй контакт второго дополнительного ключа генератор единичных сигналов и непосредственно

3-вход второгоДЯ-триггера, инверсный

У Ф К ° выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, а8 -вход с -входом первого Rg-триггера и выходом третьего элемента И, к первому входу которого подключен инверсный выход первого 2 -триггера, а к второму — прямой выход второго

D-триггера, связанного 2-входом с прямым выходом первогоЭ -триггера.

На фиг.! изображена принципиальная схема устройства, на фиг. 2— схема фазочувствительного блока.

Устройство состоит из фазочувствительного блока 1 с индикатором 2, причем вход фазочувствительного блока подключен к включенному последовательно с индуктором датчику тока индуктора в виде, например, трансформатора тока 3, силового ключа 4. включенному между конденсаторной батареей 5 и источником питания, контакта 6 второго дополнительного ключа, расположенного между конденсаторной батареей и индуктором 7,:. шунтирующей силовой ключ 4 цепочки, состоящей из последовательно вклю4 ченных резистора 8, диода 9 и контакта 10 первого дополнительного ключа.

Фазочувствительный блок состоит из компаратора 11, элемента И 12, первый вход которого подключен к выходу компаратора, а выход — к

5-входу первого R5-триггера 13 и

D-входу первого Э-триггера 14 прямой выход которого подключен к

Ы-входу второго -триггера 15, а инверсный — к первому входу элемента

И 16, к второму входу которого подключен прямой выход второго 37-триггера 15, выход элемента И подключен к -входу первого Р6-триггера 13 и 5 -входу второго RS- триггера 17, инверсный выход которого подключен к второму входу элемента И 12, генератора 18 высокочастотных импульсов, выход которого подключен к С-входу первого и второго Р-триггеров и второму входу элемента И 19, первьй

1144195!

Вход которого подключен к прямому выходу первого R5-триггера 13, а выход — к счетному входу счетного устройства 20, которое состоит из нескольких включенных последователь- 5 но для увеличения разрядности двоично-десятичных счетчиков с дешифраторами и элементами индикации, причем счетным входом счетного устройства является счетныи вход первого 10 счетчика, а установочным входом— установочные входы всех счетчиков.

Установочный вход счетного устройства а также R †вх второго R5-òðèããå.

Й ра подключены через второй контакт" 15

21 второго ключа к генератору 22 единичных сигналов. (Компаратор 11 микросхема К521СА1, элементы И 12, 16 и 19 — соответствующим образом включенные микросхемы K176JIA7, D-триггеры 14 и 15 и 95-триггеры

13 и 17 — соответствующим образом включенные микросхемы К176ТМ2; генератор. высокочастотных импульсов по схеме генератора прямоугольных 25 импульсов).

Устройство работает следующим образом.

Для настройки контура до включе30 ния силового ключа 4 конденсаторная батарея с помощью ключа 10 через резистор 8 и диод 9 подключается к выходу источника питания. Конденсаторная батарея заряжается до напря- 35 жения, равного амплитудному значению переменного напряжения источника питания. Резистор служит для ограничения броска тока при подключении незаряженного конденсатора к источ- 40 нику питания. Когда источником питания является тиристорный преобразователь частоты, конденсаторную батаpeto заряжают, подавая отпирающие импульсы на одну диагональ инвертор- 45 ного моста. После окончания процесса заряда конденсаторной батареи ключ

10 размыкается и замыкается контакт

6 ключа. При этом в контуре, образованном конденсаторной батареей и индуктором, возникает переходной процесс,,определяемый соотношением емкости С конденсаторной батареи, индуктивности ь и активного сопротивления R индуктора. Ток контура при всех возможных на практике сочетаниях С, (, и изменяется по колебательному закону

Существенно, что величина тока индуктора в начальный момент времени равна номинальному значению., Поэтому, даже если индуктивность печи зависит от тока индуктора, что имеет место при ферромагнитной загрузке печи, в начальный момент времени индуктивность соответствует номинальному значению тока индуктора.

Частота изменения тока колебательного контура, а следовательно, и напряжения на индукторе равна 2

И=

Lc

Г целей точностью = - —, причем, "(мс если контур настроен в резонанс при частоте источника питания, т.е. ( то. частота свободных

1ЙП колебаний равна частоте источника питания 6) „„

Измеряя в процессе настройки каждый раз частоту свободных колебаний, соответствующую началу переходного процесса, и добиваясь переключением конденсаторов, чтобы она стала равна частоте источника питания, настраиваем, таким образом, контур в резонанс. Переключение конденсаторов может осуществляться вручную или автоматически. Фазочувствительный блок служит для определения длительности первого полупериода свободных колебаний и индикации этого значения.

Он работает. следующим образом. В момент появления положительного напряжения на входе фазочувствительного элемента компаратор "перебрасывается в единичное состояние, на выходе элемента И 12 появляется единичный сигнал, которым первый $5 -триггер

13 устанавливается в единичное состоя— ние. На вход счетчика с частотой задающего генератора с выхода элемента И 16 начинают поступать импульсы. В момент окончания первого полупериода колебаний тока компаратор меняет свое состояние на нуле1144195

Фиг2

ВНЯЦДЯ Заказ 946/44 Тираж 794 По

Филиал ППН Патент, г.укгород, ул.Проектная, 4,7 вое. С приходом очередного тактового .импульса на прямом выходе первого ф-триггера 14 появляется нулевой сигнал, а на инверсном — единичный.

Следующий тактовый импульс изменяет S аналогичным образом состояние второго 2-триггера 15, однако в промежутке между двумя этими тактовыми импульсами на обоих входах элемента

И 19 присутствует единичный сигнал, который изменяет состояние первого к":э-триггера 13 на нулевое. Импульсы на выходе второго элемента И 16 исчезают. Одновременно появляется нулевой сигнал на инверсном выходе второго AS-триггера, связанном с входом элемента И 12, и схема перестает реагировать на все последующие изменения состояния компаратора.

Таким образом, количество импульсов, 20 поступивших на вход счетного устройства, пропорционально длительности первого полупериода свободных колебаний.

К новому измерению схема подготав- ливается следующим образом. При помощи контакта 21 ключа одновременно с подключением конденсаторной батареи колебательного контура к источнику питания на Я -вход второго 30

36-триггера подается единичный сигнал. Тем самьм на инверсном выходе триггера вновь появляется единичный сигнал и при изменении состояния компаратора на единичное на выход первого элемента И 12 также поступает единичный сигнал. Кроме того, единичный сигнал поступает на установочные входы всех счетчиков, и их выходы устанавливаются в нулевое состояние.

Предлагаемое устройство повьапает точйость настройки колебательного контура индукционной печи при ферромагнитной загрузке, так как при использовании данного устройства устраняется ошибка, обусловленная зависимостью реактивного сопротивлений металла от тока индуктора. Например, при нагреве стальных заготовск ф 70 мм в индукторе ф 110 мм и длиной 1720 мм с числом витков, равным

50, частота питающего тока 2400 Гц> при токе индуктора 3000 А реактивное сопротивление системы индукторметалл составляет 0,24 Ом, а при

150 А — уже 0,45 Ом. При подключении контура, настроенного в резонанс при пониженном токе индуктора, к источнику питания с номинальным напряжением ток источника превышает номинальный в 1,5 раза. Подобные броски тока сокращают срок службы оборудования. Кроме того, предлагаемое устройство можно испольэовать для настройки колебательных контуров индукционных печей, питаемых от тиристорных преобразователей частоты, которые составляют в настоящее время наиболее перспективный и непрерывно растущий в количественном отношении класс источников питания для установок индукционного нагрева,