Многозонная индукционная нагревательная установка

 

1. МНОГОЗОННАЯ ИНДУКЦИОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая снабженный управляемым задающго1 генератором инвертор, к выходу которого подключены по меньшей мере два резонансных контура, образованных индукторами зон и компенсирующими конденсаторами, регуляторы тех-. нологического параметра каждой зоны, датчики электрического параметра каждого контура, входы которых связаны с контурами а выходы - с входами многоканального коммутатора с числом каналов, равным числу зон, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и увеличения точности ре улирования температуры, в установку введены второй и третий многоканальные коммутаторы, фазовый детектор, детектор среднего значения с дополнительным входом для подключения фильтрового конденсатора, дифференциальный усилитель, формирователь импульсов , пересчетная схема в виде двоичного счетчика, фильтровые конденсаторы и задатчики режима по числу зон, при этом датчики электрического параметра выполнены Р виде трансформаторов тока, включенных в емкостную ветвь контуров, выход первого коммутатора подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход соединен с входом пересчетной схемы через формирователь импульсов и с первым входом дифференциального усилителя через детектор среднего значения, к дополнительному входу которого подключены одни концы фильтровых конденсаторов,-другие концы которых соединены с входом второго коммутатора с заземленным выходом, выходы регуляторов и задатчиков режрсмов зон нагрева подключены к входам третьего коммутатора, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, связанного выходом с входом задающего генеСП ратора инвертора, причем управляющие входы всех коммутаторов объединены со и подключены к выходу пересчетной ОО СО схемы. 2.Установка по п.1, о т л и чающаяся тем, что в. нее введен счетчик с предварительной установкой , включенный между Формирователем импульсов и пересчетиой схемой. 3.Установка по п.1, отличающаяся тем, что регулятор технологического параметра содержит датчик и задатчик параметра, выходы которых подктвочены к входам блока сравнения, связанного выходом с входом формирователя закона управления,выход которого служит выходом регулятора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ сОцКАлистичесних

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1153397 А

4 (51) Н 05 В 6/06

ГОсудАРстВенный нОмитет сссР гю делАм изоБРетений и отня.|тий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

A (21) 3666613/24-07 . (22) 29. 11. 83 (46) 30.04.85. Бюл. М - 16 (72). A.Â. Иванов и М.N. Мульменко (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621. 365. 52(088. 8) (56) 1. Заявка Японии М- 51-28134, кл. 67 3 51, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

К 966840, кл. Н 02 Р 13/16, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

Ж 978299, кл. H 02 М 7/515, 1981. (54)(57) 1. МНОГОЗОННАЯ ИНДУКЦИОННАЯ

НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая снабженный управляемым задающим генератором инвертор, к выходу которого подключены по меньшей мере два резонансных контура, образованных индукторами зон и компенсируя щйми конденсаторами, регуляторы технологического параметра каждой зоны, датчики электрического параметра каждого контура, входы которых связаны с контурами; а выходы — с входами многоканального коммутатора с числом каналов, равным числу зон, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и увеличения точности ре"улирования температуры, в установку введены второй и третий многоканальные коммутаторы, фазовый детектор, детектор среднего значения с дополнительным входом для подключения фильтрового конденсатора, дифференциальный усилитель, формирователь импульсов, пересчетная схема в виде двоичного счетчика, фильтровые конденсаторы и задатчики режима по числу зон, при этом датчики электрического параметра выполнены в виде трансформаторов тока, включенных в емкостную ветвь контуров, выход первого коммутатора подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход соединен с входом пересчетной схемы через формирователь импульсов и с первым входом дифференциального усилителя через детектор среднего значения, к дополнительному входу которого подключены одни концы фильтровых конденсаторов,-другие концы которых соединены с входом второго коммутатора с заземленным выходом, выходы регуляторов и задатчиков режимов зон нагрева подключены к входам третьего коммутатора, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, связанного выходом с входом задающего генератора инвертора, причем управляющие входы всех коммутаторов объединены и подключены к выходу пересчетной схемы.

2. Установка по п.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что в, нее введен счетчик с предварительной установкой, включенный между Формирователем импульсов и пересчетной схемой.

3. Установка по п.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что регулятор технологического параметра содержит датчик и задатчик параметра, выходы которых подклочены к входам блока сравнения, связанного выходом с вхо" дом формирователя закона управления,выход которого служит выходом регулятора.

1153397

Изобретение относится к индукционному нагреву, в частности к устройствам для управления электрическим режимом многоэонной индукционной нагревательной установки, и может быть нс- 5 пользовано при создании систем управления многоиндукторными технологическими установками.

Известна индукционная установка с

И зонами нагрева, содержащая управля- 1О емый задающий генератор, инвертор с

И нагрузками в виде резонансных контуров, образованных индукторами и компенсирующими конденсаторами, N датчиков напряжения индукторов, переключающий механизм для подключения к выходу инвертора одного из резонансных контуров, схему запуска и переключающую схему (11.

Недостатками этого устройства являются его сложность, связанная с необходимостью установки силовых полупроводниковых ключей в цепь каждого резонансного контура, а также узкие функциональные возможности,. что обусловлено прерывистостью подачи.мощности в индукторы и необходимостью начальной осцилляции для запуска каждого канапа устройства.

Известна индукционная установка с двумя зонами нагрева, содержащая управляемый задающий генератор, инвертор с двумя нагрузками в виде резонансных контуров, .образованных индукторами и компенсирукш1ими конден- 35 саторами, два регулятора технологического параметра, два датчика напряжения индукторов, четыре компаратора, .усилители-ограничители, интеграторы и логическое управляющее уст- 40 ройство (2).

В данном устройстве мощность в индукторы подается непрерывно, однако устройство сложно и работоспособно лишь при работе на два индук- 45 тора, что сужает его функциональные возможности.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является многоэонная индукционная нагревательная 5п установка, содержащая снабженный управляемым задающим генератором инвертор, к выходу которого подключены по меньшей мере два резонансных контура, образованных индукторами зон и компенсирующими конденсаторами, регуляторы технологического параметра каждой эоны, датчики электрического параметра каждого контура входы которых связаны с контурами, а выходы — с входами многоканального коммутатора с числом каналов, равном числу зон 3 1.

Регулирование мощности, подаваемой в,отдельные эоны нагрева, осуществляется путем поочередной настройки управляемого задающего генератора на резонансные частоты каждого иэ нагрузочных резонансных контуров и изменения длительностей, работы на данной частоте в функции выходного сигнала регулятора технологического параметра (температуры). Поскольку инвертор не допускает резких скачков входного тока, процесс изменения частоты задающего генератора, должен быть плавным и длится, как правило, несколько десятков миллисекунд при частоте задающего генератора 10 кГц.

Чтобы этап перехода с одной частоты на другую не занимал много временч в цикле переключения нагрузок, частота переключений должна составлять единицы герц, что ограничивает точность регулирования температуры и снижает производительность. Кроме того, .известное устройство сложно, так как в каждом канале содержит отдельную систему автоподстройки частоты на резонанс.

Цель изобретения — повышение производительности и увеличение точности регулирования температуры.

Указанная цель достигается тем, что в многоэонную индукционную нагревательную уст новку, содержащую снабженный управляемым задающим генератором инвертор, к выходу которого подключены по меньшей мере два резонансных контура, образованных индукторами зон и компенсирующими конденсаторами, регуляторы технологического параметра каждой зоны, датчики электрического параметра каждого контура, входы которых связаны с контурами, а выходы — с входами многоканального коммутатора с числом каналов, равным числу зон, введены второй и третий многоканальные коммутаторы, фазовый детектор, детектор среднего значения с дополнительным входом для подключения фильтрового конденсатора, дифференциальный усилитель, формирователь импульсов, пересчетная схема в виде двоичного счетчика, фильтровые конденсаторы и задатчики режима по числу зон, 3 1153397 при этом датчики электрического па- д

I раметра выполнены в виде трансформаторов тока, включенных в емкостную ветвь контуров., выход первого ф коммутатора подключен к первому вхо- ф

5 ду фазового детектора, второй вход в которого соединен с выходом задающего генератора, а выход соединен с н входом пересчетной схемы через формирователь импульсов и с первым входом дифференциального усилителя через пе детектор среднего значения, к допол- де нительному входу которого подключе- вы ны одни концы фильтровых конденсато- ро ров, другие концы которых соединены с входом второго коммутатора с зазем- ре ленным выходом, выходы регуляторов св и задатчиков режимов зон нагрева под- но ключены к входам третьего коммутато- т ра, выход которого соединен с вто- >0 сч рым ус ля, связанного выходом с входом задаю- до щего генератора пнвертора, причем уп- то равляющие входы всех коммутаторов вт объединены и подключены к выходу 25 ро пересчетной схемы. да

Кроме того, в установку может быть rp введен счетчик с предварительной ус де тановкой, включенный между формирова- по телем импульсов и пересчетной схемой. де 30

Регулятор технологического пара- вт метра содержит датчик и задатчик тр параметра, выходы которых подключены ро к входам блока сравнения, связанного по выходом со входом формирователя за- му кона управления, выход которого слу- ду

35 жит выходом регулятора. ре

На фиг. 1 приведена структурная ля схема установки с тремя зонами; на ме фиг. 2 - графики токов и напряжений, чи иллюстрирующие его работу, индексы у эо

40 графиков соответствуют индексам эле — срментов схемы. на

Индукционная установка с тремя зонами нагрева (фиг. 1) содержит уп- 45, равляемый задающий генератор 1, инвертор 2 с нагрузками 3-5 в виде резонансных контуров, образованных индукторами и компенсирующими конден саторами, пересчетную схему 6, пер- 50 вый трехканальный коммутатор 7, .регуляторы 8-10 технологического параметра (температуры), датчики 11-13 электрического параметра нагрузок в видЕ трансформаторов тока, включен-55 них в емкостные ветви резонансных кон,туров 3-5, второй и третий канальные коммутаторы 14 и 15, фазовый етектор 16, детектор среднего знаения 17 с дополни гельным входом для одключения фильтрового конденсатора, ильтровые конденсаторы 18-20, диференциальный усилитель 21, формироатель импульсов 22 и задатчики

3-25 режима эон нагрева. Пересчетая схема б выполнена в виде двоичго счетчика, выходы датчиков 11-13 оединены с соответствующими входами рвого коммутатора 7, у фазового тектора 16 первый вход соединен с ходом первого коммутатора 7, втой вход — с выходом управляемого адающего генератора 1, а выход чеэ детектор среднего значения 17 язан с первым входом дифференциальго усилителя 21 и через формироваель импульсов 22 — с входом переетной схемы, у дифференциального илителя 21 выход соединен с вхом управляемого задающего генерара 1, а второй вход — с выходом орого коммутатора 14, входы котого связаны с соответствующими эатчиками 23, 24, 25 режима зон наева, первые выводы фильтровых коннсаторов соединены между собой и дключены к дополнительному входу тектора среднего значения 17, а орые выводы подключены к входам етьего коммутатора 15, .выход котого соединен с точкой нулевого тенциала, управляющие входы комтаторов 7, 14 и 15 объединены межсобой и подключены к выходам песчетной схемы 6. Каждьп1 из регу-. торов 8-10 технологического паратра, например 8, состоит из задатка 26, датчика 27, связанного с ной нагрева нагрузки 3, блока 28 авнения и формирователя 29 эакоуправления, причем выходы регуляторов 8-10 связаны с соответствующими входами второго коммутатора 14.

Выход формирователя импульсов 22 связан с входом пересчетной схемы 6 через счетчик 30 с предварительной установкой. управляемый задающий генератор может быть выполнен по схеме мультивибратора на однопереходном транзисторе, частота генерации которого регулируется напряжением между. базами.

В качестве пересчетной схемы 6 используется двоичный счетчик, коммутаторы 7, 14 15 представляют со1153397

6 бой аналоговые мультиплексоры, у которых путем подачи двоичного кода на управляющий вход можно включить соответствующий коду канал.

В качестве регуляторов технологи- 5 ческого параметра 8-10 могут использоваться высокоточные регуляторы температуры ВРТ-3 с выходным сигналом 0-5 MA. Датчиками тока 11-13 MGгут быть измерительные трансформаторы. Фазовые детекторы, детектор среднего значения, дифференциальные усилители, счетчик с предварительной установкой являются стандартными. Формирователь импульсов выполнен по схеме дифференцирующей цепочки с селектором отрицательных импульсов и транзисторным ключевым каскадом на выходе.

Установка работает следующим образом.

Управляемый задающий генератор генерирует импульсы управления для тиристоров инвертора 2, частота f следования которых пропорциональна сигналу с выхода дифференциального усилителя 21. Компенсирующие конденсаторы нагрузок 3-5 выбраны таким образом„ что резонансные частоты контуров, образованных индукторами

ЗО с компенсирующими конденсаторами, отличаются друг от друга и равны соответственно и, f и f (средср няя, верхняя и нижняя .. Установка, схема которого изображена на фиг.i, содержит контур фазовой автоподстройки частоты управляемого задающего генератора 1 под собственные частоты резонансных контуров нагрузок

11 12 13 (Й, f u f „) е Подстроика управляемого задающего генератора 1, а следовательно, и инвертора 2 на эти частоты происходит поочередно благодаря поочередному подключению в контур автоподстройки трансформаторов тока 11-13 посредством первого коммутатора сигналов 7, управляемого счетчиком 6. На выходе фазового детектора 16 формируются прямоугольные импульсы, передний фронт которых > синхронизирован с импульсами управля— емого задающего генератора 1„ а задний — с моментом перехода через ноль сигнала с трансформатора тока, включенного в контур автоподстройки, причем используется инвертированный по фазе сигнал тока емкостной ветви нагрузки (показан на графиках фиг. 2 с плошными, линиями Т, l,,I ). По скольку импульсы управления тиристорами инвертора 2 синфазны с выходным током инвертора, протекающим через все три нагрузки одновременно, скважность упомянутых прямоугольных импульсов пропорциональна сдвигу фаэ между выходным током инвертора 2 и напряжением на соответствующей включенному каналу коммутатора 7 нагрузке, поскольку фаза така.емкостной ветви нагрузки равна фазе напряжения на индукторе плюс девяносто электрических градусов (фиг. 2). Измерение именно тока I емкостной ветви нагрузки, а не напряжения U необходимо для получения однозначной зависимости вы— ходного сигнала фазового детектора

16 от фазового угла нагрузки

Ъ при растройках + 90 град.эл. между током и напряжением нагрузки.

В момент окончания формирования каждого прямоугольного импульса на выходе фазового детектора 16 формирователь импульсов подает импульс на счетный вход счетчика 30 с предварительной установкой. На графиках

1 фиг. 2 счетчик 30 осуществляет счет по модулю два, т.е. выходной импульс на вход двоичного счетчика 6 поступает во время каждого второго импульса управляемого задающего генератора. За .счет этого через каждые два импульса счетчик б изменяет свое состояние, благодаря чему происходит переключение каналов коммутаторов 7, 14 и 15.

Таким образом, инвертор 2 генерирует пачки импульсов выходного тока

Х, (по два импульса в пачке), частота следования которых совпадает с резонансными частотами нагрузок 11, 12, 13 fcp fe Ен. Как видно из графиков фиг. 2, каждой иэ пачек импульсов соответствует максимальная амплитуда напряжения на соответствующем индукторе.

Регулирование мощности в индукторах осуществляется изменением сигнала с задатчиков режима 23, 24,25, подключаемых к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 21.

При этом на инвертирующий вход усилителя поступает сигнал постоянного напряжения с детектора среднего значения 17, пропорциональный фаэовому углу подключенной нагрузки.

При неравенстве сигналов на входах

1153397 усилителя 21 происходит изменение частоты задающего генератора 1, приводящее к компенсации возникающего отклонения фазового угла нагрузки от заданного значения. Такая, 5 компенсация происходит плавно,,в течение несколькйх периодов переключения коммутаторов 7, 14, 15, причем время переходного процесса определяется инерционностью детектора сред- 10 него значения 17, представляющего собой фильтр нижних частот (инерционное звено первого порядка).

Благодаря введению детектора среднего значения 17 сводится к миниму- 15 му действие различных помех на фазу импульсов управляемого задающего генератора I.

Несмотря- на то, что регулирование мощности в каждом индукторе в р силу инертности элемента 17 происходит плавно, изменение частоты в каждом такте работы пересчетной схемы 6 происходит скачкообразно за. счет подключения к детектору средне- 25

ro значения фильтровых конденсаторов 18-20 с помощью коммутатора 15 сигналов. На .этих конденсаторах происходит "запоминание" среднего значения сигнала фазового детектора ЗО при работе на соответствующей резонансной частоте за все предыдущее время работы устройства.

Регулирование температуры или другого технологического параметра

35 в зонах нагрева каждого индуктора обеспечивается регуляторами 8-10, выходные сигналы которых подаются через коммутатор 14 на неинвертирующий вход усилигеля 21 в качестве э адающих. В э том случае контур ре гулирования фазового угла подчинен контуру регулирования температуры в соответствующей зоне нагрева. ((ополни— тельная возможность регулирования заключается в возможности изменять число импульсов в пачке путем изменения предварительной установки счетчика 30.

Использование предлагаемой схемы позволит расширить функциональные возможности устройства для управления режимом индукционной установки с М зонами нагрева.

Введение запоминающих" конденсаторов 18-20 позволит осуществлять мгновенную перестройку частоты инвертора 2 с одной нагрузки на другую, что повышает частоту и снижает амплитуду пульсации регулируемых параметров зон нагрева (мощности и температуры) с долей герц до нескольких сотен и тысяч герц, что резко повышает точность регулирования и позволяет использовать в устройстве вместо релейныж регуляторов температуры прециозные регуляторы температуры непрерывного действия. Помимо повышения точности данное устройство по сравнению с известными более надежно, так как в нем устранены электродинамические удары на конструктивные элементы индукционной печи и инвертора, неизбежные в известном устройстве, в котором каждое последующее переключение нагрузки сопровождается сбросом частоты и мощности на минимум.

1153397

1153397

Фиг 2

Составитель О. Турпак

Редактор Л. Авраменко Техред Ж.Кастелевич Корректор С. Шекмар

Заказ 2520/43 : Тираж 794 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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