Индукционная установка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«»847529

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ф:

1 ч с 4)

/ =--Т:.%

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. свид-ey— (22) Заявлено 030979 (21) 2814545/24-07 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Опубликовано 150781. Бюллетень No 26

Дата опубликования описания 150781 (51)М. К,.

Н 05 В 6/08

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и откр ыти и (53) УДК 621. 365. .52(088.8) Ю. Н. Бойков, В.М. Курчаткин, N.Ю. Ливши, .-.,...;,-,, }

Э.Я. Рапопорт и A.Ë..Ñêâèð÷àê . " J с Г1„.1

1f : (Ùö8-., .1! 6И6);щ т ( (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54 ) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к машиностроению и металлургии и может быть использовано при термообработке деталей, плавке, нагреве перед 5 пластической деформацией и т.д.

Известны индукционные установки, .в которых для поддержания в силовом контуре (индуктор- конденсаторная батарея) режима резонанса токов ис- 4О пользуются либо управляемые индуктивности, либо дискретно-коммутируемые ступени батареи силовых конденсато-ров, причем поиск параметров настройки силового контура в токовый резонанс ведется непосредственно в силовом контуре (1J и f2) .

Однако при этом, ввиду тяжелых условий коммутации в силовом контуре, особенно при повышенной частоте питающего тока (1000 Гц и выше), - 2О при каждом переключении контакта силового реле приходится отключать питание индуктора и выдерживать паузу, необходимую для разрядки конденсаторов, что значительно увеличивает время регулирования и препятствует осуществлению автоматического управления процессом нагрева. С другой стороны, ступенчатость регулирования ведет к значительному увеличению количества подстроечных силовых конденсаторов (до 5-10), а значит и количества необходимых переключений в условиях широкой вариации электромагнитных параметров системы индуктор — металл при нагреве металла до температуры, превышающей точку магнитных превращений, при точности регулирования cosч не. менее ЗЪ, что ведет к увеличению габаритов установки и к снижению срока ее службы н надежности работы, особенно в нагревательной установке, работающей в режиме частой смены номенклатуры заготовок или при периодическом скоростном нагреве (7-10 с). . Известна также индукционная установка, содержащая источник питания и подключенный к нему индуктор, параллельно которому подключена по меньшей мере одна цепочка из последовательно соединенных компенсирующего конденсатора и силового контакта коммутирующего элемента и цепочка из дополнИтельного компенсирующего конденсатора с регулируемой индуктивностью, датчики тока и напряженйя источника питания, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования фазы напряжения и

847529 тока источника питания, выход датчика рассогласования подключен ко входу интегрального переключателя, первый выход которого соединен с одной из обкладок з упоминающего конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, электрическую модель установки, содержащую модель источника питания, подключенную к ней мо дель индуктора, параллельной кото-. рой подключены цепочки из последовательно соединенных моделей компенсирующих конденсаторов и интегральных ключей модели, причем число цепочек равно числу цепочек установки, датчики тока и напряжения источника питания модели, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования модели, при этом управляющий вход каждого коммутирующего элемента через согласующий элемент связан с

СООтВЕтотВУЮЩИМ ВЫХОДОМ ЦнфРОВОГО сумматора, каждый вход которого по числу коммутирующих элементов соединен с управляющим входом соответствующего интегрального ключа модели и выходом реверсивного двоично-десятичного счетчика, а управляющий вход цифрового сумматора соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого связан с управляющим входом источника питания, а третий с управляющим Входом интегрального переключателя 31.

Недостатком данного устройства является обработка любых отклонений путем путем предварительного подбора результирующей емкости на модели, что усложняет структуру модели и требует дополнительных элементов (регулируемой индуктивности модели, ключей, усилителя, запоминающего 4О конденсатора).

Цель изобретения — упрощение установки и увеличение ее надежности путем разделения каналов регулирования коэффициента мощности при малых 45 .(не более 5%) и значительных (более

5%) возмущениях.

Для достижения этой цели установ-ка снабжена компаратором, первый вход которого соединен со вторым $9 выходом интегрального переключателя и управляющим входом регулируемой индуктивности, второй — с задатчиком опорного напряжения, а выход — с первым входом синхронизатора, ко второму входу которого подключен выход конечного выключателя, и реверсирующим элементом, выполненным, например в виде нуль-органа и генератора тактовых импульсов, к первому входу которого покдлючен второй выход ин- Я тегрального переключателя, ко второ.му — выход датчика рассогласования модели, а два его выхода соединены со входами указанного реверсивного счетчика. На черетеже изображена блока-схема устройства.

Силовой резонансный контур 1 состоит из нагревательного индуктора 2, компенсирующих конденсаторов 3-6, цепочки из последовательно соединенных добавочного конденсатора 7 и регулируемой индуктивности 8, взаимно скомпенсированных для статического режима работы установки. Контур 1 соединен с силовым источником 9 питания, а датчик 10 фазового рассогласования тока и напряжения источника с трансформатором 11 напряжения и трансформатором 12 тока. Выход датчи ка 10 в положении !I интегрального переключателя 13 соединен с первым входом компаратора 14, выполненного на операционном усилителе, и регулируемой индуктивностью 8, которая представляет собой магнитный усилитель, работающий в режиме дросселя насыщения. Второй вход комйаратора

14 соединен с выходом задатчика 15 опорного напряжения. В положении интегрального переключателя 13 выход датчика 10 соединен с первым входом реверсирующего элемента 16 и запоминающим конденсатором 17. Блок 16 представляет собой нуль-орган и запускаемый им генератор тактовых импульсов, выполненные по одной из известных схем. Второй вход блока 16 соединен с выходом датчика 18 фазовс".о рассогласования напряжения и тока модели. Первый вход датчика 18 соединен с электрической моделью 19 резонансного контура через трансформатор 20 напряжения источника питания модели, а на второй вход датчика 18 подается сигнал, снимаемый с резистора 21, пропорциональный току, потребляемому от источника 22 питания подели. Модель 19 содержит конденсаторы 23-26 и элемент, моделирующий индуктор 27. Выход реверсирующего элемента 16 по двум каналам соединен со входами реверсивного двоично-десятичного счетчика

28, выходы которого соединены с управляющими входами интегральных ключей 29-32, установленных в цепях конденсаторов модели, и с Выхоцами цифрового сумматора 33, .выходы которого через согласукщйй элемент 34, сод ржащий токовые усилители, соединены с коммутирующими элементами (реле) 35-38, контакты 39-42 которых расположены в цепях компенси- .рующих конденсаторов силового контура I. Выход компаратора 14 соединен с первым входом синхронизатора 43, второй вход которого соединен с выходом. конечного выключателя 44. Син-. хронизатор 43 связан выходами с управляющим входом цифрового суьякатора

33, управляющими входами источника

9 питания и переключателя 13.

847529

Устройство работает следующим образом.

При поступлении очередной заготовки в индуктор конечный выключатель

44 дает команду на синхронизатор 43, который ставит переключатель 13 в положение II. .При этом стабилизация коэффициента мощности печи при малых возмущениях происходит в контуре силовой резонансный контур 1 — датчик

10 фазового рассогласования 10 управляемая индуктивность 8 в том

10 случае, если выходной сигнал датчика 10 не превышает величины опор ного напряжения на выходе задатчика 15, если же эти сигналы равны или выходной сигнал датчика 10 больше опорного напряжения, срабатывает компаратор 14, выдающий команду на синхронизатор 43 который переводит переключатель 13 в состояние I, разрывая контур регулирования в ма- 20 лом. Индуктивное сопротивление управляемой индуктивности 8, представляющей собой магнитный усилитель, работакщий в режиме дросселя насыщения, за счет заранее выбранного сигнала на обмотке смещения принимает при разрыве контура регулирования в малом значение, равное по абсолютной величине реактивному сопротивлению конденсатора 7, что Зо равнозначно отсутствию этих элементов в резонансном контуре 1, поэтому в модели 19 они не учитываются.

Модель 19 настроена в токовый резонанс соответствующим вь(бором суммарной величины емкости конденсаторов

23-26. Если разомкнутое состояние ключей 29-32 обозначить через "0", а замкнутое через "1", то при резонансе токов в модели 19 состояние ключей 29-32 описывается двоичным 40 числом А. После перевода переключателя 13 в положение 1 синхронизатор 43 с выдержкой времени, необходимой для запоминания выходного сигнала датчика 10 на конденсаторе 17, выключает источник 9 питания для осуществления разряда конденсаторов

3-6. На входе реверсирующего устрой.ства 16 сравниваются выходные сигналы датчиков 10 и 18. Реверсирующее устройство 16 в зависимости от знака сумьы этих сигналов выбирает направление счета реверсивного счетчика

28 и выдает тактовые импульсы на его счетный вход. В результате изменения состояния выхода счетчика 28 при помощи электронных ключей 29-32 производится перекоммутация конденсаторов 23-26 в функции разности выходных сигналов датчиков 10 и 18.

Модель 19 выводится из состояния то- Я} кового резонанса эа счет изменения суммарной емкости конденсаторов

23-26. При достижении равенства абсолютных величин выходных сигналов датчиков 10 и 28 процесс счвта в счетчике 28 останавливается, причем на выходе счетчика 28 имеется двоичное число В. Так как конденсаторы 23-26 подобраны так, что каждые два соседних состояния. выхода счетчика 28 соответствуют приращениюд С суммарной емкости, то в результате процесса перенастройки модели суммарная емкость конденсаторон

23-26 меняется на величину, равную (A-В)х а С. Следовательно, для настройки силового контура 1 в токовый резонанс необходимо, чтобы суммарная емкость конденсаторов 3-6 была равна величине Кк б,С к (2А-В), где

K — коэФФициент подобия между 1 и 19.

Емкость конденсаторов 3-6 пропорциональна емкости конденсаторов 2326, с коэффициентом К, следовательно достаточно перевести контакты

39-42 в состояние 2А-В, чтобы выполнить поставленную задачу. После выдержки времени, необходимой для разрядки конденсаторов 3-6, синхронизатор 43 дает команду на цифровой сумматор 33, который осуществляет сдвиг числа 2А на величину В, соответственно происходит переключение реле 35-38, которые перекоммутируют свои контакты 39-42. После этого включается источник 9 питания, а ключ 13 возвращается в состояние "1", вновь замыкая контур регулирования в малом.

При новом превышении выходным сигналом датчика 10 величины опорного напряжения устройство вновь осу ществляет все операции в, выше описанной последовательности.

Применение устройства автоматического регулирования коэффициента мощности индукционной печи позволяет не только экономить дефицитную электроэнергию за счет сокращения времени перенастройки силового резонансного контура в переходных режимах нагрева, но за счет исключения излишних коммутаций контура питания индуктора при перенастройке силового резонансного контура повысить качество. нагрева заготовок и срок службы установки, а также обеспечить работу автоматической системы управления процессом нагрева. Пока выходной сигнал датчика фазового рассогласования напряжения и тока силового источника не превышает выходного сигнала датчика опорного напряжения, процесс стабилизации соs Ч осуществляется в замкнутой системе силовой резонансный контур - датчик фазового рассогласования напряжения и тока силового источника - управляемая индуктивность. При этом с высоким быстродействием (i 10 с) и точностью до

1% компенсируются малые возмущения (не более 5%). Когда же выходной сигнал датчика фазового рассогласования напряжения и тока силового источника

847529

Формула изобретения превышает величину опорного напряже. ния, что бывает при больших возмущениях (> 5%), устройство автоматически настраивает силовой контур в токовый резонанс с помощью изменения суммарной величины емкости компенсирующих конденсаторов путем их перекоммутации, причем перекоммутация ос ществляется при однократном отключении силового источника питания индук тора, причем .процесс поиска величины емкости на модели идет одновременно и заканчивается ранее пРоцесса разрядки компенсирующих конденсатоpoS .перед их перекоммутацией. Поэтому время настройки контура будет минимальным и ограничивается только временем разряда и коммутации. Все это повышает производительность уста новки и ее надежность.

Индукционная установка, содержащая источник питания и подключенный к нему индуктор, параллельно которому подключена по меньшей мере одна цепочка из последовательно соединенных компенсирующего конденсатора и силового контакта коммутирующего элемента и цепочка из дополнительного компенсирующего конденсатора с регулируемой индуктивностью, датчики тока и напряжения источника питания, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования фазы напряжения и тока источника пи. тания, выход датчика рассогласования подключен ко входу интегрального переключателя, первый выход которого соединен с одной из обкладок запоминающего конденсатора, вторая обкладка. которого заземлена, электрическую модель установки, содержащую модель источника питания, подключенную к ней модель индуктора, параллельно которой подключены цепочки из последовательно соединенных моделей компенсирующих конденсаторов и интегральных ключей модели, причем .число цепочек равно числу цепочек установки, датчики тока и напряжения источника питания модели, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования модели, при этом управляющий вход каждого коммутирующего элемента через согласующий элемент связан с соответствующим выу- ходом цифрового сумматора, каждый вход которого по числу коммутирующих элементов соединен с управлякщим входом соответствующего интегрального ключа модели .и выходом реверсив, ного двоично-десятичного счетчика, а управляющий вход цифрового сумматора.соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого связан с управляющим входом источника питания, а третий — с управляющим входом интегрального переключателя, отличающаяся тем, что, с целью упрощения установки, увелиЯ чения ее надежности путем разделения каналов регулирования при различных возмущениях, установка снабжена компаратором-, первых вход которого соединен со вторым выходом интегральнор5 ro переключателя и управляющим входом регулируемой индуктивности, второй c задатчиком опорного напряжения, а выход — с первым входом синхронизатора, ко второму входу которого подключен выход конечного:выключателя, и реверсирующим элементом, выполненным, например, в виде нуль-органа И гене .ратора тактовых импульсов, к первому входу которого подключен второй выход интегрального переключателя, ко второму — выход датчика рассогласования модели, а два его выхода соединены со входами указанного реверсивного счетчика.

Источники информации, 40 принятые.во внимание при экспертизе 1. Патент США У 4055740, кл. 219-10.75, 1978.

2. Гитгарц Д.A., Иоффе Ю.С. Новые источники питания и автоматика ин:щ дукцирнных установок для нагрева и плавки..ГЭИ, 1972, с. 20-28.

3. Авторское свидетельство СССР по .заявке 9 2800358/07, кл.. Н. 05 В 5/06, 1979.

847529

Редактор 0. Петрушко

Составитель Ю. Турпак

Техред А.Ач Корректор.Ю. Макаренко

Заказ 5530/86 Тираи 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, %-35; Рауюская йаб., д. 4/5 р« 4 юа Ю

Филиал ОПП "Патент", г. Уигорсд, ул . Проектная, 4