Индукционная плавильная установка Советский патент 1985 года по МПК H05B6/06 

2.Установка по п. 1, о т л ичающаяся тем, что блок автоподстройки вьшолнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, сигнальный вход которого служит первым входом, управляющий вход - вторьм входом, а выход - выходсм блока автоподстройки. 3.Установка по п. 1, о т л ичающая ся тем, что блок авто4подстройки частоты содержит блок сравнения, задатчик и датчик фазы, к первому входу которого подключен выход задающего генератора, а второй служит первым входом блока автоподстройки частоты, вторым входом которого служит вход задатчика фазы, а выходом - выход блока сравнения, ко входам которого подключены выходы датчика и задатчика фазы.

1. ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирзгющими конденсаторами, образующими с ними резона«сные контуры, и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе, отличающаяся тем, что, с целью повыпения производительности установки, она снабжена датчиками напряжения каждой катущки, коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и блоком автоподстройки частоты, выходы датчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первому входу блока сравнения и сигнальному входу блока автоподстройки частоты, к выходу которого подключен управлянмций вход задающего генератора, а к управляющему входу - выход (Л блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения, связанного управляющим входом с выходом генератора низкой частоты и счетньм входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов, причем резонансные контуры настроены на различные частоты. 4 сл 4 со 4

Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам для управления тепловьм и гидродина мическим режимом ИНДУКЦИОННЫХ установок для плавки, перемешивания или транспортировки жидкого .металла. Известны индукционные установки, содержащие источник питания повышенной частоты и многофазный индуктор, многофазный источник питания низкой частоты, а также дополнительный индуктор, причем источник питания повьшюнной частоты подключен к допол нительному (греющему) индуктору, а многофазный источник питания подключен к многофазному индуктору Ш . Во втором варианте устройства ин дуктор один, но имеется силовой коммутатор, предназначенный для периодического подключения источников высокой и низкой частоты к индуктору Недостатки этих устройств - сложность схемы и конструкции, связанная с необходимостью двух источников питания - для нагрева и перемешивания металла, а также узость функциональных возможностей, обусловленная нерегулируемостью параметров техпроцесса. « Известна также индукционная установка, содержащая многофазный источник питания и многофазный индуктор 2 . Однако в данной установке и нагрев и перемещение металла осуществляются полем одной частоты, что исклочает раздельное регулирование температуры и скорости перемещения и, следовательно, ограничивает функциональные,возможности устройства. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является индукционная плавильная установка, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры, и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе 3j . Недостатком известной установки является низкая производительность, связанная с тем, что операции плавки и перемешивание не совмещены по времени. Кроме того, в ней невозможно одновременное раздельное регулирование плавки и перемешивание расплава. Цель изобретения - повышение .производительности установки. Поставленная цель достигается тем, что индукционная плавильная установка, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контурЫуИ подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе, снабжена датчиками напряжения каждой катушки, коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава .на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и блоком автоподстройки частоты, выходы датчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первьм входам блока сравнения и блока автоподстройки частоты, к выходу которо3

го подключен управляющий вход задающего генератора, а к второму .входувькод блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения, связанного входом с выходом генератора низкой частоты и входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов, причем резонансные контуры настроены на различные частоты.

Кроме того, блок автоподстройки может быть выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, сигнальный вход которого служит первым входом, управлякяций вход вторьм входом, а выход - выходом блока автоподстройки.

Блок автоподстройки может также содержать блок сравнения, задатчик и датчик фазы, к первому входу которого подключен выход задающего генератора, а второй служит первым входом блока автоподстройки частоты, вторым входом которого служит вход задатчика фазы, а выходом - выход блока сравнения, ко входам которого подключены вькодд 1 датчика и задатчика фазы. I

На фиг. 1 показана установка,

блок-схема; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, на фиг. 3 и фиг. 4 - два варианта вьтолнения установки, блок-схемы.

На графиках фиг. 2 показаны зависимости амплитуды напряжения повышенной частоты катушек U, 1/4, Ug от частоты выходного напряжения преобразователя частоты f, график.изменения частоты f во времени t, а также временные диаграммы выходных напряжений генератора низкой частоты Ц.; задатчика напряжения U(g, напряжений катушек U, 1)4, U и давлений сжатия расплава Р,, , Р, Р в зонах, где расШлав охвачен катушками соответствующих фаз.

Источник питания вьтолнен- в виде статического преобразователя 1, многофазный индуктор 2, фазные катушки которого 3-5 соединены с компенсирующими конденсаторами 6-8 и подк.пючены к источнику 1 . В случае использования в качестве источника 1 инвертора тока фазные катуити 3-5 соединены последовательно между со - бой и зашунтированы компенсирующими конденсаторами 6-8. Если исполь454944 .

зуется инвертор напряжения, возможно параллельное подключение к выходу инвертора последовательных резонансных контуров, образованных катушкае ми и компенсирующими конденсаторами. Вход управляемого генератора 11 низкой частоты подключен к задатчикуЮ скорости движения расплава, а выход - к счетному входу распределителя 12 импульсов и управляющему входу задатчика 18 напряжения, выходы распределителя 12 импульсов соединены с управляющими входами коммутатора каналов 13, сигнальные входы которого

5 через датчики напряжения 14-16 связаны с катумками 3-5 индуктора 2, а выход соединен с сигнальным входом блока 17 автоподстройки частоты и входом сравнивающего устройства 19,

0 выход блока автоподстройки частоты 17 соединен со входом задающего генератора 9, а выход сравнивающего устройства 19 подключен к управляющему входу блока автоподстройки частоты 17.

В первом варианте (фиг. 3) блок автоподстройки частоты 17 содержит блок 20 сравнения, задатчик фазы 21 и датчик фазы 22, первьй вход измерителя фазы связан с выходом задающего генератора 9, второй служит входом блока 17 автоподстройки частоты, а выход подключен ко входу сравнивающего устройства 20, второй

5 выход которого связан с выходом задатчика фазы 21, а выход является выходом блока автоподстройки частоты 17 и связан со входом управления частотой задающего генератора 9.

Во втором варианте (фиг. 4-)

блок 17 автоподстройки частоты содержит управляемое фазосдвигакицее устройство 23, управляющий вход которого связан с выходом сравнивающего

5 устройства 19, а выход связан со входом задающего генератора 9. Конкретное схемное и конструктивное исполнение блоков устройства может быть следуюии м.

В качестве блока 1 используется инвертор резонансного типа с обратными диодами. Задающий генератор 9 может быть выполнен по схеме мультивибратора на однопереходном транзис|Торе, .сопротивленне хронирующей цепи которого выполнено в виде транзистора, базовая цепь которого служит вхоS1дом для з равления частотой. Мультивибратор имеет также вход внешней синхронизации, подключенный к эмиттеру однопереходного транзистора. За датчик скорости движения расплава 10 стабилизатор постоянного напряжения с делителем напряжения на выходе. Блок 11 - управляемый по частоте мультивибратор. Блок 12 выполнен в виде кольцевого счетчика, блок 13 состоит из тран зистброа по числу каналов, блоки 1416 - трансформаторы напряжения. Блок 17 в первом варианте содержит измеритель фазы 22 по схеме фазометр или фазовый детектор, задатчик постоянного сигнала 21. Блоки сравнения 19 и 20 выполнены на операционных усилителях, причем вычитакщий вход устройства 19 снабжен вьтрямителем. Во втором варианте блок 17 выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, представляющего из себя схему задержки со входом управления величиной задержки. Блок 18 выполнен в виде автогенератора синусоидальных колебаний с цепью автоподстройки частоты под час тоту импульсов блока 11 и выпрямителе на выходе. Установка работает следующим образом. Задакиций генератор 9 вырабатьшае импульс с частотой и фазой, определяемой сигналом блока 17. Частота выходного тока (напряжения) источника 1- задана частотой импульсов задающего генератора 9. При отсутствии сигнала с блока 19 сравнения под действием сигнала с блока 17 пр исходит автоматическая настройка источника 1 на резонансную частоту резонансного контура, образованного катушкой и конденсатором, датчик на ряжения которой связан с блоком 17 коммутатором 13. На второй вход блока 17 (фиг. 3) постоянно поступают импульсы задающего генератора 9, несущие информацию о фазе выходного тока источника 1. Сигнал разности фаз напряжени и тока с выхода блока 22 в блоке 20 сравнивается с сигналом от задатчик фазы 21 и разностный сигнал воздействует на частоту f задающего гене ратора 9, в результате чего происходит настройка источника 1 на част 46 ту, соответствующую заданному фазовому углу. При заданном фазовом угле, равном нулю, происходит подстройка на резонансную частоту соответствующего контура. Подстройка на заданный сдвиг фаз (фиг. 4) происходит путем синхрони1зации импульсов задающего генератора 9 с -импульсами блока 23, полученными сдвигом сигнала U напряжения на фазной катушке (например U) на некоторую фазу, пропорциональную сигналу блока 19. При изменении сигнала с блока 19 происходит пропорциональное изменение сдвига фаз между выходным током источника и напряжением на резонанс ном контуре, с которым связан блок 17 автоподстройки частоты и соответствукицее изменение амплитуды напряжения повышенной частоты на фазной катушке . При переключении каналом коммутатора происходит поочередная подстройка на заданный сдвиг фаз в различных катушках индуктора, причем необходимый период подстройки, соответствующий порядку расположения катушек 3-5 вдоль оси индуктора в пространстве, обеспечивается работой пересчетной схемы 12, а период переключений Тнц заДан периодом генерации генератора 11 числом фаз. Таким образом, происходит поочередное возбуждение электромагнитного поля повьш1ения частоты в зонах катушек с одновременным регулированием амплитуды напряженности магнитного поля по сигналу задатчика 18. На фиг. 2 приведены временные диаграммы циклического изменения напряжений фазных катзтиек индуктора U, и., Ug- за счет изменения частоты f источника 1. За счет электродинамического взаимодействия индуктированного в нагреваемом металле тока и магнитного поля индуктора расплавленный металл в индукторе обжимается электромагнитным полем. Создаваемые электродинамическими сигналами давления сжатия Р возрастают от поверхности расплава к оси индуктора. Давление сжатия пропорционально квадрату напряженности магнитного поля в зазоре индуктора. На фиг. 2 поклзаны временные диаграммы изменения давления сжатия расплава Р, р4 5 онах, где последний охватывается катушками различных фаз индуктора. 7 Поскольку, зоны, охватьшаемые катушками 3-5, смещены друг относител но друга в пространстве, а давление сжатия действует в зонах фазных катушёк с соответствукнцим сдвигом во времени,,область максимального давления сжатия в расплаве перемещается от одной зоны к другой, смежной с предыдущей, вызывая направленное движение расплава в индукторе за счет последовательного выталкивания расплава из одной зоны в другую. Таким образом, предлагаемое устройство управления индукционной установкой позволяет одновременно с нагревом металла полем повышенной частоты создавать направленное движение расплава. Изменяя с помощью задатчика 10 период задающего генератора низкой частоты, можно в широких пределах регулировать скорость движения расплава совершенно независимо от величины повьш1енной частоты источника 1. Модуляция амплитуды напряжения фазных катушек индуктора , U4, Uj- в течение периода Т по сигналу задатчика 18 позволяет избежать 948 ударного характера электродинамических воздействий на расплав и конструктивные элементы индукционной установки при перестройках частоты f а также регулировать среднее значение напряжения повышенной частоты, определяющее температуру расплава. Расширение функциональных возможностей обусловлено тем, что данная установка позволяет непрерьюно и независимо регулировать температуру расплава и скорость его движения. При этом повьш1енная частота выбирается в диапазоне, оптимальном с точки зрения эффективности нагрева металла, например 1-4 кГц, а период низкой частоты можно установить оптимальным для обеспечения заданной интенсивности движения расплава (единицы и десятые доли секунды). Движение расплава со скоростями 0,5-1,0 м/с существенно активизирует массообменные процессы, что сокращает длительность процессов легирования и рафинирования сплавов, повышает качество металла и стабильность его свойств.