Способ ударного возбуждения колебательного контура индукционной установки

 

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при возбуждении колебательных контуров, используемых для индукционного нагрева в электротермии, а также для других техпроцессов, где необходимо малое затухание колебаний. Сущность изобретения: существующие в настоящее время способы ударного возбуждения колебательного контура индукционной установки обладают довольно низким КПД. С целью повышения КПД ударного возбуждения предлагается путем параметрического воздействия подмагничивать магнитопровод индуктора в начале каждого периода колебаний тока в индукторе, следующего за периодами тока возбуждения питающего генератора, в моменты перехода тока индуктора через "О". 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при возбуждении колебательных контуров, используемых для индукционного нагрева в электротермии, а также для других техпроцессов, где необходимо малое затухание колебаний.

Известен способ ударного возбуждения гармонических колебаний, заключающийся в том, что затухающие высокочастотные колебания в нагрузочном колебательном контуре возбуждаются импульсами тока [1] Недостатком этого способа является прерывистый характер тока в нагрузочном колебательном контуре и как следствие низкий КПД системы в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ возбуждения высокочастотных колебаний в нагрузочном контуре, заключающийся в том, что колебания возбуждаются генератором питания, причем частота следования колебаний генератора f_г в два и более раз меньше собственной частоты нагрузочного контура f_н, то есть f_г=nf_н [2] Недостатком данного способа является низкий КПД системы в целом из-за затухания колебаний в нагрузочном контуре, обусловленного отсутствием дополнительного поступления энергии в контур во всех периодах колебаний, следующих за периодами тока возбуждения питающего генератора.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД, путем параметрического воздействия на контур путем подмагничивания магнитопровода индуктора в начале каждого периода колебаний тока в индукторе, следующего за периодами тока возбуждения питающего генератора, в моменты перехода тока индуктора через "О".

Поставленная цель достигается тем, что в способе ударного возбуждения колебательного контура индукционной установки, заключающемся в том, что высокочастотные колебания возбуждаются импульсами тока, поступающими от генератора питания, производят параметрическое воздействие на контур путем подмагничивания магнитопровода индуктора в начале каждого периода колебаний тока в индукторе, следующего за периодами тока возбуждения питающего генератора, в момент перехода тока индуктора через "О".

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства ударного возбуждения колебательного контура, реализующая предлагаемый способ.

Схема содержит источник постоянного тока 1, входной дроссель 2, неуправляемый 3 и управляемый вентиль 4, коммутирующую индуктивность 5, коммутирующий конденсатор 6, компенсирующий конденсатор 7, индуктор 8 с ферромагнитным сердечником, обмотку подмагничивания 9, генератор импульсов подмагничивания 10, трансформатор тока 11, дифференциатор 12, импульсные компараторы 13 и 14, RS-триггер 15, блок формирования управляющих импульсов 16, одновибратор 17 и логический элемент 2И 18.

Способ ударного возбуждения колебательного контура осуществляется следующим образом. После подачи постоянного напряжения от источника 1 конденсатор 6 начинает заряжаться по цепи: входной дроссель 2, коммутирующая индуктивность 5, коммутирующий конденсатор 6, индуктор 8 до напряжения источника питания. После заряда конденсатора 6 подают отпирающий импульс с блока управления 16 на управляемый вентиль 4, он отпирается и происходит разряд коммутирующего конденсатора 6 по цепи: коммутирующая индуктивность 5, управляемый вентиль 4, компенсирующий конденсатор 7 и индуктор 8. Обратная полуволна тока проходит через неуправляемый вентиль 3. Таким образом происходит возбуждение колебаний в нагрузочном контуре, резонансная частота которого при ненасыщенном сердечнике индуктора вдвое больше частоты следования колебаний коммутирующего контура. Кривые, поясняющие работу системы, приведены на фиг.2 а, б. Так как часть энергии колебаний нагрузочного контура расходуется на нагрев заготовки, введенной в зазор индуктора, то амплитуда тока во втором периоде меньше амплитуды тока первого периода (фиг.2б). Чтобы компенсировать уменьшение амплитуды тока и увеличить отдаваемую индуктором мощность подают импульс подмагничивания на обмотку 9 от генератора 10 в момент, когда ток второго периода переходит через "О" и начинает нарастать. Длительность импульса подмагничивания выбирают такой, чтобы сердечник индуктора вышел из насыщенного состояния в момент, когда ток индуктора во втором периоде достигнет максимума (фиг.2 б, в). Уменьшение индуктивности при переходе сердечника индуктора в насыщенное состояние не вызывает изменения запаса электромагнитной энергии, а увеличение индуктивности на величину L_ненас L_нас при обратном переходе сопровождается увеличением запаса электромагнитной энергии контура на величину 1/2 которая расходуется на увеличение амплитуды тока индуктора (фиг.2г), а следовательно, возрастает отдаваемая в нагрузку мощность. Все вышеизложенное справедливо и для "подкачки" контура путем изменения параметра при собственной частоте контура большей частоты следования импульсов тока основной накачки в три и более раз. В этом случае, аналогично, подают импульсы подмагничивания в начале каждого периода тока контура за исключением периодов, когда происходит накачка основными импульсами тока питающего генератора.

В случае прототипа для увеличения мощности отдаваемой в нагрузку (нагреваемая деталь и т.п.) необходимо увеличить мощность в контуре, что вызывает необходимость увеличения амплитуды токовых импульсов накачки и как следствие увеличение потерь в элементах основного накачивающего генератора и снижение КПД установки в целом. Также ухудшается "качество" выходного тока из-за существенного затухания, что особенно заметно при кратности три и более частоты импульсов возбуждения по отношению к собственной частоте контура.

Моменты перехода тока через ноль и длительность импульсов подмагничивания устанавливаются автоматически при помощи блоков 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. Сигналы с трансформатора тока 11 подаются на дифференциатор 12 и компаратор 14. Форма этих сигналов приведена на фиг.3 диаграмм 11, 12, 14. С выхода дифференциатора сигнал (диаграмма 12) поступает на компаратор 13 (диаграмма 13). С выходов компараторов 13 и 14, сигналы поступают на входы R и S, RS-триггера 15. С выхода триггера 15 сигнал (диаграмма 15) поступает на первый вход логического элемента 2И 18, на второй вход которого поступает сигнал с одновибратора 17 (диаграмма 17), который запускается импульсами генератора управляющих импульсов 16 (диаграмма 16).

Как видно из диаграмм фиг. 3 компаратора 13 и 14 выдают импульсы в моменты перехода тока индуктора через ноль из отрицательной области в положительную (компаратор 14) и в моменты достижения током индуктора максимума в положительной области (компаратор 13). Этими импульсами переключается RS-триггер 15 на выходе которого формируется сигнал управления генератором подмагничивания 10. С целью исключения подмагничивания в моменты времени, соответствующие периоду первой волны тока, начало которой совпадает с импульсами управления, поступающими с генератора управляющих импульсов 16 (диаграмма 16), одновременно подают эти импульсы на вход одновибратора 17, который формирует запрещающий импульс обратной полярности (диаграмма 17), который поступает на второй вход логического элемента 2И. Как видно из диаграммы 18 фиг.3 на выходе логического элемента 18 появляются импульсы управления генератором подмагничивания 10 только тогда когда отсутствует основной ток подмагничивания, причем длительность импульса одновибратора 17 выбирают равной приблизительно половине периода тока индуктора для надежной работы системы.

Таким образом формируются импульсы тока подмагничивания, длительность которых получается такой, чтобы сердечник индуктора вышел из насыщенного состояния в момент, когда ток индуктора во втором периоде достигнет максимума (фиг.2 б, в).

Уменьшение индуктивности при переходе сердечника индуктора в насыщенное состояние не вызывает изменения запаса электромагнитной энергии, а увеличение индуктивности на величину L_ненас.-L_нас. при обратном переходе сопровождается увеличением запаса электромагнитной энергии контура на величину 1/2 которая расходуется на увеличение.

В предлагаемом способе для увеличения мощности отдаваемой в нагрузку, нет необходимости увеличивать мощность основного генератора, достаточно путем изменения параметра контура, как указывалось выше, производить "подкачку", увеличивая тем самым мощность отдаваемую в нагрузку, повышая КПД системы и уменьшая декремент затухания контурного тока.

Формула изобретения

Способ ударного возбуждения колебательного контура индукционной установки, заключающийся в том, что высокочастотные колебания возбуждаются импульсами тока, поступающими от генератора питания, отличающийся тем, что производят параметрическое воздействие на контур путем подмагничивания магнитопровода индуктора в начале каждого периода колебаний тока в индукторе, следующего за периодами тока возбуждения питающего генератора, в моменты перехода тока индуктора через "0".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3