Индукционная установка повышенной частоты для непрерывной варки оптического стекла

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт; свид-ву (22) Заявлено 18.09 ° 80 (21)2985228/24-07 151) М. Кд.з

Н 05 В 6/06 с присоединением заявки N (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (S3) УДК 621 ° 365 ° .52(088.8) Опубликовано 30,08.82. Бюллетень ¹32

Дата опубликования описания 30 ° 08.82 (72) Авторы изобретения

В.С.Чудновский, В.A.Äàíèëåíêo, В.С.Рысько

В.И.Мазаев, A.ß.Áàcåíêoâ, В.И.Тимошин и A (71) Заявитель (54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ВАРКИ ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА

Изобретение относится к электротермии и может быть применено в оптическом производстве при варке стекла.

Известна индукционная установка, содержащая несколько резонансных колебательных контуров, переключающий механизм для последовательного выбора одной или нескольких нагрузок, схему синхронизации включения, схему запуска для выбранной нагрузки, подключающую схему для подсрединения выбранной нагрузки к выходным. зажимам инвертора fl) .

Недостатками известного устройства являются дискретная подача мощности и связанные с этим отрицательные явления.

Наиболее близкая к предлагаемой индукци9нная установка повышенной частоты для непрерывной варки оптического стекла содержит загрузочный, осветляющий и раздаточный тигли, индукторы которых включены во входной и выходной параллельные колебательные контуры с добротностью равной 5-10 и собственными резонансными частотами, различающимися на 5-10Ъ,статический преобразователь частоты, выполненный в виде последовательно соединенных выпрямителя и блока управ ления и подключенный выходом к обоим контурам инвертора, снабженного задающим генератором с .управляющим и корректирующим входами и блоком стабилизации угла запирания инвертора, и, по меньшей мере, два регулятора температуры расплава в тиглях с датчиками и задатчиками температуры.

Установка работает в режиме широтно-импульсной модуляции тока нагру3оК таким образом, что часть периода модуляции напряжение подается на один индуктор, а остальную часть на другой. Регулирование мощности производится путем изменения продолжительности включения инвертора на

20 данную нагрузку (2) .

Недостатки указанного устройства обусловлены сложностью конструкции преобразователя частоты, невозможностью применения серийно выпускаемых преобразователей для питания нескольких нагрузок с независимым регулированием мощности. Кроме того, дискретная подача мощности в каждую нагрузку снижает точность регулирования температуры рас955525 плана, так как при отключении мощности расплав" остывает, а при включении — нагревается и даже при весьма точном поддержании среднего значения температуры максимальные отклонения мгновенных значений достигают значительной величины. Это снижает качество продукции, в частности при варке стекла ухудшается его качество, и стойкость тигля за счет повышенного растворения платины при повышенных значениях температуры. Динамические механические нагрузки, возникающие при коммутации мощности н индукторе, деформируют тигель и также снимают его стойкость.15

Цель изобретения — повышение качества ныпланляемого оптического стекла и увеличение стойкости тиглей.

Для достижения указанной цели установка снабжена корректирующей 26 цепочкой из последовательно соединенных датчика напряжения, преббразонателя постоянного напряжения.н переменное, усилителя и фильтра, начало которой подключено между ныпря- 25 мителем и иннертором, а конец — к корректирующему входу задающего Генератора, цепочкой нз последонательно соединенных первого днухнходоно- . го суммирующего элемента, подключен-. 3() ного одним из входов к задатчику напряжения, и ограничителей верхнего уровня напряжения и нижнего уровня напряжения, начало которой соединено „ с выходом регулятора температуры эа- 35 грузочного тигля, а конец — с входом блока управления выпрямителя, цепочкой из последовательного соединенных второго днухнходового суммирующего элемента, подключенного одним из нходон к задатчику частоты, и ограничителей нерхнего уровня частоты и нижнего уровня частоты, начало которой подключено к выходу регулятора температуры раздаточного тигля, а конец — к первому входу дискриминатора, к выходу которого подключен управляющий вход задающего генератора, а к второму входу — выход бло" ка стабилизации угла, подключеннсгО входом параллельно ныходйому колебательному контуру, при"этом в выходной колебательный контур включены последовательно соединенные через управляемый двухканальный двухдиапазонный коммутатор индукторы оснет- 55 ляющего и раздаточного тигля, во входной контур — индуктор загрузочного тигля, оба колебательных конту ра соединены последовательно, а па.— раллельно им включен коммутирующий gg конденсатор.

На чертеже изображена блок-схема установки.

Установка содержит выпрямитель 1 с блоком 2 управления, инвертор 3, управляемый задающий генератор 4 с управляющим и корректирующим входами 5 и 6, коммутирующий. конденсатор

7, загрузочный тигель 8, снабженный входным колебательным контуром 910, осветляющий .11.и раздаточный

12 тигли, снабженные.вйходным колебательным контуром 13-14-15, двухпозиционный коммутатор, состоящий из двух каналов 16 и .17 коммутации с блоком 18 управления датчиками 19 и 20 температуры расплава, регулирующий прибор 21, регуляторы 22 и

23 температуры, задатчики 24 и 25 температуры, суммирующие элементы

2п и 27 задатчики Напряжения 28 и начальной частоты 29, ограничители верхнего 30 и нижнего 31 урозней напряжения и верхнего 32 и нижнего

33 уровней частоты, дискриминатор

34 уровня сигнала с двумя входами

35 и 36, блок 37 стабилизации угла запирания инвертора, датчик 38 напряжения, преобразователь 39 постоянного напряжения н переменное, усилитель 40 и фильтр 41.

Преобразователь постоннного напряжения в переменное, модулированное по амплитуде напряжением датчика 38, может быть выполнЕн по схеме типового транзисторного мультивибратора, генератора Ройера и других электронных антогенераторов. Фильтр 41 представляет собой Rt--фильтр высоких частот и предназначен для фильтрации высокочастотных полей от инвертора

3 на входе задающего генератора 4.

Блок 37 стабилизации угла запирания инвертора может быть выполнен по различным схемам измерения и компенсации фазового угла нагрузки за счет изменения рабочей частоты инвертора. В качестве регуляторов 22 и 23 могут быть использованы любые электронные регуляторы температуры, например BPT-2. Задающий генератор 4 представляет собой генератор релаксационных колебаний с двумя входами, например мультивибратор. Технологический процесс непрерывной варки стекла состоит их трех этапов: выводки, осветления и выработки.

На первом этапе (выводка) во нсе три платиновых тигля загружается шихта и нагревается благодаря теплопередаче от стенок тигля до расплавления. При. этом мощность, по даваемая н каждый тигель,"должна быть максимальной, а.точность под:держания температуры не регламентируется. Продолжительность выводки составляет 5-8 ч в зависимости от объема тиглей, сортамента и других

Факторов.

На втором этапе (осветление) расплав выдерживается при заданной

955525 температуре и интенсивно перемешивается специальными мешалками, погружаемыми в него. Продолжительность осветления составляет 15-20 ч. На. этом этапе необходимо поддерживать. одинаковую и постоянную температуру во всех .тиглях с высокой точностью путем изменения мощности в каждом индукторе.

На третьем этапе (выработка) начинается слив стекла в спЕциальные формы. Слив производится непрерывно из раздаточного тигля, при этом температура расплава в тигле должна быть предварительно понижена по технологическим соображениям путем снижения, мощности в индукторе и поддерживаться с высокой точностью. При сливе из раздаточного тигля расплав перетекает из осветляющего в раздаточный - и из загрузочного в осветляющий тигли, а в загрузочный тигель добавляется шихта, что представляет собой стационар ный процесс непрерывной варки, который протекает круглосуточно в течение

30-60 сут . Температура расплава во. всех тиглях на этом этапе должна поддерживаться постоянной, но различной..Заданные значения температур в тиглях определяются технологическими соображениями. Необходимая точность поцдержания температуры в раздаточном тигле выше, чем. в загрузочном .и осветляющем тиглях. .I

Мощность в индукторе при малых отклонениях температуры зависит от величины напряжения, частоты тока, подводимого к индуктору, и конструктивных параметров индуктора, например от числа его витков.

Большинство промышленных индукционных установок, в том числе и установки для варки стекла, имеют добротнос зь нагрузочного колеба-. тельного контура в пределах

Q = = 5-10

VL р Г где ь — рабочая частота;R . L --..эквивалентные параметры нагрузки.

При таких значениях добротности параллельный колебательный контур имеет крутые резонансные частотные характеристики и при изменении рабочей частоты на 2-5Ъ от резонансной мощности в контуре изменяется в 5-10 раз.

Мощность, потребляемая индуктором при нагреве немагнитных материалов, например платины, пропор.циональна квадрату напряжения на индукторе.(при постоянной частоте).

Таким образом, при одновременном изменении рабочей частоты инвертора и его выходного напряжения, а также изменении соотношения числа витков в индукторах, подключенных к выходу преобразова,теля, необходимо обеспечить устойчивость его работы как в статических, так и в переходных режимах.

Для реализации перечисленных требований необходимо соответствующее подключение емкостей 7, 10 и

15 и индукторов 9, 13 и 14. Емкость

10 компенсирует индуктивную состав1О ляющую тока в индукторе 9 и образует с ним входной параллельный колебательный контур 9-10. Емкость 15 компенсирует индуктивную составляющую тока в двух последовательно. !

5 включенных индукторах 13 и 14 и образует с ними выходной параллельный колебательный контур 13-14-15.

Резонансные частоты контуров определяются величиной емкостей 10 и 15, () которые выбирают таким образом, что- бы резонансные частоты обоих контуров отличались на.5-103, причем резонансная частота входного контура должна быть выше частоты выходного.

75 Емкость 7 предназначена для обеспечения устойчивости инвертора при изменении частоты и подбирается при настройке инвертора. Устойчивая работа параллельного инвертора может

ЗО быть обеспечена только в указанном выше диапазоне параметров нагрузки, так как при меньших добротностях контура нельзя обеспечйть достаточный диапазон регулирования мощности, З5 а при большем различии резонансных частот при любых значениях емкости 7 невозможно обеспечить устойчивость инвертора при регулировании частоты

При первоначальном включении Пре-, 4О образователя Регуляторы 22 и 23 тем-. пературы и корректирующая цепь 38-.

39-40-41 отключены и выходное напряжение выпрямителя. 1 через блок 2 .управления определяется задатчиком

28 напряжения. Необходимый диапазон изменения напряжения выпрямителя устанавливается ограничителями верхнего 30 и нижнего. 31 уровней напряжения. Рабочая частота инвертора в начальный момент пуска определяет5О ся задатчиком 29 частоты, а в конце пускового процесса †.блоком 37 стабилизации угла запирания инвертора, так как в момент пуска напряжение на нагрузочном контуре 13-14-15 ма.55 ло и дискриминатор пропускает на выход сигнал с входа 35, а при возрастании напряжения на контуре на выход дискриминатора проходит напряжение с входа 36. Блок 37 автомати60 чески устанавливает частоту инвертора несколько выше резонансной частоты выходного контура 13-14-15. Начальная частота, задаваемая блоком

- 29, всегда ниже конечной пусковой

65 частоты, определяемой блоком 37.

955525

Установка работает следующим образом.

После запуска инвертора автоматически включаются регуляторы 22 и 23 и цепь коррекции 38-39-40-41.. После включения регуляторы 22 и 23 выдают максимальные рассогласования, так как температура шихты н тиглях 8 и 12 максимально отличается от заданной задатчиками 24 и 25. При этом напряжение с выхода регулятора 22 суммируется с напряжениями эа датчика 28 и блока 2 управления, обеспечивая максимальное напряжение на выходе выпрямителя 1. Аналогично регулятор 23 ноздействует на задающий генератор 4 через дискриминатор 34, так как напряжение на входе 35 после включения регулятора

23 становится. больше, чем на входе

36. Рабочая частота инвертора при этом повышается до значения, обеспечивающего максимальную мощность в контуре 13-14-15, а в контуре 9-10 мощность при этом понижается, Коммутаторы 16 и 17 посредством блока 18 управления устанавливаются н положение, соответствующее одинаковому количеству витков в индукторах 13 и 14, и мощность между ними распределяется равномерно.

В тиглях 8, 11 и 12 начинается первый этап технологического процесса (выводка), причем температура . н тиглях 11 и 12 поднимается быстрее, чем в тигле 8, так как контур

13-14-15 работает на максимальной мощности„ a контур 9-10 — на пониженной. После расплавления шихты и достижения температурой расплава н тиглях 11 и 12 заданного значения рассогласование на выходе регулятора

23 уменьшается, рабочая частота инвертора при этом снижается и умень- . шается мощность, потребляемая контуром 13-14-15, а мощность н контуре

9-10 увеличивается и температура расплава н тигле 8 достигает заданного значения.

На втором этапе технологического процесса (осветление) регуляторы 22 и 23 поддерживают заданную температуру расплава но всех трех тйглях.

Вследствие того, что конструктивные параметры тиглей 11.и 12 и индукторон 13 и 14 одинаковы, то температуры расплавон н них отличаются незначительно. Температура н тигле 11 контролируется регистрирующим прибором 21.

Карректирующая цепь 38-39-40-41 предназначена для улучшения динамики регулирования и повышения точности системы регулирования температуры.

При изменении напряжения выпрямителя путем воздействия на задающий генератор 4 через корректирующий вход

6 изменяется рабочая частота кивер.. тора, причем увеличение напряжения выпрямителя 1 приводит к уменьшению рабочей частоты инвертора 3 и наоборот. Это компенсирует влияние контура 9-10 на контур 13-14-15 н процессе регулирования, обеспечивает положительную обратную связь для входного контура и отрицательнуюдля выходного и позволяет уменьшить о динамические отклонения температуры и колебательность переходных процессов.

На третьем этапе технологического процесса (выработка).посредством

15.блока 18 управления коммутаторы 16 и 17.ïåðåêëþ÷àþòñÿ и изменяют соотношение витков в индукторах 13 и 14 таким образом, что в индукторе 13 витков становится больше, чем в индукЩ торе 14. Мощность между индукторами при этом распределяется и в индуктоape 13 выделяется большая мощность, чем в индукторе 14, Одновременно снижается уставка задатчика 25

25 температуры, расплав н тигле 12 при этом остывает до заданной температуры, а в тигле 11 остается на прежнем уровне.

В период выработки температура расплава в тиглях 8 и 12 поддерживается регуляторами с высокой точностью (+1-2 С), а в тигле 11 точность под- держания температуры + 3 С, что удонлетворяет предъявляемым требованиям.

Предлагаемое устройство позволяет на всех этапах технологического процесса уменьшить перерегулиронание температуры, так как регуляторы работают в непрерывном режиме и мощность источника питания изменяется плавно в небольшом диапазоне. Это улучшает качество стекла вследствие уменьшения растворения платины, потому что при повышенных температу45 рах прсцесс растворения платины в стекле усиливается. Кроме того, снижается расход платины и .увеличивается,стойкость тигля.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения изобретения составляет 50000 руб.

Формула изобретения о

Индукционная устанонка повышенной частоты для непрерывной варки оптического стекла, содержащая загрузочный, осветляющий и раздаточный тигли, индукторы которых включены во входной и выходной параллельные кОлебательные контуры с добротностью равной 5-10 и ссбственными резонансными частотами, различающимися на 5-10%, статический преобразователь частоты, выполненный н

955525

10 виде последовательно соединенных выпрямителя и блока управления и подключенный выходом к обоим контурам инвертора, снабженного задающим генератором .с управляющим и корректирующим входами и блоком стабилизации угла эапирания ннвертора, и, по меньшей мере, два ре. гулятора температуры расплава в тиглях с датчиками и задатчиками температуры,.о т л и ч а ю щ а я - lO с я тем, что, с цепью повышения качества оптического стекла и стойкости тигля, она снабжена корректирующей цепочкой из последовательно соединенных датчика напряжения, пре- !5 образователя постоянного напряжения в переменное, усилителя и фильтра, начало которой подключено между выпрямителем и инвертором, а конец— к корректирующему входу задающего 7п генератора, цепочкой иэ последовательно соединенных первого двухвходового суммирующего элемента, подключенного одним из входов к эадатчику напряжения, и ограничителей верх- 25 него уровня напряжения и нижнего уровня напряжения, начало которой соединено с выходом регулятора температуры загрузочного тигля, а конец - c входом блока управления выпря-щ мителя, цепочкой иэ последовательно ,соединенных второго двухвходового суммирующего элемента, подключенного одним из входов к эадатчику частоты, и огРаничителей верхнего уРов-. 35 ня частоты и нижнего уровня частоты, начало которой подключено к выходу регулятора. температуры раздаточного тигля, а конец - к первому входу дискриминатора, выход которого соединен с управляющим входом задающего генератора, а второй вход — с выходом блока стабилизации угла инвертора, вход которого подключен параллельно выходному колебательному контуру, при этом в выходной колебательный контур включены последовательно соединенные через управляемый двухканальный двухдиапазонный коммутатор индукторы осветляющего и раздаточного. тигля, во входной колебательный контур — индуктор загрузочного тигля, оба колебательных контура соединены последовательно, а параллельно им включен коммутирующий конденсатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 9 51-28134, кл. H 02 М 7/515, 1976.

2. Агеев В.И., Барашев В.В. Преобразователь частоты для питания индукционных установок направленной кристаллизации. Тезисы докладов fll

Всесоюзной научно-тЕхнической конференции Применение в технологических процессах машиностроительного производства полупроводниковых преобразователей частоты . М., 1980.

955525

Составитель О.Турпак

Техред М. Гергель КорректорЮ.Макаренко

Редактор A.Огар г.

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

Заказ 6476/77 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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