Индукционная установка Советский патент 1981 года по МПК H05B6/06 

(54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА

1

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

Известны установки в которых процесс регулирования коэффициентов мош,ности характеризуется организацией процесса поиска параметров настройки силового резонансного контура непосредственно в этом контуре на действующей установке, причем либо варьируют величину емкости подстроечных конденсаторов, либо изменяют величину переменной индуктивности, или же то и другое, но последовательно во времени, что приводит к значительному затягиванию процесса регулирования вследствие тяжелых условий коммутации в силовом контуре 1.

Известна также индукционная установка, содержащая источник питания и подключенный к нему индуктор, параллельно которому 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.

и датчики тока и напряжения источника питания, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования фазы напряжения и тока источника питания 2.

Однако тяжелые условия переключения в силовом контуре обуславливают необходимость выключения питания индуктора при каждом переключении конденсаторов, при этом время регулирования достаточно велико (1-5с), что делает применение этого способа целесообразным как при скоростном периодическом нагреве, так и при нагреве

to магнитных материалов до температур выше точки Кюри в методических печах ввиду того, что частые и относительно длительные отключения питания индуктора препятствуют автоматизации процесса нагрева, а тоянное изменение электромагнитных параметров системы .индуктор-нагреваемый металл при указанных видах нагрева влечет за собой необходимость регулирования коэффициента мощности печи с целью стабилизации его максимального уровня, что в свою

20 очередь приводит к ощутимым энергетическим потерям в переходных режимах работы установки из-за большого запаздывания регулирования. С другой стороны, ступенчатое переключение при жестких требованиях к точности стабилизации коэффициента мощности (порядка ± 0,03) требует большого количества ступеней, что ведет к снижению надежности, увеличению времени регулирования, габаритов и стоимости установки. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности стабилизации коэффициента мош,ности установки на максимальном уровне. Для достижения этой цели установка снабжена электрической моделью, содержащей все упомянутые элементы, выход датчика рассогласования установки через силовой вход первого интегрального ключа подключен к первому запоминающему конденсатору и первым входам нуль-органа и сумматора, вторые входы которых соединень с выходом датчика рассогласования модели, выход нуль-органа связан со входом синхронизатора, а выход сумматора - со входом оптимизатора, первый выход оптимизатора связан с управляющим входом регулируемой индуктивности модели и через силовой вход второго интегрального ключа - со вторым запоминающим конденсатором и входом усилителя, выход которого подключен к управляющему входу регулируемой индуктивности установки, первый и второй выходы синхронизатора соединены соответственно с управляющими входами первого и второго интегральных ключей, третий - с управляющим входом источника питания установки, а. четвертый - с управляющим входом цифрового сумматора, выходы которого, количеством по числу коммутирующих элементов установки, связаны через согласующее устройство с управляющими входами этих коммутирующих элементов, а входы соединены с выходами реверсивного счетчика, подключенного входом ко второму выходу оптимизатора. На чертеже изображена блок-схема установки. Устан,овка состоит из силового резонансного контура 1, содержащего индуктор 2, параллельно присоединенные к нему через контакты 3-6 силовых коммутирующих элементов 7-10 компенсирующие конденсаторы 11 -14, и цепь из конденсатора 15, последовательно соединенного с регулируе.мой индуктивностью 16, в качестве которой используется магнитный усилитель, работающий в режиме дросселя насыщения. Силовой резонансный контур соединен с силовым источником 17 питания, а также через трансформатор 18 напряжения, трансформатор 19 тока с датчиком 20 рассогласования фаз напряжения и тока силового источника. Выход датчика 20 соединен через интегральный ключ 21 с конденсатором 22 памяти, первым входом нуль-органа 23 и первым входом сумматора 24. Устройство содержит также электрическую модель 25 силового резонансного контура, состоящую из элемента 26, модулирующего индуктор. параллельно присоединенных к нему через коммутирующие элементы, например интегральные ключи 27-30, конденсаторов 31 - 34, и цепи добавочного конденсатора 35, последовательно соединенного с регулируемой индуктивностью 36. Модель 25 соединена с источником 37 питания модели, а также через трансформатор За напряжения и резистор R с датчиком .39 фазового.рассогласования напряжения и тока источника 37 питания, выход к6jtQporo соед|цнен со вторыми входами нульоргана ,23 и. сумматора 24. Выход нуль-ор а«а 23соединен со входом синхронизатора 40, -первый выход которого соединен с управляющим входом интегрального ключа 21, второй - с управляющим входом интегрального ключа 41, третий - со входом силового источника 17 питания, четвертый - с управляющим входом цифрового сумматора 42. Выход сумматора 24 соединен со входом многоканального автоматического оптимизатора 43, первый выход которого соединен с управляющим входом регулируемой индуктивности 36 и через интегральный ключ 41 с конденсатором 44 памяти и согласующим усилителем 45, а второй - со счетным входом реверсивного двоичного четырехразрядного счетчика 46. Выходы счетчика 46 соединены с соответствующими управляющими входами электронных ключей 27-30, а также с рабочими входами цифрового сумматора 42, выходы которого соединены через согласующее устройство 47, представляющее собой четыре одинаковых усилителя тока, с соответствующими коммутирующими элементами 7-10. Выход усилителя 45 соединен с управляющим входом регулируемой индуктивности 16 силового контура. Работа установки осуществляется в следующей последовательности. Силовой контур 1 и его электрическую модель настраивают в режим токового резонанса для случая пустого индуктора. Если после загрузки индуктора разность выходных сигналов датчиков 20 и 39 превышает зону нечувствительности оптимизатора 43, происходит расстройка силового резонансного контура и cos (ротличается от единицы. Целенаправленным быстродействующим поиском, приводимым при помощи оптимизатора 43, изменяют величину насыщения регулируемой индуктивности 36 и величину суммарной емкости конденсаторов 31 - 34, чтобы свести эту разность к нулю. Цричем оптимизатор ведет поиск одновременно по двум каналам: перекоммутацией интегральных ключей 27-30, управляемых через реверсивный счетчик 46, меняя суммарную емкость конденсаторов 31-34, и изменяя степень насыщения регулируемой индуктивности 36. Интегральный ключ 21 в этот период размыкают, а ключ 41 замыкают при помощи синхронизатора 40. Изменением суммарной величины емкости конденсаторов 31-34 и величины регулируемой индуктивности 36 модель 25 выводят из состояния токового резонанса, причем cos (рее при равенстве абсолютных величин сигналов на выходах датчиков 20 и 39 равен по абсолютной величине cos р силового резонансного контура. Обозначая разомкнутое состояние ключей 27-30 через О, а замкнутое через 1, можно описать их первоначальное положение двоичным числом А, например, А 0110. а при достижении равенства выходных сигналов датчиков 20 и 39 (датчик 39 одновременно инвертирует свой выходной сигнал), это состояние выражается двоичным числом В, например, В 1010. Конденсаторы 31-34 подобраны так, что при каждых двух состояниях ключей 27-30, описываемых двумя соседними действительными двоичными числами, суммарная емкость их отличает на ДС. Если в результате поиска значение суммарной емкости модели увеличилось на величину D В-А 0100 4хДС, то для настройки силового контура 1 в токовый резонанс необходимо суммарную емкость конденсаторов 11 -14 уменьшить на величину К«4хДС, где К - коэффициент подобия модели 25 и силового контура 1. Соответственно, если величина регулируемой индуктивности 36 изменилась в процессе поиска на ДХю, необходимо изменить величину индуктивности 16 на (-К-ДХю). После достижения равенства выходных сигналов датчиков 20 и 39 все эти операции выполняются следующим образом. Нуль-орган 23 выдает команду на синхронизатор 40, который выключает силовой источник 17 питания и с выдержкой времени, необходимой для разряда . конденсаторов И -14 и переключения контактов 3-6, подает команду на замыкание ключа 41 и размыкает ключ 21. При Этом на конденсаторе 44- запоминается сигнал, необходимый для изменения после включения источника 17 питания значения индуктивности 16 на величину (-KxAXio)- Этот сигнал передается на индуктивность 1б через усилитель 45 с коэффициентом усиления (-К). Размыкание ключа 21 необходимо длд того, чтобы сигнал рассогласования фаз напряжения и тока источника питания индуктора, сохранившийся на конденсаторе 22, не исказился после отключения источника 17 питания. Одновременно цифровой сумматор 42 (он может быть реализован на любом серийном микропроцессоре), получив сигнал от синхронизатора 40 на свой разрешающий вход, выполняет операцию А + + (А - В) 2А - В, где В поступает с выхода счетчика 46, а А вводят заранее в память 42 после настройки модели. Полученное двоичное число 2А - В описывает состояние конденсаторов 11-14, необходимое для настройки силового контура в токовый резонанс. С выдержкой времени, необходимой для разрядки конденсаторов, оно выдается с памяти 42 на согласующее устройство 47, которое соответствующим образом переключает коммутирующие элементы 7-10, управляющие контактами 3-6. При этом схема возвращается в исходное состояние. Сигнал с выхода усилителя 45 изменяет значение индуктивности 16 на величину ( ю а в памяти цифрового сумматора стирается число А и заносится число В, описывающее текущее состояние ключей 27-30 модели 25. При возникновении новых отклонений сигнала на выходе датчика 20 процесс настройки силового контура повторяется в том же порядке. Применение предлагаемых устройств и элементов позволяет не только экономить электроэнергию, но, благодаря исключению частых отключений питания индуктора при перенастройке силового резонансного контура, повысить качество нагрева заготовок и срок службы установки. Кроме того, настройка силового резонансного контура в резонанс производится однократным, скачкообразным и одновременным изменением как суммарной величины компенсирующих конденсаторов, так и величины регулируемой индуктивности. Это обеспечивает высокое быстродействие, которое ограничивается только временем разрядки компенсирующих силовых конденсаторов, и высокое качество регулирования (точность не нижех1%) при широком диапазоне без увеличения габаритов установки. Формула изобретения Индукционная установка, содержащая источник питания и подключенный к нему индуктор, параллельно которому 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, и датчики тока и напряжения источника питания, выходы которых соединены с.о входами датчика рассогласования фазы напряжения и тока источника питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности стабилизации коэффициента мощности установки на максимальном уровне, установка снабжена электрической моделью, содержащей все упомянутые элементы, датчик рассогласования модели подключен к первым входам нуль-органа и сумматора, вторые входы которых соединены с первым запоминающим конденсатором и через контактную группу первого интегрального ключа с выходом датчика рассогласования установки, выход нуль-органа связан со входом синхронизатора, а выход сумматора - со входом оптимизатора, первый выход оптимизатора связан с управляющим входом регулируемой индуктивности модели и через силовой вход второго интегрального ключа со вторым запоминающим конденсатором и входом усилителя, выход которого подключен к управляющему входу регулируемой индуктивности установки, первый и второй выходы синхронизатора соединены соответственно с управляющими входами первого и второго интегральных ключей, третий - с управляющим входом источника питания установки, а четвертый - с управляющим входом цифрового сумматора, выходы Kofoporo, количеством по числу коммутирующих элементов установки, связаны через согласующее устройство с управляющими входами этих коммутирующих элементов, а входы соединены с выходами реверсивного счетчика, подключенного входом ко второму выходу оптимизатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Электрооборудование и автоматика электротермических установок. М, «Энеогия, 1978, с. 141 - 155.