Двухзонная установка для индукционного нагрева

 

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, отличающаяся 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 пропорционадьной передаточной характеристикой , к первому входу которого подключен задатчик соотношений врег менных интервалов, а к второму - выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характерис (Л 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 и- , чающаяся тем, что каждый i канал снабжен регулятором технологического параметра, выход которого подключен к дополнительному входу блока сравнения. 3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что фазосдигающий блок каждого канала выполнен с нелинейной передаточной характеристикой типа насыщение, а пороговый элемент имеет зону нечувствительности , равную участку линейности фазосдвигающего блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

5 Л

РЕСПУБЛИК

09) (11) З g H 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3571882/24-07 (22) 08.02.83 (46) 15.05.84. Бюл. Р 18 (72) А.В. Иванов и М.M. Иульменко (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621.365.52(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 657571, кл. H 02 M 7/515, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

11 955525, кл. Н 05 В 6/06, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР и 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

I подключен задатчик соотношений вреЪ менных интервалов, а к второму — выход второго компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, 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.

1092758

Изобретение относится к индукционному нагреву, в частности к системам управления температурой или мощностью индукционных установок.

Известны двухзонные индукционные

5 установки, содержащие инвертор, нагруженный на две резонансные нагрузки, предварительно настроенные на различные частоты, и два канала управления, каждый из которых содержит датчик электрического параметра нагрузки и регулирующее устройство, причем выход регулирующего устройства через ключевую схему связан со входом управления частотой задающего генератора инвертора, а управляющие входы ключевой схемы соединены с выходами датчика технологического параметра и пересчетной схемы j) 3.

Однако область применения таких систем ограничена индукционными установками с большой тепловой инерцией нагреваемых зон или невысокими требованиями к точности подд; ржания выходных параметров, поскольку частота переключений нагрузок не превышает

Гц, что приводит, во-первых, к пульсациям электрических и техноло39 гических параметров (температур) нагрузок, во-вторых, к электродинамическим ударным нагрузкам на конструктивные элементы индукционных нагревателей, что снижает их надежность .

Известны также индукционные установки, содержащие инвертор, нагруженный на две резонансные нагрузки, Ъ предварительно настроенные на различ4О ные частоты и два канала управления, каждый из которых содержит датчик и задатчик регулируемого параметра, выходы которых соединены с элементом сравнения, выход которого связан

45 с регулирующим устройством, причем выход первого канала соединен со входом блока управления выпрямителем, а выход второго канала — со входом управления частотой задающего генератора инвертора f 2 ).

Однако область применения такой системы ограничена индукционными установками, параметры резонансных нагрузок которых мало изменяются в ходе технологического процесса, что является 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 g.

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, второй

1092758

35 где Ч; — фаза выходного тока, 1Н вЂ” фаза напряжения нагрузки, 50 р реобрàзуе с прямоугольные импульсы в усилителеограничителе 2 1, проходит через ключ 22 канала 4, элемент ИЛИ 15, диффе. ренцирующий элемент на синхронизирующий вход задающего генератора 23. . Благодаря этому обеспечивается генерация инвертором волн выходного тока, синхронных с волнами напряжения контура 2, с некоторым сдвигом по вход упомянутого компаратора соединен с выходом первого компаратора с пропорциональной передаточной характеристикой, к первому входу которого поДключен задатчик соотно5 шения 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. 15

Кроме того, в каждый канал управления введен автоматический регулятор технологического параметра

1 выход которого связан с элементом сравнения. 20

В каждом канале управления фазосдвигающий блок выполнен с нелинейнои 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 ка

У 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, в

45 нее входят задатчик 10 соотношения временных интервалов работы канала

Э компараторы 11 и 12 с пропорциональнои передаточной характеристикой

У компаратор 13 с релейной передаточнои 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, усилительограничитель 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.

Индексы и !! относятся к элементам первого и второго каналов 4 и 5. !.! и U<< — 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

Зсав р 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 угол

1092758 6 фазе, 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 н гналу регулятора 9, измеблоков, на выходах которых присутству- няющему в о с ответствии с передаточют соответствующие сигналы.

5 ной характерис Ф тикои щазосдвигаюДля простоты на фиг. 2 для обоих щего устройств 20 (ф . 3) . а ц иг. г . Кроме каналов управления принято и = О. того если б сли нео ходимо регулировать

Одновременно с подачей выходных температуру нагреваемого объекта, 16 на вхо импульсов дифференцирующим элементом выход регулятора температу ы на вход задающего генератора 23, 10 чают к входу блока 8 сравнения вмесэти импульсы также поступают на вхо- то задат и 7 атчика или вместе с ним ды интегратора 17 и счетчика l8, (пунктирная стрелка на фиг. 1). коэффициент счета которого на фиг. 2 В том случае том случае, когда изменение принят равным десяти. Это вызывает фаэо ь аэовых сдвигов в каналах управления формирование на выходе интегратора

17 т !

5 с ечивает тре уемого соотно б

7 ступенчато-нарастающего напряже- шения а а ения параметров нагрузок, вступают ния с числом ступеней десять. в рабо у в ра оту элемент ), компараторы

Если сигналы с пороговых элемен- эадатчик о, благодаря чему тов 19 не поступают, на выхо е комд достигается изменение соотношения чиспаратора 11 сигнал также равен нулю

20 ла периодов б дов ра оты каналов в течеи на. вход компаратора 13 через ком- ние цик а цикла, вплоть до непрерывной рапаратор 12 поступает лишь сигнал, боты одного канала. пропорциональный напряжению задатчи- Предположим с дположим, сигнал задатчика 7 ка интервалов работы каналов управ- канала управления 4 много больше ления, В момент +< (фиг. . Ра- 25 сигнала задания в канале 5. При этом венства сигналов на входах компара- сигнал на входе порогового элемента тора 13 с релейной характеристикой канала ольше зоны нечувствипоследний скачком изменяет свой тельности ц иг. э и сигнал, провыходной сигнал с уровня "единицы" порциона о альныи сигналу блока 9, постуна уровень "нуля", вследствие чего

30 пает на инвертиру тирующии вход компараключ 22 в канале 4 закрывается а

У тора 11 а, что приводит к увеличению в канале 5 открывается под действи- сигнала н л на инвертирующем входе комем выходного игнала элемента НЕ 14. парат l3 тора и, следовательно, к сдвиНа интервале t -4Z аналогичным гу вправо моме нта 1 выключения образом происходит синхронизация

| первого канала. Если сигнал с ызадающего генератора 23 с моментами выхода компаратора 12 превышает амплиперехода через нуль напряжения нагрузки 3. туЛу ступенчато-нарастающего напряжения, система будет постоянно раВ момент t, разность входных сиг- ботат отать на нагрузку 2. налов компаратора 13 меняет знак очность поддержания парамет ов и вновь вступает в работу канал 4 ® „а р ров нагрузок в предлагаемой установке, управления. Далее указанные процессы несмотря на циклические переключециклически повторяются через десять ния каналов управления, не уст пают импульсов задающего генератора 23. у yäääT точности в известной установке

В течение каждого цикла фаза вы- что об ч ходкого тока инвертора дважды скач- мнговенной поцстройке фазы тока под ком меняется, уравниваясь с фазами фазу азу напряжения соответствующей нанапряжений на нагрузках. грузки частота переключений весьма

Таким образом, в течение пяти высока, благодаря чему во время периодов выходного тока максимальная пау паузы работы канала напряжение на мощность выделяется в нагрузке 2, и соотве соответствующей нагрузке затухает в течение остальных пяти периодов— незначительно, а температура нагрев нагрузке 3 (известно, что при ну- ваем б емого о ъекта практически не измелевом сдвиге фаэ 5Ч = 0 мощность, выделяемая в резонансный нагрузке, и Та ак, например, при испытаниях напряжение на ней максимальны, 55 предлаг е предлагаемой установки с инвертором фиг. частотой 10 кГц частота циклов сосВ общем случае в установке, изобра- тавляла 1000 Г

Гц и какие-либо пульсаженной на фиг. 1, происходит поддер- ции температур металлических образ1092758 цов, нагреваемых в индукторах, не быпи зафиксированы, точность регулирования температура составила

0 1Х. 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 установки 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.Турпак

Техред С.Мигунова

Редактор А.Химчук

Корректор М. Щароши

Заказ 3279/45

fE

8P

ding

Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4