Двухзонная установка для индукционного нагрева

СОЮЗ СОВЕТСНИХОЗ.ЮЛИЮИЕКиИПРЕСПУБЛИК 09) (11) 3151) Н 05 В 6/06 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ъ СВИДЕТЕЛЬСТ ТОРС менк виационГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) А.В. Иванов и М.М. Муль о (71) Уфимский ордена Ленина а ный институт им. Орджоникидзе (53) 621.365.52(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 657571, кл. Н 02 М 7/515, 1977.2. Авторское свидетельство СССР Мф 955525, кл. Н 05 В 6/06, 1980.3. Авторское свидетельство СССР В 909794, кл. Н 02 Р 13/ 18, 1979. (54)(57) 1, ДВУХЗОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, содержащая снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к резонансным колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен с входом регулятора режима, о т - л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, регулятор режима каждого канала управления через управляющий вход фазосдвигающего блока, усилитель-ограничитель и ключ связан с входом логического элемента ИЛИ, выход которого через дифференцирующий элемент подключен к управляющему входу задающего генератора инвертора, входу счетчика и входу интегратора, сбрасывающий вход которого соединен с выходом счетчика, а выход - с первым входом компаратора с релейной передаточной характеристикой, выход которого подключен к управляющим входам ключей обоих каналов управления, одного - непосредственно, а другого - через элемент НЕ, второй вход упомянутого компаратора соединен с выходом первого компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, к первому входу которого подключен задатчик соотношен)о) временных интервалов, а к второму - выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характерис-. тикой, входы которого через порого- . вые элементы соединены с выходами регуляторов режима каждого канала, при этом входы фазосдвигающих блоков соединены с выходами контуров.2. Установка по п, 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что каждый канал снабжен регулятором технологического параметра, выход которого подключен к дополнительному входу блока сравнения.3. Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что фаэосдигающий блок каждого канала выполнен с нелинейной передаточной характеристикой типа "насыщение", а пороговый элемент имеет зону нечувствительности, равную участку линейности фазосдвигающего блока.Изобретение относится к индукционному нагреву, в частности к системам управления температурой илимощностью индукционных установок.Известны двухзонные индукционные5установки, содержащие инвертор, нагруженный на две резонансные нагрузки, предварительно настроенные наразличные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик электрического параметранагрузки и регулирующее устройство,причем выход регулирующего устройства через ключевую схему связансо входом управления частотой задающего генератора инвертора, а управляющие входы ключевой схемы соединены с выходами датчика технологического параметра и пересчетной схемы3.Однако область применения таких систем ограничена индукционными установками с большой тепловой инерцией нагреваемых зон или невысокими требованиямик точности подд; ржания выходныхпараметров, поскольку частота переключений нагрузок не превышаетГц, что приводит, во-первых,к пульсациям электрических и технолоЭОгических параметров (температур)нагрузок, во-вторых, к электродинамическим ударным нагрузкам наконструктивные элементы индукционныхнагревателей, что снижает их надежнос ть.35Известны также индукционные установки, содержащие инвертор, нагруженный на две резонансные нагрузки,предварительно настроенные на различ 4 Оные частоты и два канала управления,каждый из которых содержит датчики задатчик регулируемого параметра,выходы которых соединены с элементомсравнения, выход которого связан43а регулирующим устройством, причемвыход первого канала соединен со входом блока управления выпрямителем,а выход второго канала - со входомуправления частотой задающего генератора инвертора 2 3.Однако область применения такойсистемы ограничена индукционными установками, параметры резонансных нагрузок которых малоизменяются входе технологического процесса, чтоявляется необходимым условием инверсной зависимости от частоты мощностей в резонансных нагрузках. Наличие управляемого выпрямителя снижает надежность таких систем.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является двухпозиционная установка для индукционного нагрева, содержащая снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен со входом регулятора режима 3 .В известном устройстве первый канал выполняет функции регулятора выходного тока инвертора, а во втором - функции изменения выходной частоты инвертора.Критичность к изменению резонансных частот нагрузок и необходимость в регуляторе выходного тока - недостатки известной системы, ограничивающие ее область применения и надежность.Цель изобретения - повышение надежности и расширение области применения системы.Цель достигается тем, что в двухзонйой установке для индукционного нагрева, содержащей снабженный задающим генератором инвертор, подключенный к колебательным контурам каждой зоны, настроенным на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик электрического параметра своего контура, подключенные к входам блока сравнения, выход которого соединен со входом регулятора режима, который через управляющий вход фазосдвигающего блока, усилитель-ограничитель и ключ связан со входом логического элемента ИЛИ, выход которого через дифференцирующий элемент подключен к управляющему входу задающего генератора инвертора, входу счетчика и входу интегратора, сбрасывающий вход которого соединен с выходом счетчика, а вы-, ход - с первым входом компаратора с релейной передаточной характеристикой, выход которого подключен к управляющим входам ключей обоих каналов, одного - непосредственно, а другого - через элемент НЕ, второй30 35 вход упомянутого компаратора соединен с выходом первого компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, к первому входу которого подключен задатчик соотно 5 щения временных интервалов,. а к второму - выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, входы которого через пороговые элементы соединены с выходами регуляторов режима каждого канала, при этом входы фаэосдвигающих блоков соединены с выходами контуров. 15Кроме того, в каждый канал управления введен автоматический регулятор технологического параметра1 выход которого связан с элементом сравнения. 20В каждом канале управления фазосдвигающий блок выполнен с нелинейчнои передаточной характеристикой типа "насыщение", а пороговое устройство имеет зону нечувствительност и 25 равную участку линейности фазосдвигающего блока.На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемой системы, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу; на фиг. 3 - передаточные (статические) характеристики фазосдвигающего устройства, порогового устройства и инвертора для одной из резонансных нагрузок.Установка содержит инвертор 1, нагруженный на два резонансных колебательных контура, являющихся нагруз" ками 2 и 3, предварительно настроенные на различные частоты и два каУ 40 ла 4 и 5 управления, каждый из которых содержит датчик 6 и задатчик 7 электрического параметра, выходы которых соединены со входами блока 8 с равнения, выход которого связан с регулятором 9 режима, Кроме того, в45 нее входят задатчик 10 соотношения временных интервалов работы каналаЭ компараторы 11 и 12 с пропорциональчнои передаточной характеристикойУ компаратор 13 с релейной передаточчнои характеристикой, логические элементы НЕ 14 и ИЛИ 15, дифференцирующий элемент 16, интегратор 17, счетчик 18, а в каждом канале управления имеется пороговый элемент 19, фазосдвигающий блок .20, усилитель- ограничитель 21, ключ 22. Выход диференцирующего элемента 16 подключен к синхронизирующему входу задающего генератора 23, Резонансные контуры 2 и 3 представляют собой колебательные контуры, образованные индукторами и компенсирующими конденсаторами, и могут быть подключены к выходу инвертора 1 последовательно или параллельно. В первом случае используется инвертор тока и параллельная компенсация индукторов. Во втором случае - инвертор напряжения и последовательная компенсация. Датчики 6 электрического параметра нагрузки служат для преобразования сигнала напряжения нагрузки в пропорциональный сигнал постоянного тока, В. общем случае датчики 6 могут измерять и другие электрические параметры нагрузок: ток индуктора, активную мощность, фазовый угол нагрузки. Индексыиотносятся к элементам первого и второго каналов 4 и 5.09 и О,0 - напряжения регуляторов 9 и 10.Установка работает следующим образом.При запуске задающий генератор начинает работать в автоколебательном режиме, при этом частота его импульсов заведомо ниже резонансных частот контуров. Под действием импульсов выходного тока инвертора в резонансных контурах 2 и 3 возбуждаются синусоидальные колебания напряжения и тока. Сигнал напряжения подается на вход фазосдвигающего блока 20, а через датчик 6 - на блок Зсавр нения, где сравнивается с сигналом задатчика 7. Разностный сигнал после преобразования в соответствии с принятым законом управления в регулирующем устройстве действует на управляющий вход фазосдигающего блока 20. Сдвинутый по фазе на уголН 1где Ч; - Фаза выходного тока,Н - фаза напряжения нагрузки, сигнал напряжения преобразует я прямоугольные импульсы в усилителе- ограничителе 2 1, проходит через ключ22 канала 4, элемент ИЛИ 15, дифференцирующий элемент на синхронизирующий вход задающего генератора 23. . Благодаря этому обеспечивается генерация инвертором волн выходного тока, синхронных с волнами напряжения контура 2, с некоторым сдвигом по51092758 6фазе, пропорциональным сигналу регу- жание не максимальных значений налятора 9. На фиг. 2 оси ординат вре- пряжения нагрузок, а их регулироваменных диаграмм помечены номерами ние по си нгналу регулятора 9, измеблоков, на выходах которых присутству- няющему в ос ответствии с передаточют соответствующие сигналы.5ной характерис Фтикои щазосдвигаюДля простоты на фиг. 2 для обоих щего устройств 20 (ф . 3) .а риг. г . Кромеканалов управления принято В= О. того если бсли нео ходимо регулироватьОдновременно с подачей выходных температуру нагреваемого объекта,16 на вхоимпульсов дифференцирующим элементом выход регулятора температу ына вход задающего генератора 23, 10 чают к входу блока 8 сравнения вмесэти импульсы также поступают на вхо- то задат и 7атчика или вместе с нимды интегратора 17 и счетчика 18, (пунктирная стрелка на фиг. 1).коэффициент счета которого на фиг, 2 В том случаетом случае, когда изменениепринят равным десяти. Это вызывает фаэо ьаэовых сдвигов в каналах управленияформирование на выходе интегратора17 течивает тре уемого соотноб7 ступенчато-нарастающего напряже- шения а аения параметров нагрузок, вступаютния с числом ступеней десять. в рабо ув ра оту элемент , компараторыЕсли сигналы с пороговых элемен- эадатчик о, благодаря чемутов 19 не поступают, на выхо е комд достигается изменение соотношения чиспаратора 11 сигнал также равен нулю20ла периодов бдов ра оты каналов в течеи на. вход компаратора 13 через ком- ние цик ацикла, вплоть до непрерывной рапаратор 12 поступает лишь сигнал, боты одного канала.пропорциональный напряжению задатчи- Предположим сдположим, сигнал задатчика 7ка интервалов работы каналов управ- канала управления 4 много большеления, В момент +.1 (фиг. 2) ра сигнала задания в канале 5. При этомвенства сигналов на входах компара- сигнал на входе порогового элементатора 13 с релейной характеристикой канала ольше зоны нечувствипоследний скачком изменяет свой тельности циг, эг и сигнал, провыходной сигнал с уровня "единицы" порционао альныи сигналу блока 9, постуна уровень "нуля", вследствие чего30пает на инвертирутирующии вход компараключ 22 в канале 4 закрывается а тора 11а , что приводит к увеличениюв канале 5 открывается под действи- сигнала нл на инвертирующем входе комем выходного сигнала элемента НЕ 14. парат 13тора и, следовательно, к сдвиНа интервале 1,1-12 аналогичным гу вправо моме нта 1 выключенияобразом происходит синхронизация первого канала, Если сигнал с ызадающего генератора 23 с моментамивыхода компаратора 12 превышает амплиперехода через нуль напряжения нагрузки 3.туду ступенчато-нарастающего напряжения, система будет постоянно раВ момент 12 разность входных сиг- ботатотать на нагрузку 2.налов компаратора 13 меняет знакочность поддержания парамет ови вновь вступает в работу канал 4ар ровнагрузок в предлагаемой установке,управления. Далее указанные процессы несмотря на циклические переключециклически повторяются через десять ния каналов управления, не уст паютимпульсов задающего генератора 23.нияу упаютточности в известной установке,В течение каждого цикла фаза вы- что обчто о условлено тем, что благодаряходкого тока инвертора дважды скач- мнговеннрй поцстройке фазы тока подком меняется, уравниваясь с фазами Фазуазу напряжения соответствующей нанапряжений на нагрузках. грузки частота переключений весьмаТаким образом, в течение пяти высока, благодаря чему во времяпериодов выходного тока максимальная пау бпаузы работы канала напряжение намощность выделяется в нагрузке 2, и соотвесоответствующей нагрузке затухаетв течение остальных пяти периодов - незначительно, а температура нагрев нагрузке 3 (известно, что при ну- ваем бемого о ъекта практически не измелевом сдвиге фаэ дЧ = 0 мощность,выделяемая в резонансный нагрузке, и Таак, например, при испытанияхнапряжение на ней максимальны, 55 предлаг епредлагаемой установки с инверторомфиг. частотой 10 кГц частота циклов сосВ общем случае в установке, изобра- тавляла 1000 ГГц и какие-либо пульсаженной на Фиг. 1, происходит поддер- ции температур металлических образцов, нагреваемых в индукторах, не быпи зафиксированы, точность регулирования температура составила 0,1 Х. Кроме того, точность регулиро" вания дополнительно повышается при увеличении частоты переключений, которая может быть доведена при коэффициента счета два до 5000 Гц.В отличие от прототипа установка малокритична к изменению параметров нагрузок, так как резонансные частоты нагрузок могут быть достаточно широко разнесены. Надежность уставовки повышена благодаря исключению из нее наиболее нагруженного и малонадежного элемента - силового регулятора выходного тока инвертора (управляемого выпрямителя или широт" но- или фазоимпульсного регулятора).Таким образом, использование изобретения позволяет при сохранении высокой точности регулирования расши" рить диапазон регулирования, повысить надежность и расширить область применения двухзонной индукционной установки.1092758 Составитель О.ТурпакРедактор А.Химчук Техред С.Мигунова Корректор М.йароши Заказ 3279/45 Филиал ППП "Патен Ужгород, ул. Проектная,Тираж 783 ВНИИПИ Государ по делам изоб 113035, МоскваПодписноевенного комитета СССРтений и открытийЖ, Раушская наб., д, 4/