Индукционная установка

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а 847529 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 030979 (21) 2814545/24-07с присоединением заявки Нов(51)М, Кл, Н 05 В 6/08 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(54 ) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА Изобретение относится к машиностроению и металлургии и можетбыть использовано при термообработке деталей, плавке, нагреве перед 5пластической деформацией и т.д,Известны индукционные установки,.в которых для поддержания в силовомконтуре (индуктор-конденсаторнаябатарея) режима резонанса токов ис- Опользуются либо управляемые индуктивности, либо дискретно-коммутируемыеступени батареи силовых конденсато ров, причем поиск параметров настройки силового контура в токовый резонанс ведется непосредственно в силовом контуре Г 13 и Г 2(.Однако при этом, ввиду тяжелыхусловий коммутации в силовом контуре,особенно при повышенной частотепитающего тока (1000 Гц и выше), . 2 Опри каждом переключении контактасилового реле приходится отключатьпитание индуктора и выдерживать паузу, необходимую для разрядки конденсаторов, что значительно увеличивает время регулирования ипрепятствует осуществлению автоматическогоуправления процессом нагрева. С другой стороны, ступенчатость регулирования ведет к значительному увели- ЗО чению 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 созе не.менее 3, что ведет к увеличению габаритов установки и к снижению срока ее службы н надежности работы, особенно в нагревательной установке, работающей в режиме частой смены номенклатуры заготовок или при периодическом скоростном нагреве (7-10 с).. 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, датчики тока и напряженйя источника питания, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования фазы напряжения итока источника питания, выход датчика рассогласования подключен ковходу интегрального переключателя,первый выход которого соединен содной из обкладок запоминающегоконденсатора, вторая обкладка которого заземлена, электрическую модельустановки, содержащую модель источника питания, подключенную к ней модель индуктора, параллельной кото-.рой подключены цепочки из последовательно соединенных моделей компенсирующих конденсаторов и интегральныхключей модели, причем число цепочекравно числу цепочек установки, датчики тока и напряжения источника питания модели, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования модели, при этом управляющийвход каждого коммутирующего элементачерез согласующий элемент связан сСОотВЕтотВУЮЩИМ ВЫХОДОМ ЦИФРОВОГОсумматора, каждый вход которого почислу коммутирующих элементов соединен с управляющим входом соответствующего интегрального ключа моделии выходом реверсивного двоично-десятичного счетчика, а управляющий входцифрового сумматора соединен с первым Выходом синхронизатора, второйвыход которого связан с управляющимвходом источника питания, а третийс управляющим Входом интегральногопереключателя Г 31,Недостатком данного устройстваявляется обработка любых отклоненийпутем путем предварительного подборарезультирующей емкости на модели,что усложняет структуру модели итребует дополнительных элементов(регулируемой индуктивности модели,ключей, усилителя, запоминающего 4 Оконденсатора).Цель изобретения - упрощение установки и увеличение ее надежности путем разделения каналов регулированиякоэффициента мощности при малых 45.(не более 5) и значительных (более5) возмущениях.Для достижения этой цели установка снабжена компаратором, первыйвход которого соединен со вторым ЗОвыходом интегрального переключателяи управляющим входом регулируемойиндуктивности, второй - с задатчикомопорного напряжения, а выход - с первым входом синхронизатора, ко второму входу которого подключен выход конечного выключателя, и реверсирующимэлементом, выполненным, напримерв виде нуль-органа и генератора тактовых импульсов, к первому входукоторого покдлючен второй выход ин- Ятегрального переключателя, ко второ..му - выход датчика рассогласованиямодели, а два его выхода соединенысь входами указанного реверсивногосчетчика, 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 статического режима работы установки. Контур 1 соединен с силовым источником 9 питания, а датчик 10 фазового рассогласования тока и напряжения источника с трансформатором 11 напряжения и трансформатором 12 тока. Выход датчи ка 10 в положенииинтегрального 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 комйаратора 14 соединен с выходом задатчика 15 опорного напряжения, В положенииинтегрального переключателя 13 выход датчика 10 соединен с первым входом реверсирующего элемента 16 и запоминающим конденсатором 17. Блок 16 представляет собой нуль-орган и запускаемый им генератор тактовых импульсов, выполненные по одной из известных схем. Второй вход блока 16 соединен с выходом датчика 18 фазовс".о 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 то" ку, потребляемому от источника 22 питания подели. Модель 19 содержит конденсаторы 23-26 и элемент, моделирующий индуктор 27. 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 Выхоцами цифрового сумматора 33, .выходы которого через согласукщйй элемент 34, сод ржащий токовые усилители, соединены с коммутирующими элементами (реле) 35-38, контакты 39-42 которых расположены в цепях компенси- .рующих конденсаторов силового контура . Выход компаратора 14 соединен с первым входом синхронизатора 43, второй вход которого соединен с выходом. конечного выключателя 44. Син-. хронизатор 43 связан выходами с управляющим входом цифрового суьякатора 33, управляющими входами источника 9 питания и переключателя 13.Устройство работает следующимобразом.При поступлении очередной заготовки в индуктор конечный выключатель44 дает команду на синхронизатор 43,который ставит переключатель 13 вположение . При этом стабилизациякоэффициента мощности печи при малыхвозмущениях происходит в контуре силовой резонансный контур 1 - датчик10 фазового рассогласования 10управляемая индуктивность 8 в том1 Ослучае, если выходной сигнал датчика 10 не превышает величины опорного напряжения на выходе задатчика 15, если же эти сигналы равны иливыходной сигнал датчика 10 больше 15опорного напряжения, срабатываеткомпаратор 14, выдающий команду насинхронизатор 43, который переводитпереключатель 13 в состояние 1,разрывая контур регулирования в малом. Индуктивное сопротивление управляемой индуктивности 8, представляющей собой магнитный усилитель,работакщий в режиме дросселя насыщения, за счет заранее выбранного 25еигнала на обмотке смещения принимает при разрыве контура регулирования в малом значение, равное поабсолютной величине реактивномусопротивлению конденсатора 7, что Зоравнозначно 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 конденсаторов23-26. Если разомкнутое состояниеключей 29-32 обозначить через "0",а замкнутое через "1", то при резонансе токов в модели 19 состояниеключей 29-32 описывается двоичным 40числом 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 дляосуществления разряда конденсаторов3-6. На входе реверсирующего устрой.ства 16 сравниваются выходные сигналы датчиков 10 и 18. Реверсирующееустройство 16 в зависимости от знакасуюы этих сигналов выбирает направление счета реверсивного счетчика28 и выдает тактовые импульсы на егосчетный вход. В результате изменениясостояния выхода счетчика 28 припомощи электронных ключей 29-32производится перекоммутация конденсаторов 23-26 в функции разности выходных сигналов датчиков 10 и 18.Модель 19 выводится из состояния токового резонанса эа счет изменениясуммарной емкости конденсаторов23-26. При достижении равенстваабсолютных величин выходных сигналов датчиков 10 и 28 процесс счвта 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 приращениюд С суммарной емкости, то в результате процесса перенастройки модели суммарная емкость конденсаторон 23-26 меняется на величину, равную (А-В)х а С. Следовательно, для настройки силового контура 1 в токовый резонанс необходимо, чтобы суммарная емкость конденсаторов 3-6 была равна величине Кк б,С х (2 А-В), где К - коэФФициент подобия между 1 и 19. Емкость конденсаторов 3-6 пропорциональна емкости конденсаторов 23- 26, с коэффициентом к, следовательно достаточно перевести контакты 39-42 в состояние 2 А-В, чтобы выполнить поставленную задачу. После выдержки времени, необходимой для разрядки конденсаторов 3-6, синхронизатор 43 дает команду на цифровой сумматор 33, который осуществляет сдвиг числа 2 А на величину В, соответственно 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 замыкая контур регулирования в малом. При новом превышении выходным сигналом датчика 10 величины опорного напряжения устройство вновь осуществляет все операции в, выше описанной последовательности.Применение устройства автоматического регулирования коэффициента мощности индукционной печи позволяет не только экономить дефицитную электроэнергию за счет сокращения времени перенастройки силового резонансного контура в переходных режимах нагрева, но за счет исключения излишних коммутаций контура питания индуктора при перенастройке силового резонансного контура повысить качество нагрева заготовок и срок службы установки, а также обеспечить работу автоматической системы управления процессом нагрева. Пока выходной сигнал датчика фазового рассогласования напряжения и тока силового источника не превышает выходного сигнала датчика опорного напряжения, процесс стабилизации сов Ч осуществляется в замкнутой системе силовой резонансный контур - датчик фазового рассогласования напряжения и тока силового источника - управляемая индуктивность. При этом с высоким быстродействием (10с) и точностью до 1 компенсируются малые возмущения (не более 5). Когда же выходной сигнал датчика фазового рассогласования напряжения и тока силового источникаФормула изобретения превышает величину опорного напряже ния, что бывает при больших возмущениях (5), устройство автоматически настраивает силовой контур в токовый резонанс с помощью изменения суммарной величины емкости компенсирующих конденсаторов путем их перекоммутации, причем перекоммутация ос ществляется при однократном отключении силового источника питания индук тора, причем процесс поиска величины емкости на модели идет одновременно изаканчивается ранее пРоцессаразрядки компенсирующих конденсато- роВ .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. 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, датчики тока и напряжения источника питания, выходы которых соединены со входами датчика рассогласования фазы напряжения и тока источника питания, выход датчика рассогласования подключен ко входу интегрального переключателя, первый выход которого соединен с одной из обкладок запоминающего конденсатора, вторая обкладка. которого заземлена, электрическую 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 фустановки, датчики тока и напряженияисточника питания модели, выходыкоторых соединены со входами датчика рассогласования модели, при этомуправляющий вход каждого коммутирующего элемента через согласующийэлемент связан с соответствующим выу- ходом цифрового сумматора, каждыйвход которого по числу коммутирующихэлементов соединен с управлякщимвходом соответствующего интегрального ключа модели .и выходом реверсив, ного двоично-десятичного счетчика,а управляющий вход цифрового сумматора,соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого свя 5 зан с управляющим входом источникапитания, а третий - с управляющимвходом интегрального переключателя,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью упрощения установки, увели 2 О чения ее надежности путем разделенияканалов регулирования при различныхвозмущениях, установка снабжена компаратором, первых вход которого соединен со вторым выходом интегральнор 5 го переключателя и управляющим входомрегулируемой индуктивности, второйс 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 подключен второйвыход интегрального переключателя,ко второму - выход датчика рассогласования модели, а два его выходасоединены со входами указанного реверсивного счетчика.Источники информации,40 принятые,во вниманиепри экспертизе1. Патент США У 4055740,кл, 219-10.75, 1978.2. Гитгарц Д.А., Иоффе Ю,С. Новыеисточники питания и автоматика ин:щ дукцирнных установок для нагреваи плавки. ГЭИ, 1972, с. 20-28.3. Авторское свидетельство СССРпо .заявке М 2800358/07,кл Н 05 В 5/06, 1979.. Турпак Корректор Ю. Макаре ставитель хред А.А Тираа 889сударственного комитет ам изобретений и открй ква, З; Рауюская н иая, 4 г. УагорВрое Редактор О. Петрушко Заказ 5530/86 ВНИИПИ Г по дел 113035, Иос