Установка для индукционного нагрева металла

1 й. -"би,э;-, 1:,с ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз СоветскихСецнал истин ескнкРеспублик(51)м. Кл.Н 05 В 5/08 6 05 Р 1/66 ГосударственнмЯ комитет СССР по делам нзобретеннЯ н открцтиЯ(72) Авторы изобретения ВФ Годин и А.К. Хохлов(54) устАИОВкА для индукциОннОГО нАГРеВА МЕТАЛЛА Изобретение относится к электротермии и может быть применено при индукционном нагреве н плавке металла, при термической обработке н плавке металлов и сплавов, а также для питания станков при электрохимической об работке металлов.Известна установка для индукционного нагрева металла, содержащая инвертор мостового типа на тиристорах и индуктор, подключенный к инвертору через разделительный конденсатор, датчик фазы связанный выходом через первый усилитель с устройством, регулирующим частоту задающего генератора, соединенного своим выходом со входом блока задержки импульсов, другой вход которого через второй усилитель соединен с выходом суммирующего устройства, первый вход которого связан с выходом датчика мощности, а второй с выходом задатчика напряжения 1). Мощность и коэффициент мощности являются зависимыми величинами, поэтому в известной установке при изменении коэффициента мощности происходит частичное изменение мощности, что является недостатком. Целью изобретения является повышение точности регулирования.Для этого выход датчика фазы через первый узел компенсирующей обратной связи подключен к третьему входу суммирующего устройства и связан с первым усилителем через дополнительный суммирующий элемент, второй вход которого через второй узел компенсирующей обратной связи соединен с выходом датчика мощности.На чертеже представлена установка для индукционного нагрева металла, блок-схема.Установка состоит из выпрямителя 1, инвертора ,2 на тиристорах, индуктора 3 и системыуправления коммутацией тиристоров.Инвертор 2 собран по мостовой схе" ме на тиристорах 5-8. Встречно"параллельно тиристорам 5-8 включены диоды 9-12.В диагональ моста по переменному току включен контур искусственной коммутации, выполненный иэ последовательно соединенных нндуктивиости 13 и конденсатора 14.Индуктор 3 соединен последовательно с инвертором 2. Параллельно индуктору включен компенсирующий конденса"тор 15. Параллельно выпрямителю 1 включен разделительный конденсатор 16.В це питания индуктора 3 включен датчик Фазы 17 и датчик 18 мошности,Датчик Фазы 17 состоит иэ датчика 19 тока, датчика 20 напряжения и интегратора 21. Датчик тока 19 представляет собойтрансформатор тока, первичная тс ,вая обмотка которого включена последовательно с индуктором 3. Датчикнапряжения 20 выполнен в виде трансформатора напряжения, первичная обмотка которого включена параллельноиндуктору 3. 5Вторичные обмотки трансформаторовтока и напряжения соединены с интегратором 21, напряжение на выходекоторого пропорционально сдвигу фаэмежду колебаниями тока и напряжения 9)в цепи индуктора 3.Датчик 18 мощности состоит издатчика 19 тока, датчика 20 напряжения и преобразующего устройства 22,напряжение на выходе которого пропорционально мошности, вьщеяемой наиндукторе 3.Таким образом, датчик 19 и датчик20 напряжения входят одновременнов датчик 17 фазы и датчик 18 мошности.Система 4 управления коммутацййтиристоров состоит из задавшего генератора 23 и Формирователей 24-27управляюших импульсов, соединенныхс управляюшими электродами тиристоров 5-8.Выход датчика 17 фазы включен навход суммируюшего устройства 28, надругой вход которого включен черезузел 29 компенсируюшей обратной свяэи выход с датчика 18 мощности. Выход суммируюшего устройства 28 через усилитель 30 соединен с устройством 31, регулируюшим частоту задаюшего генератора 23 пропорционально 45входному напряжению,Выход преобразуюшего устройства22 датчика 18 мощности включен навход суммируюшего устройства 32, на,другой вход которого включен через 50узел 33 компенсируюшей обратной связивыход с датчика 17 фазы.На третий вход суммируюшего устройства 32 подается напряжение ЦВ,пропорциональное заданной (требуемой)мошности индуктора 3. Выход суммируюшего устройства 32 соединен черезусилитель 34 с блоком 35 задержкиуправляющих импульсов, включенныммежду задавшим генератором 23 и формирователями 25 и 26 импульсов.Блок 34 состоит из дифференцируюших элементов 36 и 37, входы которыхсоединены с выходом задавшего генератора 23, а выход - со входом схе 65 мы ИЛИ 38. Выход схемы ИЛИ 38 соеди" нен с генератором 39 пилообразного напряжения. Выходы генератора 39 н усилителя 34 соединены с входами быстродействуюшего нуль-органа 40, выполненного в виде триггера Шмидта и связанного с усилителем 41. Выходы усилителя 41 и задаюшего генератора 23 соединены со входами схем И 42 и 43, связанных с формирователями 25 и 26 импульсов.Работает установка следуюшим образом.Трехфазный переменный ток выпрямляется выпрямителем 1. Разделительный конденсатор 16 заряжается до напряжения на выходе выпрямителя, При включении системой 4 управления с помошью генератора 23 и формирователей 24 и 25 импульсов тиристоров 5 и 6 происходит заряд коммутируюшего конденсатора 14 через индуктивность 13 и индуктор 3. Конденсатор 14 и индуктивность 13 выбираются так,что в контуре искусственной коммутации протекает колебателвный процесс и обеспечивается резоианс напряжений, В процессе заряда конденсатора 14 напряжение на нем повышается и становится выше напряжения на выходе выпрямителя, При этом тиристоры 5 и 6 закрываются, и конденсатор 14 разряжается. Через неуправляемые диоды 9 и 10, индуктивность 13 и индуктор 3 начнет протекать ток в обратном направлении до тех пор, пока конденсатор 14 не разрядится до напряжения, меньшего, чем напряжение на выходе выпрямителя и диоды 9 и 10 не выключатся. Пока через диоды 9 и 10 Идет токна тиристорах 5 и 6 будет небольшоеобратное напряжение, которое способствует восстановлению их управляемостиПосле этого система 4 управленияс помошью генератора 23 и Формирователя 27 и 26 включает тиристоры 7 и 8.Через индуктор 3 и индуктйвность 13снова потечет ток в прямом направлении, конденсатор 14 снова заряжается.После того, как напряжение на конденсаторе станет выше напряжения навыходе выпрямителя 1, тиристоры 7 и 8выклвчатся, Конденсатор 14 снова разряжается. Включаются неуправляемыедиоды 11 и 12, и через индуктор 3и индуктивность 13 снова потечет токв обратном направлении,Несмотря на то, что амплитуда исреднее значение полуволны тока, протекающего через тиристоры, больше,чем через неуправляемые диоды, ток,протекаюший через индуктор 3, имеетформу, близкую к синусоидальной благодаря конденсатору 16, не пропускающему постоянную составляюшую.661854 реактивные сопротивления индуктора3 и конденсатора 15 должны бить равны ми. Для обеспечения резонанса токов частота напряжения эапитки контура должна быть равна резонансной часто" те контура. Это обеспечивается настройкой частоты задающего генерато ра 23 системы 4 управления коммутаций тиристоров.При работе установки (при нагреве металла во время плавки или при замене горячей металлической заготовки 15 холодной) изменяется индуктивность индуктора 3. При этом нарушается условие резонанса токов, через индуктор начинает протекать нескомпенсированный реактивный ток и появляется сдвиг фазы между колебаниями напряжения и тока в цепи индуктора, т.е. сов Чн 1,.Ток и напряжение в цепи индуктора 3 эамеряются датчиками 19 и 20, преобразуются интегратором 21 .таким образом, что на выходе датчика 17 ,фазы вырабатывается напряжение, пропорциональное углу рассогласования по фазе между напряжением и тоном индуктора. Это напряжение поступает на вход суммирующего устройства 28, на другой вход которого поступает .напряжение через узел 29 компенси" руюшей обратной связи с выхода преоб" раэуюшего устройства 22 датчика 18 35 мощности, Суммарный сигнал с выхода суммирующего устройства 28 усиливается усилителем 30 и подается на 45 55 лирования мощности и от датчика мощности в контур регулирования коэффи Индуктор 3 и конденсатор 15 образует параллельный колебательный кон" тур. Для выделения на индукторе максимальной полезной мощности в контуре создается резонанс токов, При этоь устройство 31, изменяющее частоту генератора 23 таким образом,что воовьобеспечивается резонанс токов в цепи.индуктора.Для стабилизации мощности, выделяемой на индукторе 3, напряжение свыхода преобразующего устройства 22датчика 18 мощности поступает насуммирующее устройство 32, на другойвход которого поступает напряжениечерез узел 33 компенсирующей обратной .связи с выхода датчика 17 Фазы.Суммарный сигнал с выхода суммирующего устройства 32 через усилитель34 подается" на блок 35, который осушествляет задержку управляющих импульсов, идущих от генератора 23 кформирователям 25 и 26, на время,пропорциональное изменению мощности,выделяемой на индукторе 3,Установка заданной мощности осуществляется изменением входного напряжения ПВ, подаваемого на суммирующее устройство 32,Введение компенсирующей обратнойсвязи от датчика фазы в контур регуциента мощности позволяет добитьсяавтономности сепаратных систем регулирования связных вет.ичин,Так, например, при возрастаниикоэффициента мощности нагрузки(сов Чн ) и отсутствии компенсирующей обратной связи возрастает соответственно мощность нагрузки (РН =.- Пннсоэ Чн )С введением же компенсирующей обратной связи при увеличениии сов Чнсигнал датчика фазы уменьшает суммарный сигнал после суммирующего устроЯства 32, Таким образом, подбирая соответствующий коэффициент передачи узла 33 компенсирующей обратной связи,Можно добиться полной независимостиРн от соз 9 н.Аналогичные действия происходят вконтуре регулирования сов 9 н т,е.введением компенсируюшей обратнойсвязи 29, можно добиться полной независимости узла регулирования соя Чнот мошности Рн.Блок 35 задержки управляющих импульсов работает следующим образом.Элементы 36 и 37 дифференцируютположительные и отрицательные импульсы напряжения, приходящие от генератора 23.На вход схемы ИЛИ 38 проходят положительные пиковые импульсы, запускаюшие генератор 39 пилообразного напряжения, Напряжение с генератора 39сравнивается быстродействующим нульорганом 40 с напряжением подаваемымот усилителя 34. При этом импульсынапряжения на выходе нуль-органа 40сдвигаются по фазе относительно импульсов на выходе генератора 23 навремя, пропорциональное напряжению,снимаемому с ус 1 глителя 34. Импульсынапряжения с выхода нуль-органа 40усиливаются усилителем 41 и поступаютна входы схем И 42 и 43, вторые входыкоторых связаны с выходом генератора23.Схемы И 42 и 43 пропускают на формирователи 25 и 26 положительные иотрицательные импульсы генератора 23,задержанные на время, пропорциональное напряжению, подводимому с усилителя .34,Если мощность, выделяемая на индукторе 3, изменилась, то соответственно изменяется сигнал с датчика мощности 18, напряжение на выходе усили"теля 34 и время задержки управляющихимпульсов, приходящих от генератора23 к формирователям 25 и 26, а следовательно, и время задержки включения тиристоров 6 и 8 относительновключения тиристоров 5 и 7, что при 60 ведет к изменению тока и напряженияв цепи индуктора, компенсирующемупервоначальное изменение мошности.Таким образом стабилизируетсямощность, выделяемая на индукторепри значительных колебаниях напряже"661854 точностьурпакКозырек Составитель О, Техред И.Петко А; Бласен елюкан дак Тираж 943ИИПИ Государственногопо делам изобретенийМосква ХРаушск эа л Заказ 2527/ Подписно омитета ССС открытий наб, д, 411303 Ужгород,ктная,нйя сети при существенных изменениях индуктивности индуктора в ходе технолбгического процесса.Введением компенсирующих обратных связей в контурах регулирования мощности и коэффициента мощности достигается автономность сепаратных систем и соответственно повышается их формула изобретения10 Установка для индукционного нагрева металла, содержащая инвертормос-, тового типа на тиристорах и индуктор, подключенный к инвертору через разделительный конденсатор, датчик Фазы,15 связанный выходом через первый усилитель с устройством, регулирующим частоту задающего генератора, со,диненного своим выходом с входом блока заФилиал ППП Патентф,держки импульсов, другой вход которого через второй усилитель соединен с выходом суммирующего устройства, первый вход которого связан с выходом датчика мощности, а второй - с выходом эадатчика напряжения, о т л и ч а и ш а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, выход датчика Фазы через первый узел компенсирующей обратной связи подключен к третьему входу суммирующего устройства и связан с первым усилителем через дополнительный суммирующий элемент, второй вход которого через второй узел компенсирующей обратной связи соединен с выходом датчика мощности.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторсксе свидетельствь Р 408465, Н, 05 В 5/08, 1972.