Способ регулирования электрического режима индукционной электротермической установки Советский патент 1992 года по МПК H05B6/06 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано при индукционном нагреве и плавке.

Цель изобретения - повышения устойчивости и точности регулирования.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства,реализующая предлагаемый способ управления электрическим режимом индукционной установки; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняю- щие принцип действия устройства;на фиг.З - зависимости мощности нагрузки и интеграла напряжения на нагрузке от рабочей частоты преобразователя.

Устройство для реализации способа ре- гулирования электрического режима индукционной установки образовано статически преобразователем частоты, выполненным по схеме последовательного инвертора, содержащего мост 1, плечи которого образова- ны встречно-параллельными вентильными парами (тиристор-диод) 2 и 3, 4 и 5, б и 7, 8 и 9, диагональ переменного тока которого содержит последовательную коммутирующую цепочку из конденсатора 10 и дросселя 11, а диагональ постоянного тока образована последовательной цепочкой из фильтрового конденсатора 12 и нагрузочного колебательного контура 13, подключенный через входной дроссель 14 к источнику постоян- ного напряжения 15.

Во входную цепь моста 1 включена первичная обмотка датчика 16 тока, вторичная обмотка которого зашунтирована резистором 17 и подключена к входу мостового вы- прямителя 18, выход последнего соединен с входом триггера Шмитта 19.

Параллельно нагрузочному колебательному контуру 13 подключена первичная обмотка датчика 20 напряжения, вторичная обмотка которого зашунтирована резистором 21 и подключена одним выводом через аналоговый ключ 22 и резистор 23 к одному из входов интегратора 24, который через конденсатор 25 связан с входом интеграто- ра 24, а другой вход интегратора 24 связан с другим выводом вторичной обмотки датчика 20 напряжения. К общей точке соединения резистора 23, конденсатора 25 и входа интегратора 24 подключен через ре- зистор 26 источник опорного напряжения Un. Выход интегратора 24 зашунтирован с одним из своих входов резистором27 и подключен к генератору управляемого напряжения, который является для инвертора задающим генератором 28, выход которого подключен к формирователю 29 импульсов, выходы последнего соединены с управляющими электродами управляемых вентилей (тиристоров) инвертора 2, 4, 6 и 8. Выход

триггера Шмитта 19 подключен входу аналогового ключа 22.

Максимальное значение мощности Р, потребляемой нагрузкой, индукционной установки имеет место при амплитудном резонансе, т.е. при выполнении условия

1 т P Y J UHiHdt ,(1)

I Н о

где Тн - период колебания напряжения нагрузки;

i, UH - соответственно ток и напряжение нагрузки (контура).

Кривые, поясняющие этот режим, представлены на фиг.2а.

Максимальное значение мощности имеет место при симметричном расположении друг относительно друга периодов колебаний напряжения нагрузки Тн и собственных колебаний коммутирующего контура Т0 (фиг.2а) последовательного инвертора статического преобразователя частоты. Интеграл (1) в этом случае имеет максимальное значение, а интеграл напряжения на нагрузке равен нулю

S / UH dt 0.(2)

о

При отклонении частоты инвертирования последовательного инвертора f от значения резонасной частоты fp (фиг.За) происходит резкое снижение мощности Р и смена знака интеграла (2) (фиг.Зб). Кривая зависимости S(f) является монотонной, поэтому при организации системы с использованием величины S последняя будет устойчивой в каждой точке кривой S(f). Максимальная крутизна кривой S(f) имеет место в режиме максимальной мощности, что позволяет снизить ошибку регулирования.

Операция интегрирования требует для реализации интегратора, который в системе выполняет две функции - является элементом датчика отклонения от резонанса (отклонение от нуля величины S), а также элементом астатического регулятора, изменяющим управляющее воздействие преобразователя при наличии даже назначительного отклонения системы от режима.

Таким образом, контролируют напряжение на контуре с последующей операцией интегрирования этого напряжения в интервалах проводимости встречно-параллельных вентильных пар инвертора. Максимальная мощность соответствует равенству нулю интеграла напряжения.

При изменении мощности изменяется и интеграл напряжения.

Изменяя рабочую частоту преобразователя пропорционально полученному значению интеграла, добиваются равенства нулю последнего, что будет соответствовать максимуму мощности.

Установка работает следующим образом.

При работе инверторного моста 1 на датчике тока появляется напряжение, которое выпрямляется выпрямителем 18 (фиг.2б). Выпрямленное напряжение Ui подается на вход триггера Шмитта 19, выделяющего время работы встречно-параллельных вентильных пар инвертора (фиг.2в, Da).

Выходное напряжение IJ2 триггера Шмитта 19 управляет аналоговым ключом 22, через который на интегратор 24 подается выходное напряжение инвертора. При протекании тока вентилей инверторного моста 1 аналоговый ключ 22 открывается и выходное напряжение Уз (фиг.2г) подается на интегратор 24, в котором происходит определение коэффициента мощности нагрузочного колебательного контура 13 cos ф.

При cos выходное напряжение интегратора равно нулю. При отклонении cosy) от единицы на выходе интегратора 24 появляется напряжение, пропорциональное отклонению (знак напряжения зависит от того, на какой ветви амплитудно-частотной характеристики, фиг.За, находится частота инвертирования инвертора). Выход интегратора 24 подключен к генератору, управляемому напряжением 28, который для инвертора является задающим генератором (U/j. фиг.2 д).

На суммирующий вход интегратора 24 подается отрицательное смещение, по которому выходное напряжение смещается до

0

5

уровня, необходимого для получения средней частоты задающего генератора 28 (LM).

При работе интегратора любое отклонение cos от единицы приводит к изменению напряжения на задающем генераторе 28, что приводит к изменению его частоты, стабилизируя коэффициент мощности нагрузочного колебательного контура 13.

Так как коэффициент усиления интегратора стремится к бесконечности, то статическая ошибка регулирования стремится к нулю.

Таким образом, способ регулирования обладает повышенной устойчивостью и точностью.

Формула изобретения Способ регулирования электрического режима индукционной электротермической

установки с параллельным колебательным контуром, подключенным к статическому преобразователю частоты, выполненному по схеме последовательного инвертора со встречно-параллельными вентильными парами, при котором контролируют электрические параметры контура и регулируют мощность установки по заданному закону изменением выходной частоты инвертора, отличающийся тем, что, с целью

повышения устойчивости и точности регулирования, в качестве контролируемого параметра используют напряжение на контуре, интегрируют значение напряжения в интервалах времени проводимости встречнопараллельных вентильных пар. а частоту инвертора изменяют пропорционально полученному значению интеграла.

«

Изобретение относится к способам регулирования индукционных установок. Регулирование электрического режима проводят в индукционной установке с питанием от статического преобразователя частоты, выполненного по схеме последовательного инвертора со встречно-параллельными вентильными парами и нагрузочным колебательным контуром. При этом контролируют электрические параметры установки, а регулирование их значений производят интегрированием напряжения нагрузочного колебательного контура в интервалах времени проводимости встречно-параллельных вентильных пар и изменения выходной частоты преобразователя пропорционально полученному значению интеграла. Эти операции обеспечивают повышение устойчивости и точности регулирования. 3 ил. ё