Автоматический регулятор фазового угла индукционной печи
Изобретение относится к регуляторам рехима индукционных печей. В качестве функционального преобразования угла сдвига фаз в косинудальнуго функцию использован программный преобразователь , постоянно хранящийся в блоках памяти, аргументом которого является угол сдвига, а функцией - величина конденсаторной батареи и величина паузы окончания переходного процесса. Хранение значений функции в блоках памяти производится в цифровой оорме. Это улучшает качество управления режимом. 3 ил.
союз советсних социАлистичесних
РЕСПУЬЛИН
<,иБОО>1 1 7 . (gI)g Н 05 В 6/08
GllHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕ ЧИЯМ И ОТНРЫТИЯМ пРи Гннт сссР
1 (21) 4 786784/07 (22) 30. 01.90 (46) 23. 05.92. Вюл. Y - 19 (75) A.II./<убовец и В.И.Дубовец (53) 62 1.365.42 (088.8) (56) Лвторское свидетельство СССР
Р 548941, кл. EI 05 I> 6/16, 1976.
Гитгарц P.A. и др. Новые источники питания и автоматика индукционных установок для нагрева и плавки.
tI.: Энергия, 19 72, с. 31-32. (54) ЛВ OIIATII
Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукционному нагреву, и ио><ет быть использовано в плавильном и литейном производстве.
Цель изобретения. — улучыение качества управления индукционной печью.
На фиг.1 приведена блок-схема регулятора; на фиг.2,3 — диаграммы, поясняюцие принцип работы регулятора.
Регулятор содер><ит источник 1 питания, колебательный контур из параллельно соединенных индуктора >>,>н по меньыей иере двух секций конденсаторной батареи 3, датчики тока 4 и напря><епия 5 источника питания, блок
6 рассогласования, триггер 7 направления переключения, первьп 8 и второй
9 элементы И, коммутатор 10 с исполнительным элементом 11 включения секции конденсаторных батарей 12, первый 13 и второй 14 блоки памяти, таймер 15 пауз, счетчик 16 фазы.
2 (57) Изобретение относится к регуляторам ре>шл1а индукционньгх печей. В качестве (>ункционального преобразования угла сдвига фаз в косинудальную функцию использован программный преобразователь, постоянно хранящийся в блоках памяти, аргументом которого является угол сдвига, а функцпей— величина конденсаторной батареи и величина паузы окончания переходного процесса. Хранение значений функции в блоках памяти производится в цифровой форме. Это улучшает качество управления ре>«имом. 3 ил.
Г> регулятор введены первыи 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20
В-триггеры, компаратор 21, третий элеиейт И 22, одновибратор 23, генератор 24 тактовых иипульсов, счетчик
25 зоны нечувствительности с задатчикои 26 зоны нечувствительности, первый 27, второй 28, третий 29, четвертый 30, пятый 31 и ыестой. 32 элементы И-НЕ, первые четыре из которы:< составляют блок 6 рассогласования.
Выход датчика 5 напряжения подключен к Ii-входу триггера 7 направления переключения и первым входом первого
2? и второго 28 элементов И-HE блока
6 рассогласования, выход датчика 4 тока подключен к S-входу триггера 7 направления переключения и к вторым входам первого 27 и третьего 29 элементов И-НЕ, блока 6 рассогласования, выход первого элемента И-HE 27 соединен с вторым входом второго элемента
3 173
И-НЕ 28 и первым входом третьего элемента If-HÅ 29, выходы второго 28 и третьего 29 элементов И-НЕ, подключены к входам четвертого элемента И-НЕ
30, выход которого соединен с С-входом первого D-триггера 17 и вторыми входами первого 8 и второго 9 элементов И, первые входы которых связаны с выходом триггера 7 направления переключения, а выходы — с управляющими шинами коммутатора 10, выход четвертого элемента И-!!Е 30 подключен также к первому входу третьего элемента И
22 и через одновибратор 23 - к R-вхо ду первого D-триггера 17, прямой выход которого соединен с вторым входом . третьего элемента И 22, а инверсный выход — с R-входами второго 18 и третьего 19 D-триггеров, выход генератора 24 тактовых импульсов подключен к третьему входу третьего элемента И 22 и С-входу второго D-триггера 18, выход третьего элемента И 22 соединен с С-входами счетчика 16 фазы и.счетчика 25 зоны нечувствительности, выходы счетчика 25 и задатчика 26 подкллючены к входам компаратора 21, свя-. занного выходом с С-входом четвертого
D-триггера 20, прямой выход которого подключен к R-входу счетчика 25 зоны нечувствительности, прямой выход второго D-триггера 19 подключен к С-входу третьего D-триггера и второму входу шестого элемента И-НЕ 32, инверсный выход второго D-триггера 18 соединен с вторым входом пятого элемента
If-НЕ 31, первый вход которого соединен с прямым входом третьего D-,òðèãгера 19, связанного инверсным выходом с первым входом шестого элемента ИНЕ 20, выход которого. подключен к
R-входу четвертого D-триггера 20, инверсный выход которого соединен с Rвходом счетчика 16 фазы, соединенного выходом с адресными входами первого
13 и второго 14 блоков памяти, записывающий вход первого блока памяти, а также записывающий вход и вход выборки второго блока 14 памяти соединены с выходом пятого элемента И-HE
31 и запускающим входом таймера 15 . пауз, первый выход которого предназначен для соединения с управляющим входом .источника 1 питания, а его вход соединен с информационным выходом второго блока 14 памяти, второй выход таймера 15 пауз соединен с вхопом выборки первого блока 13 памяти.
6012 информационный выход которого соединен с адресным входом коммутатора 11, В качестве источника 1 питания может быть применен электромашинный .
10 преобразователь ВПЧ-50-2,4 или тиристорный преобразователь ТПЧ-50-2,4.
Коммутатор 10 можно реализовать на микросхемах K 555 КП12, К 555 ИР15, К 555 ИР1.
Исполнительные элементы 11 можно
° реализовать на реле-контакторных узВ первый блок памяти 13 записывается программа ступени емкости, мощность которой, б квар, пропорциональна коэффициенту фазы сдвига между током и напряжением. Этот коэффициент определяет величину ступени регулирования и выбирается для каждой печи.
Поэтому каждому изменению адреса соответствует определенная величина реактивной мощности.
55 лах или бесконтактных. Первый 13 и второй 14 блоки памяти реализуются на микросхемах К 573 Р<>21 или др.
Второй блок памяти 14 служит для записи программы пауз отключения ис-. точника 1 питания в зависимости от величины фазы сдвига между током и напряжением, Регулятор работает следующим об0 разом.
Перед работой регулятор устанавливают в исходное положение. После загрузки печи шихтой включают источник питания и »а колебательном контуре (ийдуктор 2 и конденсатор 3) появляется напряжение. С помощью датчиков тока 4 и напряжения 5 снимаются сиг.налы тока i = i sin(gt+ (p) и напряже30 ния u = U sight, На выходе датчиков
4 и 5 эти сигналы преобразуются в прямоугольные импульсы, длительность . которых равна полупериоду тока и напряжения, и подаются на входы блока
6 рассогласования, а также на S- u
R-входы триггера 7 направления переключения. При этом начало и конец совпадают с моментом перехода синусоиды через нуль. Сигналы с прямого
40 и инверсного выходов триггера 7 направления переключения поступают на первые входы первого 8 и второго 9 элементов И. Выходные сигналы последних поступают на управляющие шины коммутатора 10. Коммутатор 10 выдает управляющие воздействия на исполнительные элементы 11, которые подключают соответствующие конденсаторные батареи 12.
5 17
Первый блок памяти 13 позволяет производить разбивку батарей на группы, при которой мощность максимальной группы не превышает восьмикратноймощности первой группы, и осуществлять последовательное подключение этих групп или одновременное подключение н ес кол ьких групп .
Во втором блоке 14 памяти по каждому адресу записывается программа пауз отключения источника 1 питания.
Эта программа пауз вводится в таймер
15. После отработки таймером 15 каждой паузы от начала отработки с второго выхода таймера 15 производится выборка соответствующей группы конденсаторных батарей 12 из первого блока 13 памяти и информация этих групп поступает на адресные. Л-входы коммутатора .10.
Если ток опережает напряжение", то на .управляющей шине (-) коммутатора
10 появляется сигнал "1 ", а если ток отстает от напряжения, то сигнал
"1" — на шине (+). По этим сигналам коммутатор 10 через исполнительные элементы 11 отключает группы конденсаторных батарей 12, .выбранные записанной программой в первый блок 13 памяти или подключения.
Счетчик 16 фазы производит отсчет чисел импульсов сдвига фазы . С выходов счетчика 16 фазы. эти числа поступают на Л-входы первого 13 и второго
14 блоков памяти.
D первом блоке 13 памяти по каждому адресу записываются соответствующие значения групп конденсаторных батареи для конкретной печи в функции
q = n((g) .
На выходе блока 6 рассогласования фор яруется прямоугольный импульс длительностью, пропорциональной сдвину фаз. Этот импульс поступает на .Свход первого D-триггера, устанавливая его в 111 н ..Сигнал логической "1" на инверсном выходе первого D-триггера 17 подготавливает второй 18, третий 19, четвертый 20 D-триггер путем снятия запретов с их R-входов.
Четвертый D-триггер 20 запускается сигналом с выхода компаратора 21.
Сигнал "1" с прямого выхода первого„
D-триггера 17 запускает третий эле.мент И 22. По заднему фронту сигнала с выхода блока 6 рассогласования одновибратор 23 формирует импульс, по которому: первый D36012 триггер 17 устанавливается в "0".
Импульсы с выхода тактового генератора 24 через третий элемент И 22 поступают на счетчик 25 зоны нечувствительности и на счетчик 26 фазы. Тактовая частота генератора 24 выбирается для получения необходимой точности угла сдвига фазы.
После того, как счетчик 25 зоны нечувствительности отсчитает число импульсов, равное числу, установленному на задатчике 26 зоны нечувствительности, на выходе компаратора 21 появляется сигнал логической "1", которьпr устанавливает четвертый D-триггер 20 в "1". Этим сигналом счетчик
25 зоны нечувствительности устанавливается в 11011.
20 ПервьпЧ 27, второй 28, третий 29, четвертый 30 элементы И-НЕ блока 6 рассогласования формируют сигнал длительностью, пропорциональной сдвигу фаз. По заднему фронту этого сигнала
25 с выхода четвертого элемента И-НЕ 30 одновибратор 23 формирует импульс, по которому первьпi D- òðèããåð 17 с Rвходов второго 18, третьего 19 Птриггеров снимает запрет. В результате на выходе пятого элемента If-ПЕ 31 формируется импульс, по которому производятся перезапись содержимого счетчика 16 фазы в первый 13, второй
14 блоки памяти и запуск таймера 15 пауз. В этот момент отключается ис35 точник 1 питания. После перезаписи третий D-триггер 19 устанавливается в "1" и сигналом с выхода шестого элемента И-НЕ 32 четвертый D-триггер
20 переключается в "0". Сигнал "0" с 0 инверсного выхода четвертого D-триггера 20 запускает счетчик 16 фазы, которьп1 досчитывает оставшиеся импульсы и йа разрядных выходах счетчика 16 фазы будет число импульсов, про45 порциональное фазе сдвига N = N>— — Nq „где И г — общее число импульсов, поступивших от генератора 24 на счетчик 25 зоны нечувствительности и счетчик 16 фазы, Nq,H — число импуль5й сов, равное числу импульсов, установленное на задатчик 26 зоны нечувствительности. увеличением частоты генератора 24 тактовых импульсов и адресации блоков памяти 13, 14 можно повышать точность измерения угла сдвига фазы, а следовательно, и диапазон регулирования коэффициента мощности.
17
Регулятор может быть реализован как аппаратным, так и программным пу тем на базе микропроцессорной техники или на программируемом контроллере, например, типа И 458.02.
Применение регулятора позволяет улучшить качество управления элект,рическим режимом путем пропуска через колебательньп контур большой активной моцности, что позволяет повысить скорость плавки, а следовательно, производительность работы индукционной печи, а также повысить точность регулирования.
Задание зоны нечувствительности измерения угла фазы сдвига в цифрово1 виде позволяет упростить настройку и расширить функциональные возможности регулятора, так как для различных индукционных печей на разных. частотах можно подобрать нужные параметры с высокой точностью, уменьшить локальные ошибки на каждом шаге программы и обеспечить достаточно точную компенсацию реактивной мощности, повысить, качество получаемого расплава, а также совершенствовать процесс управления плавкой.
36012
1.
ЗО
Лвтоматический регулятор фазового угла индукционной печи с подключенным к источнику питания колебательным контуром из параллельно соединенных индуктора и по меньшей мере двух секций конденсаторной батареи, содержа;щий датчики токаи; напряжения источника питания, блок рассогласования, триггер направления переключения, два элемента И, коммутатор с исполнительными элементами включения секций конденсаторной батареи, два блока памяти, таймер пауз и счетчик фазы, . отличающийся тем, что, с целью улучшения качества управления, он снабжен четырьмя D-триггерами, . компаратором, третьим элементом И, одновибратором, генератором тактовых импульсов, счетчиком зоны нечувствительности с задатчиком зоны нечувствительности, шестью элементами II-HE, первые четыре из которых составляют блок рассогласования, выход датчика напряжения подключен к R — входу триггера направления переключения и к первь1м входам первого и второго элементов И-НЕ блока рассогласования, выход датчика тока подключен к $-вхо35
gp элемента И-НЕ, первый вход которого
<5 R-входу четвертого D-триггера, инверсньп1 выход которого соединен с R-входом счетчика фазы, соединенного выходом с адресными входами обоих блоков .памяти, записывающий вход первого
5О блока памяти, а также записывающий формула изобретения пу триггера направления переключения и к вторым входам первого и третьего элементов И-НЕ блока рассогласования, выход первого элемента И-HF соединен с вторьм входом второго элемента И-НЕ и первым входом третьего элемента ИНЕ, выходы второго и третьего элементов И-HI. подключены к входам четвертого элемента И-НЕ, выход которого соединен с С-входом первого D †триггера и вторыми входами первого и второго элементов. И, первые входы которых связаны с выходами триггера направления переключения, а выходы — с управ-. ляюцими шина11и коммутатора, выход четвертого элемента И-IIE подключен также к первому входу третьего элемента И и через одновибратор — к Rвходу первого D-триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, а инверсный выход — с R-входами второго и третьего
D-триггеров, выход генератора тактовых импульсов подключен к третьему входу третьего элемента И и С-.входу второго D-триггера, выход третьего элемейта И, соединен с С-входами обоих счетчиков, выходы счетчика эоны нечувствительности и задатчика зоны нечувствительности подключены к входам компаратора, связанного выходом с. С- . входом четвертого D-триггера, прямой выход которого подключен к R-входу счетчика зоны нечувствительности, прямой выход второго D-триггера подключен к С- входу третьего Р-триггера и второму входу шестого элемента ИНГ, инверсный выход второго D-триггера соединен с вторым входом пятого соединен с прямым выходом третьего
D-триггера, связанного инверсным выходом с первым входом шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен к вход и вход, выборки второго блока памяти соединены с выходом пятого элемента И-НЕ и запускающим входом таймера, первый выход которого предназначен для соединения с управляющим входом источника питания, а его вход соединен с информационным выходом второго блока памяти, второй выход таймера соединен с входом выборки
1736032 30 пеРвого блока памяти, .инФормационный" входом ко р ут то выход которого соединен с адресным
0= (Jù $сл сЛ
5 ф
Б
2Ф
5 б
24
27
У1
Л
В@дО Й
22
27
Л
75>
