Индукционная плавильная установка

 

1. ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирзгющими конденсаторами, образующими с ними резона«сные контуры, и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе, отличающаяся тем, что, с целью повыпения производительности установки, она снабжена датчиками напряжения каждой катущки , коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и блоком автоподстройки частоты, выходы датчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первому входу блока сравнения и сигнальному входу блока автоподстройки частоты, к выходу которого подключен управлянмций вход задающего генератора , а к управляющему входу - выход (Л блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения , связанного управляющим входом с выходом генератора низкой частоты и счетньм входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов , причем резонансные контуры настроены на различные частоты. 4 сл 4 со 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C0 ËÈÑTÈ×ÅÑHÈХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (И) 4(59 Н 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фий. I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3668055/24-07 (22) 24.11.83 (46),15.03.85. Бюл. В 10 (72) А.В.Иванов, M.M.Ìóëüìåíêî и П.С.Ройзман (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникид— зе (53) 62 1.365.52(088.8) (56) 1. Слухоцкий А.Е. и др. Установка индукционного нагрева. Л., Энергоиздат, 1981, с. 247.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 434627, кл. Р 27 D 11/12, 1982.

3. Электропечь ИСВ-2, 5- НИ-ИЗ.

Схема принц ипиальн ая зле к триче ская .

М., ВНИИЭТО, 1976. (54)(57) 1. ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ

УСТАНОВКА, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры, и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности установки, она снабжена датчиками напряжения каждой катушки, коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и блоком автоподстройки частоты, выходы датчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первому входу блока сравнения и сигнальному входу блока автоподстройки частоты, к выходу которого подключен ® управляющий вход задающего генератора, а к управляющему входу — выход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения, связанного управляющим входом с выходом генератора низкой частоты и счетным входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов, причем резонансные контуры настроены на различные частоты.

2. Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок автоподстройки выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, сигнальный вход которого служит первым входом, управляющий вход — вторым входом, а выход — выходом блока автоподстройки.

3. Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок авто1145494

I подстройки частоты содержит блок сравнения, задатчик и датчик фазы, к первому входу которого подключен выход задающего генератора, а второй служит первым входом блока автоподстройки частоты, BTOpb!M входом кото-! рого служит вход задатчика фазы, а выходом — выход блока сравнения, ко входам которого подключены выходы датчика и задатчика фазы.

Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам для управления тепловым и гидродинамическим режимом индукционных установок для плавки, перемешивания или транспортировки жидкого .металла.

Известны индукционные установки, содержащие источник питания повышенной частоты и многофазный индуктор, многофазный источник питания низ- 10 кой частоты, а также дополнительный индуктор, причем источник питания повышенной частоты подключен к дополнительному (греющему) индуктору, а многофазный источник питания подклю- 15 чен к многофазному индуктору f1j .

Во втором варианте устройства индуктор один, но имеется силовой коммутатор, предназначенный для периодического подключения источников 20 высокой и низкой частоты к индуктору.

Недостатки этих устройств — сложность схемы и конструкции, связанная с необходимостью двух источников питания — для нагрева и перемешива- у5 ния металла, а также узость функциональных возможностей, обусловленная нерегулируемостью параметров техпро цесса.

Известна также индукционная уста- . новка, содержащая многофазный источник питания и многофазный индуктор f2) .

Однако в данной установке и нагрев и перемещение металла осуществ35 ляются полем одной частоты, что исклочает раздельное регулирование температуры и скорости перемещения и, следовательно, ограничивает функцио40 нальные,возможности устройства.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является индукционная плавильная установка, содер— жащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры, и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе И .

Недостатком известной установки является низкая производительность, связанная с тем, что операции плавки и перемешивание не совмещены по времени. Кроме того, в ней невозможно одновременное раздельное регулирование плавки и перемешивание расплава.

Цель изобретения — повышение производительности установки.

Поставленная цель достигается тем; что индукционная плавильная установка, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры,и подключены к выходу статиФ ческого преобразователя частоты с задающим генератором на входе, снабжена датчиками напряжения каждой катушки, коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава .на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и бпоком автоподстройки частоты, выходы датчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первым входам блока сравнения и блока автоподстройки частоты, к выходу которо145494 ф

5 f0

f$

50

3 1 го подключен управляющий вход задающего генератора, а к второму входувыход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения, связанного входом с выходом генератора низкой частоты и входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов, причем резонансные контуры настроены на различные частоты.

Кроме того, блок автоподстройки может быть выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, сигнальный вход которого служит первым входом, управляющий вход— вторым входом, а выход — выходом блока а втопод стр ойк и.

Блок автоподстройки может также содержать блок сравнения., задатчик .и датчик фазы, к первому входу которого подключен выход задающего генератора, а второй служит первым входом блока автоподстройки частоты, вторым входом которого служит вход задатчика фазы, а выходом — выход блока сравнения, ко входам которого подключены выходы датчика и задатчика фазы.

На фиг. 1 показана установка, блок-схема, на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу; на фиг. 3 и фиг. 4 — два варианта выполнения установки, блок-схемы.

На графиках фиг. 2 показаны зависимости амплитуды напряжения повышенной частоты катушек У1, U4, U5 от частоты выходного напряжения преобразователя частоты f график изменения частоты f во времени t а также временные диаграммы выходных напряжений генератора низкой частоты U задатчика напряжения Ufg, напряжений катушек Uq, U4, Uq и давлений сжатия расплава Р,, Р4, Р в зонах, где рас плав охвачен катушками соответствующих фаз.

Источник питания выполнен в виде статического преобразователя 1, мно- . гофазный индуктор 2, фазные катушки которого 3-5 соединены с компенсирующими конденсаторами 6-8 и подключены к источнику 1. В случае использования в качестве источника 1 инвертора тока фазные катушки 3-5 соединены последовательно между со— бой и зашунтированы компенсирующими конденсаторами 6-8. Если используется инвертор напряжения, возможно параллельное подключение к выходу инвертора последовательных резонансных контуров, образованных катушками и компенсирующими конденсаторами.

Вход управляемого генератора 11 низкой частоты подключен к задатчику 10 скорости движения расплава, а вьг ход — к счетному входу распределителя 12 импульсов и управляющему входу задатчика 18 напряжения, выходы распределителя 12 импульсов соединены с управляющими входами коммутатора каналов 13, сигнальные входы которого через датчики напряжения 14-16 связаны с катушками 3-5 индуктора 2, а выход соединен с сигнальным входом блока 17 автоподстройки частоты и входом сравнивающего устройства 19, выход блока автоподстройки частоты 17 соединен со входом задающего генератора 9, а выход сравнивающего устройства 19 подключен к управляющему входу блока автоподстройки частоты 17.

В первом в арианте (фиг . 3) блок автоподстройки частоты 17 содержит блок 20 сравнения, задатчик фазы 21 и датчик фазы 22, первый вход измерителя фазы связан с выходом задающего генератора 9, второй служит входом блока 17 автоподстройки частоты, а выход подключен ко входу сравнивающего устройства 20, второй выход которого связан с выходом задатчика фазы 21, а выход является выходом блока автоподстройки частоты 17 и связан со входом управления частотой задающего генератора 9.

Во втором варианте (фиг. 4) блок 17 автоподстройки частоты соI держит управляемое, фаэосдвигающее устройство 23, управляющий вход которого связан с выходом сравнивающего устройства 19, а выход связан со входом задающего генератора 9. Конкретное схемное и конструктивное исполнение блоков устройства может быть следующим.

В качестве блока 1 используется инвертор резонансного типа с обратными диодами. Задающий генератор 9 может быть выполнен по схеме яультивибратора на однопереходном транзис;торе, .сопротивление хронирующей цепи

I которого выполнено в виде транзисто- . ра, базовая цепь которого служит вхо3 11454 дом для управления частотой. Мультивибратор имеет также вход внешней синхронизации, подключенный к эмиттеру однопереходного транзистора. Задатчик скорости движения, расплава 10стабилизатор постоянного напряжения с делителем напряжения на выходе.

Блок 11 — .управляемый по частоте мультивибратор.

Блок 12 выполнен в виде кольцево- 10

ro счетчика, блок 13 состоит из транзисторов по числу каналов, блоки 1416 — трансформаторы напряжения.

Блок 17 в первом варианте содержит измеритель фазы 22 по схеме фазометр 15 или фазовый детектор, задатчик постоянного сигнала 21.

Блоки сравнения 19 и 20 выполнены на операционных усилителях, причем вычитающий вход устройства 19 снаб- 20 жен выпрямителем.

Во втором варианте блок 17 выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, представляющего иэ себя схему задержки со входом 25 управления величиной .задержки.

Блок 18 выполнен в виде автогенератора синусоидальных колебаний с цепью автоподстройки частоты под частоту импульсов блока 11 и выпрямителем ЗО на выходе.

Установка работает следующим образом.

Задающий генератор 9 вырабатывает импульс с частотой и фазой, определяемой сигналом блока 17. Частота выходного тока (напряжения) источника 1. задана частотой импульсов задающего генератора 9. При отсутствии сигнала с блока 19 сравнения 4 под действием сигнала с блока 17 происходит автоматическая настройка источника 1 на резонансную частоту резонансного контура, образованного каушкой и конденсатором. датчик нап-45 ряжения которой связан с блоком 17 коммутатором 13.

На второй вход блока 17 (фиг. 3) постоянно поступают импульсы задающего генератора 9, несущие информацию о фазе выходного тока источника 1. Сигнал разности фаз напряжения и тока с выхода блока 22 в блоке 20 сравнивается с сигналом от задатчика фазы 21 и разностный сигнал воздействует на частоту f зацающего генератора 9, в результате чего происходит настройка источника 1 на часто94 Ь ту, соответствующую заданному фазовому углу. При заданном фазовом угле, равном нулю, происходит подстройка на резонансную частоту соответствующего контура.

Подстройка на заданный сдвиг фаз (фиг. 4) происходит путем синхрони1зации импульсов задающего генератора 9 с импульсами блока 23, полученными сдвигом сигнала U напряжения на фазной катушке (например U>) на некоторую фазу, пропорциональную сигналу блока 19.

При изменении сигнала с блока 19 происходит пропорциональное изменение сдвига фаз между выходным током источника и напряжением на резонансном контуре, с которым связан блок 17 автоподстройки частоты и соответствующее изменение амплитуды напряжения повышенной частоты на фазной катушке.

При переключении каналом коммутатора происходит поочередная подстройка на заданный сдвиг фаз в различных катушках индуктора, причем необходимый период подстройки, соответствующий порядку расположения катушек 3-5 вдоль оси индуктора в пространстве, обеспечивается работой пересчетной схемы 12, а период переключений T„„ задан периодом генерации генератора 11 Т „„и числом фаз.

Таким образом, происходит поочередное возбуждение электромагнитного поля повышения частоты в зонах катушек с одновременным регулированием амплитуды напряженности магнитного поля по сигналу задатчика 18.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы циклического изменения напряжений фазных катушек индуктора U, U4 U за счет изменения частоты f источника 1. За счет электродинамического взаимодействия индуктированного в нагреваемом металле тока и магнитного поля индуктора расплавленный металл в индукторе обжимается электромагнитным полем. Создаваемые электродинамическими сигналами давления сжатия Р возрастают от поверхности расплава к оси индуктора. Давление сжатия пропорционально квадрату напряженности магнитного поля в зазоре индуктора. На фиг. 2 показаны временные диаграммы изменения давления сжатия расплава Р Р, Р> в зонах, где последний охватывается катушками различных фаз индуктора. ударного характера электродинамических воздействий на расплав и конструктивные элементы индукционной установки при перестройках частоты f, а также регулировать среднее значение напряжения повышенной частоты, определяющее температуру расплава., Расширение функциональных возможностей обусловлено тем, что данная

1р установка позволяет непрерывно и независимо регулировать температуру расплава и скорость его движения.

При этом повышенная частота выбирается в диапазоне, оптимальном с точки зрения эффективности нагрева металла, например 1-4 KAt, а период низкой частоты можно установить оптимальным для обеспечения заданной интенсивности движения расплава

2О (единицы и десятые доли секунды).

Движение расплава со скоростями

° 0,5-1,0 м/с существенно активизирует массообменные процессы, что сокращает длительность процессов легирования и рафинирования сплавов, повышает качество металла и стабильность

его свойств.

7 1145494

Поскольку, зоны, охватываемые катушками 3-5, смещены друг относитель но друга в пространстве, а давление сжатия действует в зонах фаэйых катушек с соответствующим сдвигом во времени„область максимального давления сжатия в расплаве перемещается от одной зоны к другой, смежной с предыдущей, вызывая направленное движение расплава в индукторе эа счет последовательного выталкивания расплава из одной эоны в другую.

Таким образом, предлагаемое устройство управления индукционной установкой позволяет одновременно с, нагревом металла полем повышенной частоты создавать направленное движение расплава. Изменяя с помощью эадатчика 10 период Т ч задающего генератора низкой частоты, можно в широких пределах регулировать скорость движения расплава совершенно независимо от величины повышенной частоты источника 1.

Модуляция амплитуды напряжения фазных катушек индуктора Uq, U, U< в течение периода Т н„ по сигналу задатчика 18 позволяет избежать

1145494

Составитель О.Турпак

Техред А. Бабинец Корректор С.И!екмар

Редактор Н.Горват

Филиал ППП "IIRTpHT г.ужгород, ул.Проектная, Заказ 1191/44 Тираж 794 Подписное

ВНИКНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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