Установка для индукционного нагрева металла

 

О П И С А Н И Е 408465

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических, Республик

Зависимое от авт. свидеть чьства №

Заявлено 16.111.1972 (№ 17 9174/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.XII.1973. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 17.IV.1974

М. Кл. li 05b 5, 08 а05 Ц66

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

УДК 621.365.52:621.317..728 (088.8) Авторы изобретения

В. Ф. Годин, В. Д. Коськин, А. К. Хохлов и В. Н. Мызников

Заявитель

УСТАНОВКА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛА

Известны устройства для индукционного нагрева металла, содержащие инвертор мостового типа на тиристорах и индуктор, подключенный к ннвертору. через разделительную емкость, датчик мощности, связанный с индуктором, формирователи управляющих импульсов, соединенные с задающим генератором, связанным с датчиком фазы, и блок задержки импульсов.

Такие устройства характеризуются невозможностью одновременного поддержания заданных величин мощности и коэффициента мощности установки при изменении нагрузки.

Предлагаемое устройство отличается тем, что блок задержки импульсов включен между задающим генератором и формирователями управляющих импульсов двух смежных плеч моста инвертора. Это дает возможность одновременного поддержания заданных величин мощности и коэффициента мощности установки.

На чертеже изображена блок-схема описываемой установки.

Установка состоит из выпрямителя 1, инвертора 2 на тиристорах, индуктора 3 и системы управления 4 коммутацией тиристоров.

Инвертор 2 собран по мостовой схеме на тиристорах 5 — 8. Встречно-параллельно тиристорам 5 — 8 включены диоды 9 — 12.

В диагональ моста по переменному току включен контур искусственной коммутации, выполненный из последовательно соединенных индуктивпости 13 и конденсатора 14.

5 Инду.ктор 3 соединен последовательно с инвертором 2. Параллельно индуктору включен компенсирующий конденсатор 15. Параллельно выпрямителю 1 включен разделительный конденсатор 16.

10 В цепь питания индуктора 3 включены датчик фазы 17 и датчик мощности 18.

Датчик фазы 17 состоит из датчика тока 19, датчика напряжения 20 и интегратора 21.

Датчик тока 19 представляет собой трансфор15 матор тока, первичная токовая обмотка которого включена последовательно с индуктором

3. Датчик напряжения 20 выполнен в виде трансформатора напряжения, первичн гя обмотка которого включена параллельно индук20 тору 3.

Вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения соединены с интегратором 21, напряжение на выходе которого пропорционально сдвигу фаз между колебаниями ток»

25 и напряжения в цепи индуктора 3.

Датчик мощности 18 состоит нз дат н;ка тока 19, датчика напряжения 20 и преобразлощего устройства 22, напряжение на выходе которого пропорционально мощности, выдсляс30 мой на индукторе 3.

408465

Таким образом, датчик тока 19 и датчик напряжения 20 входят одновременно в датчик фазы 17 и датчик мощности 18.

Система управления 4 коммутацией тиристоров состоит из задающего генератора 23 и формпрОВателей уttpBBIIIIDHIJJx имп IhcoB

24 — 27, соединенных с управля ощимп электродами тиристоров 5 — 8.

Интегратор 21 датчика фазы 17 сосдипеп через усилитель 28 с устройство:i 29, регулирующим частоту задающего гепера;ора 23 пропорциопаль«о входному íaïpaæclJHIO.

Выход преобразующего устройства 22 датчика vIOщпости 18 cHHB iii co Входом cум,Jttp ющего устройства 30.

На второй вход суммирующего устройства

30 подается напряжение UJ-,,-, пропорциональное заданной (требуемо11) мощности ипдуктора 3. Выход суммирующего устройстза 30 соединен через усилитель 31 с блоком 32 задержки управляющих импульсов, включенным между задающи I генератором 23 и формирователями импульсов 25 и 26.

Блок 32 состоит из дифференциручощих элементов 33 и 34, Входы которых соединены с выходом задающего генератора 23, а Выходы — со входом схе" ы «ИЛИ» 35. Выход схемы «ИЛИ» 35 соеди Ieп с генераторо:;i пилообразногоо напряжения 36. В ы хo a I c Jl cpa t oра 36 и усилителя 31 соедш:епь, со - Одами быстродейству ощего пуль-органа 37, выполненного в виде триггера Шмидта и связанного с усилителем 38. Выходы усилителя 38 и задающего генератора 23 соединены со входамп схем «И» 39 и 40, связанных с формирователями импульсов 25 и 26.

Трехфазный переменный ток выпрямляется выпрямителем 1. Разделительный конденсатор

16 заряжается до напряжения на выходе выпрямителя. При включении системой управления 4 с помощью генератора 23 и формирователей импульсов 24 и 25 тпрпсторов 5 It 6 происходит заряд комм,;HðItoitteio конденсатора 14 через I;i дукil,шшость 13 и кондуктор 3.

Конденсатор 14 и пп ", I«tt ttoct J 13 выоираются так, что в контуре искусственной коммутации протекает колесятелы!ый процссс i! Обеспечивается резонанс иап J:tæåíittt. В прсцессе заряда конденсатора 14 напряжение повышается и станогптс:; Выше напряжения на выходе выпрямителя. Прп этом тп1м сторы

5, 6 закрываются, Ii конденсатор 14 разряжается. Через неуправлясмыс диод . 9 О„индуктивность 13 и пндуктор 3 . ачпст протекать ток в обратно л напрявл,шп; то ьех пор, пока конденсатор 14,е ра Ip:,. J ãcit до и.:шркже:шя, меньшего, чем напр:;;;;;;", па Выход гыпрямителя, H диоды 9 и 10 и погаснут.

Пока через диоды 9и .:::0 идет ток, па тиристорах 5 и 6 будет неб.:,J: «е Обратное напряжение, которое споссб-гяуст Вос та овлени10 их управляемости.

После этого систем". управления 4 с помощью гспера1оря 23 и формпговятслей 27 и

26 вкл очает тпр сторы 7 H 8. Через ппдукlop

3 и индуктивность 13 снова потечет ток в прямом направлении, и конденсатор 14 снова заряжается. После того, как напряжение на конденсаторе 14 clattcT выше напряжения па выходе выпрямителя 1, тиристоры 7 и 8 погаснут. Конденсатор 14 снова разряжается.

Включаются неуправляемые диоды 11 и 12, и через индук1ор 3 и индуктивность 13 снова потечет ток в обратном направлении.

Несмотря»a то, что амплитуда и среднее значение полуволны тока, протекающего через тиристоры, больше, чем через неуправляемые диоды, ток, пр01ека10щий черсз инд KTop

3, имеет форму, б,шзкую к синусоидальпой благодаря конденсатору 16, не пропускающему постоянную составляющую.

Индуктор 3 и конденсатор 15 образуют параллельный колебательный контур. Для выделения на индукторе максимальной полезной мощности в контуре создается резонанс токов.

При этом реактивныс сопротивления индуктора 3 и конденсатора 15 должны быть равными. Для обеспечения резонанса токов частота напряже ия запиткп контура должна быть равна резонансной частоте контура. Это обеспечивается настройкой частоты задающего генератора 23 системы управления 4 коммутацией тиристоров.

При работе установки (при нагреве металла во время плавки или при замене горячей металлической заготовки холодной) изменяется индуктивность индуктора 3. При этом нарушается условие резонанса токов, через индуктор начинает протекать нескомпенсированный реактивный ток и появляется сдвиг фазы между колебаниями напряжения и тока в цепи индуктора, т. е. cos ср(1.

Ток и напряжение в цепи индуктора 3 замеряются датчиками 19 и 20, преобразуются интегратором 21 таким образом, что на выходе датчика фазы 17 ьыряоатывается напряжение. пропорциональное углу рассогласования по фазе между напряжением и током индуктîðà.

Зто напряжение усиливается усилителем 28 и подается на устройство 29, изменяющее частоту генератора 23 таким образом, что вновь обеспечивается резонанс токов в цепи индуктора.

Для стабилизации мощности, выделяемой на индукторе 3, напряжение с выхода преобразующего устройства 22 датчика мощности

18 через суммирующее устройство 30 и усилитель 31 подается па блок 32, который осуществляет задержку управляющих импульсов, идущих от генератора 23 к формирователям импульсов 25 и 26, Iia время, пропорциональное изменению мощности, выделяемой на ипдукторе 3.

Установка заданной мощности осуществляется изменением входного напряжения U„,-, подаваемого на суммирующее устройство 30.

Блок 32 задер кки управляющих импульсов работает следующим образом.

408465

Элементы 33 и 34 дифференцпру|от положительные и отрицательные импульсы напряжения, приходящие от генератора 23.

На выход схемы «ИЛИ» 35 проходят положительные пиковые импульсы, запускающие генератор пилообразных напряжений 36. Напряжение с генератора 36 сравнивается быстродействующим нуль-органом 37 с напряжением, подаваемым от усилителя 31. При этом импульсы напряжения на выходе нульоргана 37 сдвигаются по фазе относительно импульсов на его входе и соответственно относительно импульсов на выходе генератора

23 на время, пропорциональное напряжению, снимаемому с усилителя 31, И",ïóëüñû напряжения с выхода нуль-органа 37 усиливаются усилителем 38 и поступают на входы схем «И» 39 и 40, вторые входы которых связаны с выходом генератора 23.

Схемы «И» 39 и 40 пропускают на формирователи 25 и 26 положительные и отрицательные импульсы генератора 23, задержанные на время, пропорциональное напряжению, подводимому с усилителя 31.

Если мощность, выделяемая на индукторе

3, изменилась, то соответственно изменяется сигнал с датчика мощности, напряжение на выходе усилителя 31 и время задер>кки, управляющих импульсов, приходящих от генеparopa 23 к формирователям 25 и 26, а следовательно, и время задержки включения тиристоров 6 и 8 относительно включения тиристоров 5 и 7, что приведет к изменению тока и папря>кения в цепи пндуктора, компенсирующему первоначальное изменение мощности.

Таким образом, стабилизируется мощность, выделяемая па пндукторе при значительных колебаниях напряжения сети и при существен10 ных изменениях индуктивности пндуктора в ходе технологического процесса.

Предмет изобретения

15 Установка для индукционного нагрева металла, содержащая инвертор мостового типа на тиристорах и индуктор, подключенный к инвертору через разделительный конденсатор, датчик мощности, связанный с индуктором, 20 формирователи управляющих импульсов, соединенные с задающим генератором, связанным с датчиком фазы, и блок задержки импульсов, отличающаяся тем, что, с целью одновременного поддержания заданных

25 величин мощности и коэффициента мощности установки, блок задержки импульсов включен между задающим генератором и формирователями управляющих импульсов двух смежных плеч моста инвертора.