Индукционная установка

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ)849557 Союз СоеетскикСоциалистическихРеспублик(54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА 3Изобретение 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 мощности 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 11.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 12.Однако тяжелые условия переключения всиловом контуре обуславливают необходимость выключения питания индуктора при каждом переключении конденсаторов, при этом время регулирования достаточно велико (1 - 5 с), что делает применение этого способа целесообразным как при скоростном периодическом нагреве, так и при нагреве 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 пос 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, ступенчатоепереключение 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 мощности 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 соединены 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.Установка 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 регулируемой 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, 40 45 50 55 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 сов 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. Причем 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. параллельно присоединенных к нему через коммутирующие элементы, например интегральные ключи 27 - 30, конденсаторов 31 - 34, и цепи добавочного конденсатора 35, последовательно соединенного с регулируе мой индуктивностью 36.Модель 25 соединена с источником 37питания модели, а также через трансформатор ЗФнапряжения и резистор К с датчиком 39 фазового рассогласования напряжения и тока источника 37 питания, выход которого соединен со вторыми входами нуль- органа,23 и сумматора 24, Выход нуль-органа 23 соединен со входом синхронизатора 40, первый выход которого соединен с управляющим входом интегрального ключа 15 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 входоммногоканального 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 сумэп матора 42, выходы которого соединены черезсогласующее 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.Изменением суммарной величины емкости конденсаторов 31 - 34 и величины регулируемой индуктивности 36 модель 25 выводят из состояния токового резонанса, причем сов рее при равенстве абсолютных величин сигналов на выходах датчиков 20 и 39равен по абсолютной величине сов рсилового резонансного контура.Обозначая разомкнутое состояние ключей 27 - 30 через О, а замкнутое через 1, можно описать их первоначальное положениедвоичным 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 1531 - 34 подобраны так, что при каждых двухсостояниях ключей 27 - 30, описываемых двумя соседними действительными двоичнымичислами, суммарная емкость их отличаетна ЬС.20Если в результате поиска значение суммарной емкости модели увеличилось на величину Р = В-А = 0100 = 4 кЬС, то длянастройки силовоГо контура 1 в токовый резонанс необходимо суммарную емкость конденсаторов 11 - 14 уменьшить на величинуКк 4 кЬС, где К - коэффициент подобия модели 25 и силового контура 1,Соответственно, если величина регулируемой индуктивности 36 изменилась в процессе поиска на ЬХ необходимо изменить зовеличину индуктивности 16 на (-К ЬХ о)После достижения равенства выходныхсигналов датчиков 20 и 39 все эти операциивыполняются следующим образом.Нуль-орган 23 выдает команду на синхронизатор 40, который выключает силовой З 5источник 17 питания и с выдержкой времени,необходимой для разряда . конденсаторов11 - 14 и переключения контактов 3 - 6, подает команду на замыкание ключа 41 и размыкает ключ 21, При этом на конденсаторе44. запоминается сигнал, необходимый дляизменения после включения источника 17питания значения индуктивности 16 на величину (-КхЬХр). Этот сигнал передаетсяна индуктивность 16 через усилитель 45 скоэффициентом усиления (-К).45Размыкание ключа 21 необходимо длятого, чтобы сигнал рассогласования фаз напряжения и тока источника питания индуктора, сохранившийся на конденсаторе 22,не исказился после отключения источника17 питания. Одновременно цифровой сумматор 42 (он может быть реализован на любом серийном микропроцессоре), получивсигнал от синхронизатора 40 на свой разрешаюций вход, выполняет операцию А ++ (А - В) = 2 А - В, где В поступает с вы 55хода счетчика 46, а А вводят заранее в память 42 после настройки модели. Полученное двоичное число 2 А - 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 схе: ма возвращается в исходное состояние. Сигнал с выхода усилителя 45 изменяет значение индуктивности 16 на величину (-КкЬХ о 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 ниже.1/о) при широком диапазоне без увеличения габаритов установки.Формула изобретенияИндукционная 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 коммутируюшего 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, 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 запоминаюШим конденсатором и через контактную группу первого интегрального ключа с выходом датчика рассогласования установки, выход нуль-органа связан со входом синхрониза849557 ТурпакКорректор Л, ИванПодписноеитета СССР Составитель О,ва Техред А. БойкасТираж 889ИИПИ Государственного компо делам изобретений и открытий5, Москва, Ж - 35, Раушская набд. 4/ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна едактор Н. Егораказ 6122/80ВН 1130илиал тора, 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 усили тели, 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 свыходами реверсивного счетчика, подключенного входом ко второму выходу оптимизатора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Гитгарц Д. А. и Иоффе Ю. С. Новые источники питания и автоматика индукционных установок для нагрева и плавки. .М., Энергия, 1972, с. 26 - 27.2, Электрооборудование и автоматика электротермических установок. М., Энергия, 1978, с, 141 - 155.