Индукционная плавильная установка Советский патент 1984 года по МПК H05B6/08 

Изобретение относится к индукционному нагреву и может быть использовано в плавильном и литейном производстве металлургической промышленности.

Известно устройство для автоматического регулирования электрического режима индукционной установки, содержащее блоки измерения и регулирования коэффициента мощности силового колебательного контура, исполнительные элементы, дополнительный трансформатор, коммутирующие элементы, блок управления. Принцип действия устройства заключается в том, что для исключения бросков тока и включения индукционной печи на заданный коэффициент мощности печь предварительно подключают к вспомогательному питающему трансформатору с низким выходным напряжением, настраивают контур нагрузки, после чего вспомогатель.ный трансформатор отключают, а печь подключают к основному трансформатору 1.

Недостатки такого устройства заключаются в наличии дополнительного силового трансформатора и коммутирующих элементов, а также в необходимости дополнительных переключений в силовой схеме при включении и отключении устройства.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является индукционная плавильная установка, содержащая колебательный контур с блоком переключения компенсирующих конденсаторов, силовые выходы которого соединены с контакторами, коммутирующими конденсаторы, а управляющий вход - с выходом датчика фазового угла индуктора контура 2.

Устройство служит для включения индукционной печи на заданный коэффициент мощности и предотвращения перегрузок по току при последующем после слива включении печной установки. Это достигается тем, что по мере наклона печи и слива металла происходит поочередное заданное выключение секции компенсирующей батареи конденсаторов.

Данное устройство характеризуется низкой надежностью, вызванной наличием механического датчика, и недостаточной точностью, так как потребная для компенсации емкость определяется косвенным путем (углом наклона печи). Кроме того, устройство предотвращает включение печной установки на нескомпенсированный контур лишь непосредственно за сливом жидкого металла, т.е. в других режимах эксплуатации (включение после загрузки печи, включение после снятия напряжения, ошибочное включение и т. д.) не исключается включение печи с перегрузками по току, что влечет за собой срабатывание токовых защит, выбросы шихтовых материалов, уменьшение срока службы силового электротехнического оборудования даже при использовании пониженных ступеней питающего трансформатора. Если же источник питания нерегулируемый, то включение печной установки при ненастроенном контуре представляет значительную сложность из-за срабатывания токовой защиты. Выпускаемые промышленностью регуляторы АРИРС для регулирования коэффициента мощности колебательного контура печи обеспечивают поддержание электрического режима плавки только при работе печи, включение же печной установки, как правило, происходит на нескомпенсированный контур, что даже при невысоком напряжении питания

0 вызывает частое срабатывание токовой защиты, выбросы расплавленного металла при открытой крышке печи и частый выход из строя электротехнического оборудования. Цель изобретения - ускорение настройки колебательного контура.

Для достижения этой цели индукционная плавильная установка, содержащая подключенный к печному трансформатору колебательный контур с блоком переключения компенсирующих конденсаторов, силовые

Q выходы которого соединены с контакторами, коммутирующими конденсаторы, а управляющий вход - с выходом датчика фазового угла индуктора контура, снабжена импульсным возбудителем, выход которого подключен к контуру, а вход - к выходу генерато5 ра цикла, и цифровым преобразователем периода, вход которого подключен к контуру, первый выход - к первому входу блока сравнения, соединенного вторым входом со счетчиком, а тремя выходами - с первыми входами трех элементов И, к вторым

0 входам которых подключен второй выход преобразователя, причем выходы двух элементов И соединены с двумя дополнительными входами блока переключения, а выход третьего элемента И - с запрещающим входом генератора цикла. Цифровой преобразователь периода содержит последовательно соединенные нуль-орган, элемент задержки, четвертый элемент И и первый триггер, выход которого подключен к входу второго триггера, связанного выходом с вторым входом четвертого элемента И, и к первому входу пятого элемента И, связанного вторым входом с генератором наполнения, а выходом - с входом счетчика, причем входом преобразователя служит вход нуль-органа, первым выходом - выход счетчика, а вто5 рым выходом - выход второго триггера. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой установки; на фиг. 2 - схема цифрового преобразователя периода; на фиг. 3 эпюры напряжения на колебательном контуре печной установки при работе устройства.

В состав индукционной плавильной установки 1 входит печной трансформатор 2, датчики 3 и 4 тока и напряжения, индуктор 5 и компенсирующие конденсаторы 6, составляющие колебательный контур, датчик фазового угла 7, входы которого подключены к датчикам тока и напряжения, а выходы - к блоку подключения 8, управляющему испольнительными контакторами 9 коммутации компенсирующих конденсаторов печи. В состав устройства входит также генератор цикла 10, выход которого соединен с входом импульсного возбудителя 11, подключенного к колебательному контуру. К последнему подключен также цифровой преобразователь периода 12, выходы которого подключены к первым входам элементов И 13, 14 и 15 и к первому входу блока сравнения 16, ко второму входу блока сравнения подключен выход счетчика 17. Первый выход блока сравнения через элемент И 13 связан с первым дополнительным входом блока переключения 8, второй выход через элемент И 14 - с генератором цикла 10, третий выход через элемент И 15 - с вторым дополнительным входом блока переключения. Схема цифрового преобразователя включает нуль-орган 18, элемент задержки 19, четвертый элемент И 20, триггеры 21 и 22, генератор наполнения 23, пятый элемент И 24 и счетчик 25. Вход нуль-органа 18 подключей к колебательному контуру нагрузки, выход же через элемент задержки 19 - к первому входу элемента И 20. Выход элемента И 20 через первый триггер 21 подключен к второму триггеру 22 и к первому входу элемента И 24, ко второму входу которого подключен генератор наполнения 23. Выход элемента 24 подключен к счетчику 25, а выход триггера 22 соединен с вторым входом элемента И 20. Входом цифрового преобразователя периода служит вход нуль-органа 18, а выходом - выход триггера 22 и выход счетчика 25. Устройство работает следующим образом. Непосредственно перед включением печного трансформатора 2 подается команда «Пуск на включение генератора цикла 10, который с некоторой частотой 1/Т цикла начинает подавать сигналы на включение импульсного возбудителя 11. При срабатывании импульсного возбудителя, например, включающего источник напряжения, накопительный конденсатор, разрядный тиристор и ограничительный дроссель, предварительно заряженный конденсатор подключается с помощью разрядного тиристора к колебательному контуру нагрузки и в нем возбуждаются затухающие колебания с некоторой частотой 1/Т. Напряжение контура поступает на вход цифрового преобразователя периода 12. На выходе цифрового преобразователя в каждом цикле работы устройства записывается число в двоичном коде, пропорциональное периоду свободных колебаний нагрузки Tj, Т г и Тз. На выходе счетчика 17 при пуске устнг новочным импульсом записывается число в двоичном коде, пропорциональное периоду напряжения сети Тсети В блоке сравнения 16 эти величины сравниваются, причем блок Сравнения построен таким образом, что при равенстве входных величин () появляется сигнал на втором ее выходе. Если первое число А больще второго Б, т.е. период собственных колебаний контура индукционной печи больще периода напряжения сети, сигнал появляется на первом выходе, а если А меньше Б, то сигнал появляется на третьем выходе. Далее сигнал с первого выхеда блока сравнения при наличии сигнала «Счет через элемент И 13 поступает на первый вход блока переключения 8, который путем воздействия на исполнительные контакторы 9 отключает единичную секцию компенсирующей конденсаторной батареи. Сигнал с третьего выхода блока сравнения при наличии сигнала «Счет через элемент И 15 поступает на второй вход блока переключения 8, который путем воздействия на исполнительные контакторы подключает единичную секцию компенсирующей конденсаторной батареи. Эпюры напряжения колебательного контура нагрузки на фиг. 3 иллюстрируют трехкратное срабатывание устройства, причем при первых двух срабатываниях выходной сигнал появляется на третьем выходе блока сравнения, вызывая подключение единичной секции компенсирующей конденсаторной батареи. При этом период свободных колебаний контура увеличивается. Предположим, что при третьем цикле работы устройства период свободных колебаний контура нагрузки Тз стает равным периоду напряжения сети Тсети . тогда в конце цикла сигнал появляется на втором выходе блока сравнения и при наличии сигнала «Счет через элемент И 14 сигнал поступает на генератор цикла 10, запрещая дальнейщую работу устройства,. Этим же сигналом может быть подано разрешение на включение линейного коммутационного аппарата (на фиг. 1 не показанного) . Включение производится на настроенный в резонанс силовой колебательный контур, поэтому исключаются токовые перегрузки, срабатывания защиты и т.д. Цифровой преобразователь периода работает следующим образом.. При каждом срабатывании импульсного возбудителя 11 в контуре нагрузки возбуждаются затухающие свободные колебания с периодом Т. Напряжение с контура поступает на нуль-орган 18, на выходе которого формируются импульсы в момент перехода напряжения через нулевые значения. Первый импульс нуль-органа, соответствующий переходу напряжения на контуре нагрузки от положительного значения к отрицательному через элемент задержки 19, исключающий ложное срабатывание нуль-органа в момент скачкообразного появления напряжения на контуре нагрузки, и элемент И 20, на втором входе которого записан единичный сигнал, поступает на вход счетного триггера 21 и перебрасывает его. На инверсном выходе триггера 22 появляется единичныи сигнал, который, поступая на первый вход элемента И 24, дает разрешение на поступление импульсов наполнения с генератора 23 в счетчик 25. При поступлении на вход триггера 21 второго по счету импульса, соответствующего переходу напряжения на контуре от отрицательного значения к положительному, триггер возвращается в исходное состояние, появившийся на его выходе нулевой сигнал дает запрет на прохождение через элемент И 24 импульсов с выхода генератора 22 на вход счетчика 25. Одновременно с этим срабатывает триггер 22 и дает запрет на прохождение импульсов с нульоргана 18 через элемент И 20. Таким образом, после каждого срабатывания импульсного возбудителя 11 на выходе цифрового преобразователя периода (выход счетчика 25) записывается число в двоичном коде, пропорциональное периоду свободных колебаний контура нагрузки. Следует также отметить, что перед каждым циклом работы устройства элементы 21 к 22 должны быть приведены в исходное состояние, указанное на фиг. 2 без скобок, установочный импульс подается одновременно со срабатыванием импульсного возбудителя 11. Для измерения используется первый полный полупериод затухающих колебаний контура нагрузки, так как он дает наиболее точное представление о характере свободных колебаний этого контура. Логическая часть устройства выполнена на базе интегральных микросхем серии 511. Нуль-орган 18 собран по схеме с использованием элемента ИЛИ-НЕ, входной трансформатор нуль-органа повышающий с коэффициентом трансформации 1:10, так как затухающее напряжение на силовом контуре при срабатывании импульсного возбудителя не превышает 1 -1,2 В. При номинальном напряжении на контуре трансформатор отключается и подключается к нему только на время работы устройства (во избежание выхода из строя трансформатора). Блок сравнения 13 также выполнен на элементах серии 511 по схеме цифрового нуль-органа для поразрядного сравнения двоичных кодов. Количество сравниваемых разрядов в данной схеме выбирается в зависимости от необходимой точности настройки силового контура. В качестве блока переключения может быть использован оконечный каскад блока автоматического регулирования АРИР, серийно выпускаемый промышленность. Использование стандартного блока значительно уменьшает стоимость предлагаемого устройства при мелкосерийном изготовлении и облегчает его внедрение на практике, так как устройство работает с блоком АРИР, который поступает в комплекте с индукционной плавильной печью ИАТ-6. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет производить включение индукционной печи без токовых перегрузок, следствием которых является срабатывание силовых токоограничительных устройств, при любых возможных режимах включения печи (после загрузки, после исчезновения питающего напряжения, при ошибочном включении и т. д.) и исключает применение механического датчика с его низкой точностью и надежностью.

1. ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая подключенный к печному трансформатору колебательный контур с блоком переключения компенсирующих конденсаторов, силовые выходы которого соединены с контакторами, коммутирующими конденсаторы, a управляющий вход - с выходом датчика фазового угла иидуктора контура, отличающаяся тем, что, с целью ускорения настройки колебательного контура, установка снабжена импульсным возбудителем, выход которого подключен к контуру, a вход - к выходу генератора цикла, и цифровым преобразователем периода. вход которого подключен к контуру, первый выход - к первому входу блока сравнения, соединеннбго вторым входом со счетчиком, a тремя выходами - с первыми входами трех элементов И, к вторым входам которых подключен второй выход преобразователя, причем выходы двух элементов И соединены с двумя дополнительными входами блока переключения, a выход третьего элемента И- с запрещающим входом генератора цикла. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цифровой преобразователь периода содержит последовательно соединенные нульорган, элемент задержки, четвертый элемент И и первый триггер, выход которого подключен к входу второго триггера, связанного выходом с вторым входом четвертого элемента И, и к первому входу пятого элемента И, (Л связанного вторым входом с генератором наполнения, a выходом - с входом счетчика, причем входом преобразователя служат вход нуль-органа, первым выходом - выход счетчика, a вторым выходом - выход второго триггера. со со Од

иг.г 7f Т сети J2 lctmu Тциклд Тцикла х