Автоматический регулятор фазового угла индукционной печи Советский патент 1992 года по МПК H05B6/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционному нагреву, и может бить использовано в плавильном и литейном производстве.

Цель изобретения - улучшение качества управления индукционной печью.

На фиг.1 приведена блок-схема регулятора; на фиг.2,3 - диаграммы, поясняющие принцип работы регулятора.

Регулятор содержит источник 1 питания, колебательный контур из параллельно соединенных индуктора 1 ц по меньшей мере двух секций конденсаторной батареи 3, датчики тока 4 и напряжения 5 источника питания, блок 6 рассогласования, триггер 7 направления переключения, первый 8 и второй 9 элементы И, коммутатор 10 с исполнительным элементом 11 включения секции конденсаторных батарей 12, первый 13 и второй 14 блоки памяти, таймер 15 пауз, счетчик 16 базы.

В регулятор введены первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 D-триггеры, компаратор 21, третий элемент II 22, одновибратор 23, генератор 24 тактовых импульсов, счетчик 25 зоны нечувствительности с задатчи- ком 26 зоны нечувствительности, первый 27, второй 28, третий 29, четвертый 30, пятый 31 и шестой 32 элементы И-ПЕ, первые четыре из которых составляют блок 6 рассогласования.

Выход датчика 5 напряжения подключен к R-входу триггера 7 направления переключения и первым входом первого 27 и второго 28 элементов И-НЕ блока 6 рассогласования, выход датчика 4 тока подключен к S-входу триггера 7 направления переключения И к вторым «. входам первого 27 и третьего 29 элементов И-НЕ, блока 6 рассогласования, выход первого элемента И-НЕ 27 соединен с вторым входом второго элемента

00 О)

о

НнА

И-НЕ 28 и первым входом третьего элемента И-НЕ 29, выходы второго 28 и третьего 29 элементов Н-НЕ, подключены к входам четвертого элемента И-НЕ i 30, выход которого соединен с ОБХОДОМ первого П-триггера 17 и вторыми входами первого 8 и второго 9 элементов И, первые входы которых связаны с выходом триггера 7 направления переключения, а выходы - с управляющими шинами коммутатора 10, выход четвертого элемента И-НЕ 30 подключен также к первому входу третьего элемента И 22 и через одновибратор 23 - к R-вхо- ду первого D-триггера 17, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И 22, а инверсный выход - с R-входами второго 18 и третьего 19 D-триггеров, выход генератора 24 тактовых импульсов подключен к третьему входу третьего элемента И 22 и С-входу второго D-триггера 18, выход третьего элемента И 22 соединен с С-входами счетчика 16 фазы и счетчика 25 зоны нечувствительности, выходы счетчика 25 и задатчика 26 подключены к входам компаратора 21, связанного выходом с С-входом четвертого D-триггера 20, прямой выход которого подключен к R-входу счетчика 25 зоны нечувствительности, прямой выход второго D-триггера 19 подключен к С-входу третьего D-триггера и второму входу шестого элемента И-НЕ 32, инверсный выход второго D-триггера 18 соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ 31, первый вход которого соединен с прямым входом третьего D-триггера 19, связанного инверсным выходом с первым входом шестого элемента И- НЕ 20, выход которого подключен к R-входу четвертого D-триггера 20, инверсный выход которого соединен с R- входом счетчика 16 фазы, соединенного выходом с адресными входами первого 13 и второго 14 блоков памяти, записывающий вход первого блока памяти, а также записывающий вход и вход выборки второго блока 14 памяти соединены с выходом пятого элемента И-НЕ 31 и запускающим входом таймера 15 , пауз, первый выход которого предназначен для соединения с управляющим входом источника 1 питания, а его вход соединен с информационным выходом второго блока 14 памяти, второй выход таймера 15 пауз соединен с входом выборки первого блока 13 памяти.

10

6012ц

информационный выход которого соединен с адресным входом коммутатора 11 ,

В качестве источника 1 питания монет быть применен электромашинный преобразователь БПЧ-50-2,4 или тирис- торный преобразователь ТПЧ-50-2,4.

Коммутатор 10 можно реализовать на микросхемах К 555 КП12, К 555 ИР15, К 555 ИР1.

Исполнительные элементы 11 можно реализовать на реле-контакторных узлах или бесконтактных. Первый 13 и второй 14 блоки памяти реализуются на микросхемах К 573 Р021 или др.

Второй блок памяти 14 служит для записи программы пауз отключения источника 1 питания в зависимости от величины фазы сдвига между током и напряжением.

Регулятор работает следующим образом.

Перед работой регулятор устанавливают в исходное положение. После загрузки печи шихтой включают источник 1 питания и на колебательном контуре (индуктор 2 и конденсатор 3) появляется напряжение. С помощью датчиков тока 4 и напряжения 5 снимаются сигналы тока i - I sin((j)t4cp) и напряже15

20

25

35

40

30 ния u U sinQt. На выходе датчиков 4 и 5 эти сигналы преобразуются в прямоугольные импульсы, длительность которых равна полупериоду тока и напряжения, и подаются на входы блока 6 рассогласования, а также на S- и R-входы триггера 7 направления переключения. При этом начало и конец совпадают с моментом перехода синусоиды через нуль. Сигналы с прямого и инверсного выходов триггера 7 направления переключения поступают на первые входы первого 8 и второго 9 элементов И. Выходные сигналы последних поступают на управляющие шины коммутатора 10. Коммутатор 10 выдает управляющие воздействия на исполнительные элементы 11, которые подключают соответствующие конденсаторные батареи 12.

В первый блок памяти 13 записывается программа ступени емкости, мощность которой, 6 квар, пропорциональна коэффициенту фазы сдвига между током и напряжением. Этот коэффициент определяет величину ступени регулирования и выбирается для каждой печи. Поэтому каждому изменению адреса соответствует определенная величина реактивной мощности.

45

50

55

Первый блок памяти 13 позволяет производить разбивку батарей на группы, при которой мощность максимально группы не превышает восьмикратной мощности первой группы, и осуществлять последовательное подключение этих групп или одновременное подключение нескольких групп.

По втором блоке 14 памяти по каждому адр.есу записывается программа пауз отключения источника 1 питания. Эта программа пауз вводится в таймер 15. После отработки таймером 15 каждой паузы от начала отработки с второго выхода таймера 15 производится выборка соответствующей группы конденсаторных батарей 12 из первого блока 13 памяти и информация этих групп поступает на адресные. А-входы коммутатора 10.

Сели ток опережает напряжение, то на управляющей шине С-) коммутатора 10 появляется сигнал 1, а если ток отстает от напряжения, то сигнал 1 - на пине (+). По этим сигналам коммутатор 10 через исполнительные элементы 11 отключает группы конденсаторных батарей 12, выбранные записанной программой в первый блок 13 памяти или подключения.

Счетчик 16 фазы производит отсчет чисел импульсов сдвига фазы. С выходов счетчика 16 фазы эти числа поступают на Л-входы первого 13 и второго 14 блоков памяти.

В первом блоке 13 памяти по каждому адресу записываются соответствующие значения групп конденсаторных батарей для конкретной печи в функции q n(tj).

На выходе блока 6 рассогласования формируется прямоугольный импульс длительностью, пропорциональной сдвину фаз. Этот импульс поступает на С- вход первого D-триггера, устанавливая его в 1.

Сигнал логической 1 на инверсном выходе первого D-триггера 17 подготавливает второй 18, третий 19, четвертый 20 D-триггер путем снятия запретов с их R-входов.

Четвертый D-триггер 20 запускается сигналом с выхода компаратора 21. f Сигнал 1 с прямого выхода первого D-триггера 17 запускает третий элемент И 22. По заднему фронту сигнала с выхода блока 6 рассогласования одновибратор 23 формирует импульс, по которому первый Dтриггер 17 устанавливается в О. Шпульсы с выхода тактового генератора 24 через третий элемент II 22 по- ступают на счетчик 25 зоны нечувствительности и на счетчик 26 фазы. Тактовая частота генератора 24 выбирается для получения необходимой точности угла сдвига базы.

Q После того, как счетчик 25 зоныч нечувствительности отсчитает число импульсов, равное числу, установленному на задатчике 26 зоны нечувствительности, на выходе компаратора 21

5 появляется сигнал логической 1, который устанавливает четвертый D-триггер 20 в 1. Этим сигналом счетчик 25 зоны нечувствительности устанавливается в О.

0 Первый 27, второй 28, третий 29, четвертый 30 элементы П-НЕ блока 6 рассогласования формируют сигнал длительностью, пропорциональной сдвигу фаз. По заднему фронту этого сигнала

5 с выхода четвертого элемента И-НЕ 30 одновибратор 23 формирует импульс, по которому перв ый D-триггер 17 с R- входов второго 18, третьего 19 D- триггеров снимает запрет. В результате на выходе пятого элемента И-НЕ 31 формируется импульс, по которому производятся перезапись содержимого счетчика 16 фазы в первый 13, второй 14 блоки памяти и запуск таймера 15 пауз. В этот момент отключается ис5 точнпк 1 питания. После перезаписи третий D-трнггер 19 устанавливается в 1 и сигналом с выхода шестого элемента И-ИЕ 32 четвертый D-триггер 20 переключается в 0.« Сигнал О с

0 инверсного выхода четвертого D-триггера 20 запускает счетчик 16 фазы, который досчитывает оставшиеся импульсы и на разрядных выходах счетчика 16 фазы будет число импульсов, про5 порциональное фазе сдвига Кф Nr - - , где Nг - общее число импульсов, поступивших от генератора 24 на счетчик 25 зоны нечувствительности и счетчик 16 фазы} Н%,ц - число импуль0 сов, равное числу импульсов, установленное на задатчик 26 зоны нечувствительности.

Увеличением частоты генератора 24 , тактовых импульсов и адресации блоков памяти 13, 14 можно повышать точность измерения угла сдвига фазы, а следовательно, и диапазон регулирования коэффициента мощности.

0

;1

Регулятор может быть реализован как аппаратным, так и программным путем на базе микропроцессорной техники или на программируемом контроллере, например, типа М 458.02.

Применение регулятора позволяет улучшить качество управления электрическим режимом путем пропуска через колебательный контур большой ак- тивной мощности, что позволяет повысить скорость плавки, а следовательно, производительность работы индукционной печи, а также повысить точность регулирования.

Задание зоны нечувствительности измерения угла фазы сдвига в цифрово виде позволяет упростить настройку и расширить функциональные возможности регулятора, так как для различных ин дукционных печей на разных частотах можно подобрать нужные параметры с высокой точностью, уменьшить локальные ошибки на каждом шаге программы и обеспечить достаточно точную ком- пенсацию реактивной мощности, повысить качество получаемого расплава, а также совершенствовать процесс управления плавкой.

Формула изобретения

Автоматический регулятор фазового угла индукционной печи с подключенным к источнику питания колебательным контуром из параллельно соединенных индуктора и по меньшей мере двух секций конденсаторной батареи, содержащий датчики тока и напряжения источника питания, блок рассогласования, триггер направления переключения, два элемента И, коммутатор с исполнительными элементами включения секций конденсаторной батареи, два блока памяти, таймер пауз и счетчик фазы, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества управления, он снабжен четырьмя D-триггерами, . компаратором, третьим элементом И, одновибратором, генератором тактовых импульсов, счетчиком зоны нечувстви- тельности с задатчиком зоны нечувствительности, шестью элементами И-НЕ, первые четыре из которых составляют блок рассогласования, выход датчика напряжения подключен к R-входу триг- гера направления переключения и к первым входам первого и второго элементов И-НЕ блока рассогласования, выход датчика тока подключен к S-вхо

Q s

5

0

5 0 5 0

28

ду триггера направления переключения и к вторым входам первого и третьего элементов И-НЕ блока рассогласования, выход первого элемента И-НЕ соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ и первым входом третьего элемента И- НЕ, выходы второго и третьего элементов И-НЕ подключены к входам четвертого элемента И-НЕ, выход которого соединен с С-входом первого D-триггера и вторыми входами первого и второго элементов И, первые входы которых связаны с выходами триггера направления переключения, а выходы - с управляющий шинами коммутатора, выход четвертого элемента И-НЕ подключен также к первому входу третьего элемента II и через одновибратор - к R- входу первого D-триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, а инверсный выход - с R-входами второго и третьего D-триггеров, выход генератора тактовых импульсов подключен к третьему входу третьего элемента И и С-входу. второго D-триггера, выход третьего элемента И соединен с С-входами обоих счетчиков, выходы счетчика зоны нечувствительности и задатчика зоны нечувствительности подключены к входам компаратора, связанного выходом с С- входом четвертого D-триггера, прямой выход которого подключен к R-входу счетчика зоны нечувствительности, прямой выход второго D-триггера подключен к С-входу третьего D-триггера и второму входу шестого элемента II- НЕ, инверсный выход второго D-триггера соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с прямым выходом третьего D-триггера, связанного инверсным выходом с первым входом шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен к R-входу четвертого D-триггера, инверсный выход которого соединен с R-вхо- дом счетчика фазы, соединенного выходом с адресными входами обоих блоков памяти, записывающий вход первого блока памяти, а также записывающий вход и вход,выборки второго блока памяти соединены с выходом пятого элемента И-НЕ и запускающим входом таймера, первый выход которого предназначен для соединения с управляющим входом источника питания, а его вход соединен с информационным выходом второго блока памяти, второй выход таймера соединен с входом выборки

первого блока памяти, информационный выход1 которого соединен с адресным

входом коммутатора.

Изобретение относится к регуляторам рехима индукционных печей. В качестве функционального преобразования угла сдвига фаз в косинудальнуго функцию использован программный преобразователь, постоянно хранящийся в блоках памяти, аргументом которого является угол сдвига, а функцией - величина конденсаторной батареи и величина паузы окончания переходного процесса. Хранение значений функции в блоках памяти производится в цифровой оорме. Это улучшает качество управления режимом. 3 ил.

и итЫп(Л

т

ШГп

ю

i|

В

/

Фиг.1

U UmSincJt

JmSWvt j