Индукционная установка Советский патент 1981 года по МПК H05B6/08 

(54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к машиностроению и металлургии и может быть использовано при термообработке деталей , плавке, нагреве перед пластической деформацией и т.д.

Известны индукционные установки, .в которых для поддержания в силовом контуре (индуктор-конденсаторная батарея) режима резонанса токов используются либо управляемые индуктивности, либо дискретно-коммутируемые ступени батареи силовых конденсато- ров, причем поиск параметров настройки силового контура в токовый резонанс ведется непосредственно в силовом контуре fl3 и 2 .

Однако при этом, ввиду тяжелых условий коммутации в силовом контуре, особенно при повышенной частоте питающего тока (1000 Гц и выше), при каждом переключении контакта сильного реле приходится отключать питание индуктора и выдерживать паузу, необходимую для разрядки конденсаторов, что значительно увеличивает время регулирования и препятствует осуществлению автоматического управления процессом нагрева. С другой стороны, ступенчатость регулирования ведет к значительному увеяичению количества подстроечных силовых конденсаторов (до 5-10), .а значит и количества необходимых переключений в условиях широкой вариации электромагнитных параметров системы индуктор - металл при нагреве металла до температуры, превышающей точку магнитных превращений, при точности регулирования cos Ч не. менее 3%, что

10 ведет к увеличению габаритов установки и к снижению срока ее службы и надежности работы, особенно в нагревательной установке, работающей в режиме частой смены номенклатуры заго15товок или при периодическом скоростном нагреве (7-10 с). .

.. Известна также индукционная установка, содержащая источник питания и подключённый к нему индуктор, парал20лельно которому подключена по меньшей мере одна цепочка из последовательно соединенных компенсирующего конденсатора и силового контакта коммутирующего элемента и цепочка

25 из дополнительного компенсирующего конденсатора с регулируемой индуктивностью датчики тока и напряжен я источника питания, выходы которых соединены со входами датчика

;Тока источника питания, выход датчика рассогласования подключен ко входу интегрального переключателя, первый выходкоторого соединен с одной из обкладок запоминающего конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, электрическую модель установки, содержащую модель источника питания, подключенную к ней модель индуктора, параллельной которой подключены цепочки из последовательно соединенных моделей компенсирующих конденсаторов и интe paльны ключей модели, причем число цепочек равно числу цепочек установки, датчики тока и напряжения источника питания модели, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования модели, при этом управляющий вход каждого коммутирующего элемента через согласующий элемент связан с соответствующим выходом цифрового сумматора, каждый вход которого по числу коммутирующих элементов соединен с управляющим входом соответствующего интегрального ключа модели и выходом реверсивного двоично-десятичного счетчика, а уп завляквдий вход цифрового сумматора соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого связан с управляющим входом источника питания, а третий с управляющим входом интегрального переключателя РЗ.

Недостатком данного устройства является обработка любых отклонений путем путем предварительного подбора результирукядей емкости на модели, что усложняет структуру модели и требует дополнительных элементов (регулируемой индуктивности модели, ключей, усилителя, запоминающего конденсатора),

Цель изобретения - упрощение установки и. увеличение ее надежности путем разделения каналов регулирования коэффициента мощности при малых {не более 5%)и значительных (более 5%) возмущениях.

Для достижения этой цели установка снабжена компаратором, первый вход которого соединен со вторым выходом интегрального переключателя и управляющим входом регулируемой индуктивности, второй - с задатчиком опорного напряжения, а выход - с первым входом синхронизатора, ко второму входу которого подключен выход конечного выключателя, и реверсирующим элементом, выполненным, например в виде нуль-органа и генератора тактовых импульсов, к первому входу которого покдлюч1ен второй выход интегрального переключателя, ко второму - выход датчика рассогласования модели, а два его выхода соединены со входами указанного реверсивного счетчика.

На черетеже изображена блока-схема устройства.

Силовой резонансный контур 1 состоит из нагревательного индуктора 2, компенсирующих конденсаторов 3-6, цепочки из последовательно соединенных добавочного конденсатора 7 и регулируемой индуктивности 8, взаимно скомпенсированных для cтaтичeqкoгo режима работы установки. Контур 1 соединен с силовым источником 9 питания, а датчик ДО фазового рассогласования тока и напряжения источника -с трансформатором 11 напряжения и трансформатором 12 тока. Выход датчи ка 10 в положении II интегрального переключателя 13 соединен с первым входом компаратора 14, выполненного на операционном усилителе, и регулируемой индуктивностью 8, которая представляет собой магнитный усилитель , работающий в режиме дросселя насыщения. Второй вход компаратора 14 соединен с выходом згщатчика 15 опорного напряжения. В положении I интегрального переключателя 13 выход датчика 10 соединен с первым входом реверсирующего элемента 16 и запоминающим конденсатором 17. Блок 16 преставляет собой нуль-орган и запускаемый им генератор тактовых импульсов, выполненные по одной из известных схем. Второй вход блока 16 соединен с выходом датчика 18 фазового рассогласования напряжения и тока модели. Первый вход датчика 18 соединен с электрической моделью 19 резонансного контура через трансформатор 20 напряжения источника питания модели, а на второй вход датчика 18 подается сигнал, снимаемый с резистора 21, пропорциональный току , потребляемому от источника 22 питания подели. Модель 19содержит конденсаторы 23-26 и элемент, моделирукяций индуктор27. Выход реверсирующего элемента 16 по двум каналам соединен со входами реверсивного двоично-десятичного счетчика 28, выходы которого соединены с управляющими входами интегральных ключей 29-32, установленных в цепях конденсаторов модели, и с выходами цифрового сумматора 33, -выходы которого через согласующий элемент 34, содержащий токовые усилители, соединены с коммутирующими элементами (реле) 35-38, контакты 39-42 которых расположены в цепях компенсирукяцих конденсаторов силового контура I. Выход компаратора 14 соединен с первым входом синхронизатор 43, второй вход которого соединен с выходом конечного выключателя 44. Синг хронизатор 43 связан выходами с управляющим входом цифрового сумматора 33, управляющими входами источника 9 питания и переключателя 13.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении очередной заготовки в индуктор конечный выключатель 44 дает команду на синхронизатор 43, который ставит переключатель 13 в положение II. При этом стабилизация коэффициента мощности печи при мгшых возмущениях происходит в контуре силовой резонансный контур 1 - датчик 10 фазового рассогласования 10 управляемая индуктивность 8 в том случае, если выходной сигнал датчика 10 не превышает величины опорного напряжения на выходе задатчика 15, если же эти сигналы равны или выходной сигнал датчика 10 больше опорного напряжения, срабатывает компаратор 14, выдакяци; команду на синхронизатор 43, который переводит переключатель 13 в состояние I, разрывая контур регулирования в малом. Индуктивное сопротивление управляемой индуктивности 8, представляющей собой магнитный усилитель, работаидий в режиме дросселя насыщения, за счет заранее выбранного сигнала на обмотке смещения принимает при разрыве контура регулирования в малом значение, равное по абсолютной величине реактивному сопротивлению конденсатора 7, что равнозначно отсутствию этих элементов в резонансном контуре 1, поэтому в модели 19 они не учитываются. Модель 19.настроена в токовый резонанс соответствующим вь/бором суммарной величины емкости конденсаторов 23-26. Если разомкнутое состояние ключей 29-32 обозначить через О,

то при реа замкнутое через

зонансе токов в модели 19 состояние ключей 29-32 описывается двоичным числом А. После перевода переключателя 13 в положение 1 синхронизатор 43 с выдержкой времени, необходимой для запоминания выходного сигнала датчика 10 на конденсаторе 17, выключает источник 9 питания для осуществления разряда конденсаторов 3-6. На входе реверсирующего устройства 16 сравниваются выходные сигналы датчиков 10 и 18. Реверсирующее устройство 16 в зависимости от знака суммы этих сигналов выбирает направление счета реверсивного счетчика 28 и выдает тактовые ийпульсы на его счетный вход. В результате изменения состояния выхода счетчика 28 при помощи электронных ключей производится перекоммутация конденсаторов 23-26 в функции разности выходных сигналов датчиков 10 и 18. Модель 19 выводится из состояния токового резонанса за счет изменения суммарной емкости конденсаторов 23-26. При достижении равенства абсолютных величин выходных сигналов датчиков 10 и 28 процесс счета в счетчике 28 останавливается, причем на выходе счетчика 28 имеется двоичное число В. Так как конденсаторы 23-26 подобраны так, что каждые два соседних состояния выхода счетчика 28 соответствуют приращению д С суммарной емкости, то в результате процесса перенастройки модели суммарная емкость конденсаторов 23-26 меняется на величину, равную (А-В)Х д С. Следовательно, для наст0ройки силового контура 1 в токовый резонанс необходимо, чтобы суммарная емкость конденсаторов 3-6 была равна величине КИДС (2А-В), где К - коэффициент подобия между 1 и 19.

5 Емкость конденсаторов 3-6 пропорциональна емкости конденсаторов 2326, с коэффициентом К следовательно достаточно перевести контакты 39-42 в состояние 2А-В, чтобы выпол0нить поставленную задачу. После выдержки времени, необходимой для разрядки конденсаторов 3-6 синхронизатор 43 дает команду на цифровой суладатор 33, который осуществляет сдвиг числа 2А на величину В, соот5ветственно происходит переключение реле 35-38, которые перекоммутируют свои контакты 39-42. После этого включается источник 9 питания, а ключ 13 возвращается в состояние 1, вновь

0 замыкая контур регулирования в малом. При новом превышений выходным сигналом датчика 10 величины опорного напряжения устройство вновь осуществляет все операции в. выше опи5санной последовательности.

Применение устройства автоматического регулирования коэффициента мощности индукционной печи позволяет не только экономить дефицитную

0 электроэнергию за счет сокршпения времени перенастройки силового резонансного контура в переходных режимах нагрева, но за счет исключения излишних коммутаций контура пиtaнйя индуктора при перенастройке

5 силового резонансного контура повысить качество нагрева заготовок и срок службы установки, а также обеспечить работу автоматической CHCTeNfci управления процессом наг0рева. Пока выходной сигнал датчика фазойого рассогласования напряжения и тока силового источника не превышает выходного сигнала датчика опорного напряжения, процесс стаби5лизации cos осуществляется в замкнутой системе силовой резонансный контур - датчик фазового рассогласования напряжения и тока силового источника - управляемая индукти.вность. При этом с высоким быстро0действием () и точностью до 1% компенсируются малые возмущения (не более 5%). Когда же выходной сигнал Датчика фазового рассогласования напряжения и тока силового источника превышает величину опорного напряжения, что бывает при больших возмущениях ( 5%), устройство автоматически настраивает силовой контур в токовый резонанс с помощью изменения суммарной величины емкости компенсирующих конденсаторов путем их nepe-коммутации, причем перекоммутация ос ществляется -при однократном отключении силового источника питания индук тора. Причем процесс поиска величийы емкости на модели идет одновреМенно изаканчивается ранее процесса разрядки компенсирующих конденсаторов перед их перекоммутацией. Поэтому время Настройки контура, будет минимальным и ограничивается только временем разряда и коммутации. Все это повышает производительность уста новки и ее надежность. Формула изобретения Индукционная установка, содержа1цая источник питания и подключенный к нему индуктор, параллельно которо му. подключена по меньшей мере одна цепочка из последовательно соединенных компенсирующего конденсатора и силового контакта коммутирующего элемента и цепочка из дополнительного компенсирующего конденсатора с регулируемой индуктивностью, датчики тока и напряжения источника питания, выходы которых соединены до входами датчика рассогласования фазы напряжения и тока источника питания, выход датчика рассогласования подключен ко входу интегрального пе реключателя, первый выход которого соединен с одной из обкладок запоминающего конденсатора, вторая обкладка. которого заземлена, электричес- . кую модель установки, содержащую модель источника питания, подключенную к ней модель индуктора, параллельно которой подключены цепочки из последовательно соединенных моделей компенсирующих конденсаторов и интегральных ключей модели, причем .число цепочек равно числу цепочек установки, датчики тока и напряжения источника питания модели, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования модели, при этом улравляющий вход каждого коммутирующего элемента через согласующий элемент связан с соответствующим выходом цифрового сумматора, каждый вход которого по числу коммутирующих элементов соединен с управляющим входом соответствующего интегрального ключа модели и выходом реверсивного двоично-десятичного счетчика, а управляющий вход цифрового сумматора, соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого свяsaiH с управлякнцим входом источника питания, а третий - с управляющим входом интегрального переключателя, отличающаяся тем, что, с целью, упрощения установки, увеличения ее надежности путем разделения каналов регулирования при различных возмущениях, установка снабжена компаратором, первых вход которого соединен со вторым выходом интегрального переключателя и управляющим входом регулируемой индуктивности, второй с задатчйком опорного напряжения, а выход - с первым входом синхронизатора, ко второму входу которого подключен выход конечного выключателя, и реверсирующим элементом, выполненным, например, в виде нуль-органа и генератора тактовых импульсов, к первому входу которого подключен второй выходинтегрального переключателя, ко второму - выход датчика рассогласования модели, а два его выхода соединены со входами указанного реверсивного счётчика. Источники информации, приняты.е . во внимание при экспертизе 1, Патент США № 4055740, кл. 219-10.75, 1978. . . .2. Гитгарц Д.А., Иоффе Ю.С. Новые источники питания и автоматика индукционных установок для нагрева и плавки. ГЭИ, 1972, с. 20-28. 3. Авторское свидетельство СССР по .заявке 2800358/07, кл., Н 05.В 5/06, 1979. Ш lJJ.«l/Xtf iZJ L2« 25 liS fefrfe&i