Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

частоты с применением тиристоров в цепях управления и силовой высокочастотной цепи (рис. 63).

Кроме цепей нагрузки и автоматики модернизации подвергается непосредственно источник питания. Преобразователи имеют

Рис. 62. Схема замещения контактора К-1000 тиристорным безынерционным контактором

Внешнюю характеристику (рис. 64), из которой видно, что потери электрической энергии на холостом ходу больше потерь нагруженного преобразователя. Сокращая цикл холостого хода, генератора, можно добиться значительного снижения потерь мощ-

Рис. 63. Преобразователь частоты с регулируемым коэффициентом мощности нагрузки

ности. Высокочастотные установки более ранних выпусков типа МГЗ имели возможность переключения на последовательную работу нескольких нагревательных постов от одного преобразователя. Установки серии ИЗ такой возможности не предусматривают, поэтому в поточно-групповых линиях термообработки их

принципиальная схема видоизменяется. Это дает ощутимые результаты.

Преобразователь ВПЧ-100/8 в установке И32-100/8, включенный на автономную работу при закалке одного сателлита, расходует 2,8-3 кВтч электроэнергии. Этот же преобразователь, включенный на поочередную (последовательную) работу трех закалочных станков, при закалке того же сателлита расходует всего 1,6-1,8 кВтч электроэнергии.

При эксплуатации можно изыскать другие пути повышения эффективности работы преобразователей, но сами преобразователи имеют конструктивные недостатки. Низкая стойкость опорных подшипников, повышенный шум на звуковой частоте, малая ремонтопригодность диктуют необходимость более интенсивно внедрять другие источники преобразования электрической энергии. К ним в первую очередь можно отнести статические преобразователи.

Высокочастотная установка (см. рис. 71) используется для нагрева металла и имеет устойчивую характеристику отпирания тиристора, включенного в высокочастотную цепь колебательного контура.

Известные электромашинные и статические преобразователи частоты переменного тока, выполненные на управляемых вентилях, у которых нагрузкой служит колебательный нагревательный контур, имеют в составе катушку индуктивности и конденсаторы. Нагреваемый металл, расположенный в катушке индуктивности, в процессе нагрева изменяет свои электрические параметры (сопротивление и магнитную проницаемость) и тем самым изменяет добротность колебательного контура. Статический преобразователь частоты при этом расстраивается (особенно, когда он работает как автогенератор). Мощность в нагрузке резко падает. Для поддержания в заданных пределах коэффициента мощности нагрузки на выходе преобразователя устанавливается подстроечный элемент, например катушка индуктивности или конденсатор.

В электрических схемах управления и регулирования для зажигания кремниевых управляемых вентилей большой мощности, работающих по принципу выключателя (переключателя), против нестационарных переходных процессов необходимо применять специальные меры.

Тиристорные возбудители электромашинных преоазователей. Для электротермического устройства с электромашинным преобразователем непременным элементом является возбудитель генератора электромашинного преобразователя. Как правило, 6* 167

Рис. 64. Внешняя характеристика преобразователя

возбудитель управляется автоматически, а регуляторы возбуждения различаются между собой по типу усилителей, в том числе с электромашинным, магнитным, тиратронным или тиристорным усилителями. Каждый из этих усилителей до настоящего времени находит применение в электротермических процессах.

В общем случае система автоматического регулирования выходного напряжения генератора электромашинного преобразователя состоит из объекга регулирования - генератора, обмотки возбуждения генератора, датчика обратной связи и исполнительного органа -регулятора возбуждения.

Как показывают исследования и практика, регулятор возбуждения с электромашинным усилителем утратил актуальность и в настоящее вргмя используется в основном в устройствах методического (длительного) нагрева с номинальными мощностями источника питания выше 500 кВт. Возбудитель инерционный, имеет низкий к. п. д. и искажает форму выходного сигнала. Постоянная времени регулятора порядка 0,15 с, что недостаточно даже для методических нагревателей. Например, при включении (выключении) двух и более индукционных .нагревателей в произвольной последовательности режим нагрева на индукторах устанавливается не мгновенно; отмечается колебательный или апериодический процесс, который нередко ведет к перегрузке источника питания и автоматическому отключению всего комплекса методических нагревателей. Требуется определенное время для выхода на установившийся режим, что отрицательно сказывается на качестве нагрева металла.

При первой возможности электромашинные усилители заменяются тиристорными. Для регулятора с магнитным усилителем постоянная времени (0,2 с) на уровне электромашинного усилителя, однако по своим энергетическим характеристикам силовой регулятор с МУ уступает электромашинному, что объясняется дополнительными потерями электроэнергии по постоянному току в магнитопроводах из листовой электротехнической стали. В машиностроении регулятор с МУ как возбудитель электромашинных преобразователей не используется. Он находит ограниченное применение в электроприводе, регулирующем темп выдачи заготовок в индукционных нагревателях.

Регулятор с тиратронным усилителем имеет инерционность значительно ниже, чем с МУ и ЭМУ, его постоянная времени определяется инерционностью переключающего реле. Наличие переключающего реле создает пульсирующее напряжение на зажимах генератора, что вызывает технологические неудобства и ограничивает применение такого регулятора. Наиболее перспективным и наиболее широко используемым в электротермии является регулятор с тиристорным усилителем.

Обобщенная система автоматического регулирования режима электромашинных преобразователей [2] с использованием тиристоров включает силовой двухполупериодный мост, угол от-168

пирания тиристоров в котором осуществляется по вертикальному методу. Такая система регулирования обладает рядом существенных недостатков. Структура схемы предполагает самопроизвольное запирание регулятора с отключением тока возбуждения, что может вызвать аварийную ситуацию в комплексе нагревательного устройства и привести к технологическому браку в обработке деталей.

Наличие опорного генератора и раздельных высокочастотных каналов управления искажает форму управляющего импульса и приводит к срыву генерации в возбудителе как при нестационарных возмущениях, так и при перегрузке по каналу обратной связи. Для построения схемы регулирования возбуждения с каналом

Рис. 65. Функциональная схема регулирования генератора тока повышенной частоты: ; - источник опорного напряжения; 2 - блок сравнения; 3 - усилитель сигнала рассогласования; 4 - модулятор высокочастотный двухканальный; 5 - усилитель мощности двухканальный; 6 - выпрямитель иа управляемых вентилях; 7 - обмотка возбуждения генератора; 8 - машинный преобразователь; 9 - датчик обратной связи; 10 - преобразователь сигнала обратной связи;

- нагрузка

регулирования по напряжению генератора почти во всех предложенных решениях присутствует источник опорного напряжения. На рис. 65 представлена функциональная схема регулятора. В нем сигнал обратной связи с генератора подан на блок сравнения и далее усилен. Таким образом, сигнал управления тиристором в блоке управления -сквозной, высокочастотный по напряжению и частоте опорного генератора; канал управления тиристорами - автономный для каждого плеча мостового выпрямителя. В этом случае управляющим сигналом регулятора служит сигнал рассогласования f/j, который является алгебраической суммой эталонной величины и выходной регулируемой величины А (/р. Сигнал обратной связи сравнивается с опорным сигналом до входа в усилитель регулятора, поэтому все искажения в системе многократно усиливаются и влияют на устойчивость регулятора. Кроме того, возмущающее воздействие сети (изменение амплитуды и частоты f/e. /с) не имеет обратной связи в регуляторе и, как следствие, дестабилизирует выходное напряжение генератора.

Тиристорный регулятор возбуждения электромашинных, генераторов повышенной частоты [2], несмотря на существенные недостатки, нашел широкое применение в высокочастотных

установках типа И32-100/8, И31-200/8 и др., a в настоящее время поэлементно доработан. К таким возбудителям прежде всего необходимо отнести возбудители типа РВТ, ВТ-20, ВТ-80. Обладая малой инерционностью и достаточной для практики токовой перегрузкой, эти возбудители при автономной работе устойчивы по генерации, когда нагреватели (ряд нагрузок) не связаны между собой электрически или магнитно.

На практике в некоторых электротермических производствах применяется возбудитель, выполненный по функциональной схеме (рис. 66). В отличие от общепринятой схемы в нем отсутствуют

источник опорного напряжения и блок сравнения в чистом виде. Их роль выполняют непосредственно сетевой выпрямитель и низкочастотный модулятор. Управляющим сигналом регулятора служит напряжение сети U, преобразованное в формирователе импульсов в последовательный ряд полож!-тельных импульсов, отпирающих тиристоры. Регулятор имеет обратную связь по сети через управляющий сигнал, подаваемый на вход интегратора, вследствие этого колебания в сети не влияют на стабильность выходного напряжения генератора. Сигнал обратной связи с генератора подается на вход модулятора формирователя импульсов и смещает основной управляющий сигнал. Нестационарные колебания, возникающие в нагревательном контуре и на генераторе, гасятся по цепи обратной связи, поэтому устойчивость регулятора выще. Срывы генерации и искажение формы управляющего импульса отсутствуют, так как отсутствует влияние опорного генератора и высокочастотного тракта. Характерной особенностью возбудителя является то, что канал управления силовыми тиристорами - общий для обоих плеч моста, а сигнал обратной связи с генератора, поданный на модулятор, в дальнейшем ослабляется повторителем. Следует отметить, что сигнал управления возбу--дителя по всему тракту низкочастотный. Частота следования управляющих импульсов соответствует удвоенной частоте сети.

На рис. 67 представлена принципиальная электрическая схема регулятора. Он содержит выпрямитель на управляемых вентилях, включенный в обмотку возбуждения генератора, блок питания и блок обратной связи по напряжению нагрузки. Выход двухполупериодного мостового выпрямителя блока питания вклю-

Рис. 66. Схема регулятора возбуждения без опорного блока:

; - стабилизатор тока; 2 - интегратор; 3 - модулятор; 4 - буферный каскад; 5 - мостовой выпрямитель на управляемых вентилях; б - блок возбуждения генератора; 7 - машинный преобразователь; 8 - датчик обратной связи; 9 - преобразователь сигнала обратной связи

чен синфазно с напряжением сети в цепь управления тиристорами через смеситель, выполненный в виде регулируемого потенциометра, включенного в цепь базы транзистора. Параллельно смесителю включен блок обратной связи в противофазе напряжению нагрузки.

Таким сочетанием блоков достигаются повышение надежности регулятора и высокий к. п. д. С целью компенсации нестабильности

Рис. 67. Принципиальная электрическая схема регулятора возбуждения на тиристорах

напряжения сети в регуляторе между двухполупериодным мостовым выпрямителем блока питания и управляющей цепью тиристоров включен стабилизатор тока. Плавное регулирование выходного напряжения генератора достигается за счет включения на входе и выходе смесителя R-С-цепей. Реакция нагрузки на цепь управления регулятором снижена катодным повторителем, включенным на выходе смесителя.

Автоматический регулятор возбуждения работает следующим образом. При его включении двухполупериодный мостовой выпрямитель блока питания преобразует положительную и отрицательную полуволны напряжения сети в импульсы одинаковой