CS218211B1

CS218211B1 - Wiring for starting and running control * 1 of the RF generator for induction heating

Info

Publication number: CS218211B1
Application number: CS878779A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Burda; Frantisek Jares; Jiri Konecny; Jiri Prochazka; Karel Regner
Original assignee: Vaclav Burda; Frantisek Jares; Jiri Konecny; Jiri Prochazka; Karel Regner
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález se týká zapojení k řízení rozběhu a chodu vysokofrekvenčního1 generátoru pro indukční ohřev a řeší problém dosažení klidného startu a chodu vysokofrekvenčního generátoru i při velmi zatížených stavech. Účelu se dosahuje tím, že do obvodu k řízení rozběhu a chodu vysokofrekvenčního generátoru pomocí mřížkového obvodu, který obsahuje žárovky, je mřížkový odpor složený pouze ze žárovek, doplněn do série zapojeným neměnným lineárním rozběhovým odporem, k němuž je paralelně připojen spínací kontakt časového relé se zpožděným zapínáním, přičemž toto časové relé je uváděno v činnost zároveň se spouštěním chodu vysokofrekvenčního generátoru.The invention relates to a circuit for controlling the start-up and operation of a high-frequency generator for induction heating and solves the problem of achieving a smooth start-up and operation of a high-frequency generator even under very high loads. The purpose is achieved by adding to the circuit for controlling the start-up and operation of a high-frequency generator using a grid circuit containing light bulbs a grid resistor consisting only of light bulbs, supplemented in series by a fixed linear starting resistor, to which a switching contact of a time relay with delayed switching is connected in parallel, this time relay being activated simultaneously with the start-up of the high-frequency generator.

Description

Vynález se týká zapojení k řízení rozběhu a chodu vysokofrekvenčního· generátoru pro indukční ohřev pomooí mřížkového· odporu obsahujícího· žárovky, zdokonaleného připojením rozběhové části.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a circuit for controlling the start-up and running of a high-frequency generator for induction heating by means of a grid resistor comprising bulbs, improved by connecting the start-up part.

Provoz vysokofrekvenčního generátoru pro indukční ohřev se vyznačuje jednak tím, že chod generátoru se zvlášť zapíná pro každou pracovní operaci a při jejím, skončení se opět vypíná, jednak tím, že se během operace často velmi silně mění impedance pracovní zátěže a tím i zatěžovací odpor oscilační elektronky v generátoru. Provoz generátoru se dále vyznačuje tím, že se určitá aolikaco indukčního ohřevu po určité době nahradí aplikací jinou, s odlišnou impedancí zátěže, čímž se rovněž změní zatěžovací odpor. Jako· příklad lze uvést indukční kalení ocelových strojních součástí. Stejných součástí je větší počet, a zpracovávají se indukčním ohřevem kus po kuse. Jde tedy o opakovanou operaci v podobě ohřívacích cyklů, při nichž teplota součásti stoupá od studeného· stavu přes teplotu Cuirieova bodu až do konečné teploty kalicí, kdy ohřev končí. V první fázi cyklu je generátor silně zatížen (nízký zatěžovací odpor), ve druhé je odlehčen (vysoký zatěžovací odpor). Průmyslové vysokofrekvenční generátory pro indukční ohřev jsou zásadně zapojeny jako výkonové oscilátory s vlastním buzením, odvozeným z oscilačního obvodu. Vysokofrekvenční napětí na oscllačním obvodu záleží na připojené zátěži. Při silném zatížení jako v uvedeném příkladu při teplotě zpracovávaného· kusu pod teplotou Curie, je toto napětí snížené. Naopak nad touto· teplotou vysokofrekvenční napětí na oiscilačním obvodu vzroste. Odtud je odvozeno· vlastní buzení mřížky oscilační elektronky, které je tudíž úměrně proměnlivé. Důsledkem toho· je, že při silném zatížení je mřížka buzena slabě, až nedostatečně, čímž klesá ohřívací výkon a narůstá anodová ztráta. Naopak při odlehčení je budicí napětí na mřížce příliš vysoké, což má za následek nadměrný mřížkový proud a zhoršení účinnosti. K vyrovnání těchto nežádoucích změn budicího napětí se užívá regulace, a to jednak změnou jeho vztahu k vysokofrekvenčnímu napětí na oscilačním obvodu (např. změnou převodu budicího transformátoru), jednak změnou záporného· mřížkového předpětí. Tato druhá změna nastává do jisté formy samočinně, užije-li se jako zdroj předpětí odpor protékaný mřížkovým proudem, zejména jedí užitý odpor nelineární, tj. zvětšující se s růstem proudu. Tuto vyrovnávací vlastnost· má odpor sestavený ze žárovek, ale má tu nevýhodu, že se jeho velikost ustálí až s· určitým zpožděním.Operation of the high-frequency generator for induction heating is characterized by the fact that the operation of the generator is switched on separately for each operation and at the end of the operation it is switched off again, and that the impedance of the workload often changes very strongly during operation. tubes in the generator. The operation of the generator is further characterized in that a certain amount of induction heating is replaced after some time by an application with a different load impedance, which also changes the load resistance. An example is the induction hardening of steel machine parts. There are a number of identical components, and they are processed induction heating piece by piece. Thus, it is a repeated operation in the form of heating cycles in which the temperature of the component rises from the cold state through the temperature of the Cuirie point to the final temperature by quenching, when the heating ends. In the first phase of the cycle, the generator is heavily loaded (low load resistance), in the second phase it is unloaded (high load resistance). Industrial high-frequency induction heating generators are principally connected as self-exciting power oscillators derived from an oscillating circuit. The high-frequency voltage on the oscillation circuit depends on the connected load. Under a heavy load as in the example at the workpiece temperature below the Curie temperature, this stress is reduced. Conversely, above this temperature, the high-frequency voltage across the oscillation circuit will increase. Hence the actual excitation of the oscillating tube grid, which is therefore proportionally variable. The consequence of this is that, under heavy load, the grid is excited weakly to insufficiently, thus decreasing the heating power and increasing the anode loss. Conversely, when relieving, the excitation voltage on the grid is too high, resulting in excessive grid current and deterioration in efficiency. Control is used to compensate for these undesirable excitation voltage variations, both by changing its relationship to the high frequency voltage on the oscillating circuit (eg, by changing the excitation transformer ratio), and by changing the negative grid bias. This second change occurs to some form automatically when a resistor flowing through the grid current is used as a bias source, in particular, the non-linear resistance used, i.e., increasing as the current increases. This balancing property has a resistance made of light bulbs, but has the disadvantage that its size stabilizes with a certain delay.

V okamžiku zapnutí jsou vlákna žárovek ještě studená a jejich odpoir je nepatrný, takže mřížkové předpětí by bylo příliš malé, což by mělo za následek silný náraz anodového proudu, který by zahájení ohřívacího cyklu znemožnil. Proto se jinak výhodný mřížkový odpor složený výhradně ze žárovek nedá používat při indukčním ohřevu, kde se chod generátoru po každém ohřívacím cyklu přerušuje a znovu zapíná pro následující cyklus. Známé částečné řešení této nesnáze spočívá v kombinaci nelineárního (žárovkového) odporu s odporem lineárním. Tím se sice zmírní počáteční proudový náraz, ale zeslabí se i nelineárnost celé kombinace, takže samočinný vyrovnávací účinek je menší. Tento nedostatek vede k tomu, že rozsah změn zatížení, které je generátor schopen obsáhnout, je značně omezen. Proto je v takovém případě nezbytné regulovat budicí napětí ještě jinak, například změnou převodu budicího transformátoru, což konstrukci i obsluhu generátoru velmi komplikuje. Proto· u aplikací indukčního ohřevu, u kterých se zatížení generátorů silně mění během ohřívacího cyklu, nebo přechodem na jinou aplikaci, která zatěžuje generátor velmi odlišně, se nedá využít plného výkonu, kterého· je generátor schopen, anebo dokonce je dotyčná aplikace neproveditelná.At the moment of switching on, the filaments of the bulbs are still cold and their resistance is negligible so that the grid bias would be too small, which would result in a strong anode current impact which would make it impossible to start the heating cycle. Therefore, an otherwise preferred grid resistor comprised solely of incandescent lamps cannot be used in induction heating, where the generator operation is interrupted after each heating cycle and switched on again for the next cycle. A known partial solution to this difficulty is to combine a non-linear (incandescent) resistor with a linear resistor. Thus, although the initial current surge is mitigated, the non-linearity of the whole combination is also reduced, so that the self-aligning effect is less. This drawback results in a considerable reduction in the range of load variations the generator is able to accommodate. Therefore, in such a case, it is necessary to regulate the excitation voltage in another way, for example by changing the excitation of the excitation transformer, which greatly complicates the construction and operation of the generator. Therefore, for induction heating applications where the load on the generator varies greatly during the heating cycle, or by switching to another application that loads the generator very differently, the full power that the generator is capable of, or even the application in question, cannot be utilized.

Nevýhody známého zapojení k řízení Chodu generátoru pro vysokofrekvenční indukční ohřev pomocí mřížkového· odporu obsahujícího žárovky odstraňuje zapojení obvodu podle vynálezu k řízení rozběhu a chodu vysokofrekvenčního generátoru pro indukční ohřev, kde anoda elektronky, spojená přes vysokofrekvenční filtr, sestávající z kondenzátoru a tlumivky, s anodovým zdrojem, je přes hradící kondenzátor připojena k oscilačnímu obvodu, složenému z oscilačního kondenzátoru a indukčností se spotřebičem energie a kde paralelně k oscilačnímu obvodu. je připojen budicí transformátor, připojený na mřížku elektronky a sekundární vinutí budicího transformátoru je připojeno ke katodě elektronky přes mřížkový kondenzátor, k němuž je připojen mřížkový obvod, sestávající ze žárovek a do série zapojeného lineárního· rozběhového odporu, kde podstatou vynálezu je, že k lineárnímu rozběhovému odporu mřížkového obvodu je připojen spínací kontakt časového relé, přičemž mřížkový obvod je připojen ke spouštěcímu relé, jehož pracovní kontakt je připojen ke katodě elektronky a klidový kontakt ke zdroji záporného napětí.Disadvantages of the known circuit for controlling the operation of a high-frequency induction heating generator by means of a grid resistor containing bulbs eliminates the circuitry of the invention to control the start-up and operation of a high-frequency induction heating generator. source, it is connected via an impedance capacitor to an oscillating circuit consisting of an oscillating capacitor and an inductance with an energy sink and where parallel to the oscillating circuit. an excitation transformer connected to the vacuum tube is connected and the secondary winding of the excitation transformer is connected to the vacuum tube cathode via a grid capacitor to which a grid circuit consisting of light bulbs and a series of linear starting resistor is connected; A switching relay of the timing relay is connected to the starting resistor of the grid circuit, the grid circuit being connected to a start relay whose working contact is connected to the cathode of the vacuum tube and the idle contact to the negative voltage source.

Použitím zapojení podle vynálezu lze dosáhnout klidného· startu a chodu generátoru i při velmi rozdílných stavech zatížení. Další výhodou zapojení podle vynálezu je zjednodušené seřizování generátoru při přechodu na jinou aplikaci indukčního ohřevu, které popřípadě může i vůbec odpadnout, a zjednodušení konstrukce budicího transformátoru tím, že může mít menší rozsah regulace transformačního převodu, popřípadě může být jeho transformační poměr neměnný.By using the circuit according to the invention, it is possible to achieve a smooth start and run of the generator even under very different load conditions. A further advantage of the circuitry according to the invention is the simplified adjustment of the generator when switching to another induction heating application, which may possibly be omitted at all, and the simplification of the excitation transformer design, since it may have a smaller range of regulation of the transformation.

Na připojeném výkresu je schematicky znázorněn příklad zapojení výkonového oscilátoru s vlastním buzením včetně zapojení části k řízení rozběhu podle vynálezu.The accompanying drawing shows schematically an example of a self-exciting power oscillator, including a start-up control part according to the invention.

Anoda elektronky 14 je napájena z anodového zdroje přes vysokofrekvenční filtr, slo218211 zený z kondenzátoru 6 a tlumivky 9, a dodává vysokofrekvenční energii přes hradící kondenzátor 8 do oscilačního· obvodu, složeného· z kapacity 13 a indukčností 11, k níž je přikreslen odpor 12, který zde zjednodušeně znázorňuje spotřebu energie pro ohřeív. Paralelně k oscilačnímu obvodu 11, 13 je připojen budicí transformátor 10, který přivádí budicí napětí na mřížku elektronky 14. Sekundární vinutí budicího· transformátoru 10 je druhým koncem připojeno· ke katodě elektronky 14 kondenzátorem 7. K tomuto konci je připojen mřížkový odpor A, složený ze žárovek 1 a rozběhového odporu 2, k němuž je paralelně připojen spínací kontakt 3 časového relé 4. Časové relé 4 je provedeno tak, že jeho· spínací kontakt 3 se uzavře zpožděně po zavedení ovládacího proudu do cívky časového relé 4. Vhodná doba zpoždění je asi 0,2 až 0,5 sekund. Celý mřížkový obvod je připojen ke spouštěcímu („klíčovacímu“) relé 5. Jeho klidový kontakt je zapojen do polohy a ke zdroji 15 záporného napětí. Pracovní kontakt b je připojen ke katodě elektronky 14.The anode of the tube 14 is fed from the anode source through a high frequency filter, composed of a capacitor 6 and a choke 9, and delivers the high frequency energy via a blocking capacitor 8 to an oscillating circuit composed of a capacitance 13 and an inductance 11 to which a resistor 12 is drawn. which here simply shows the energy consumption for the heater. An excitation transformer 10 is connected in parallel to the oscillating circuit 11, 13, which supplies an excitation voltage to the tube grid 14. The secondary winding of the excitation transformer 10 is connected to the cathode of the tube 14 by a capacitor 7 at the other end. from the bulbs 1 and the starting resistor 2, to which the switching contact 3 of the timing relay 4 is connected in parallel. The timing relay 4 is designed so that its switching contact 3 closes delayed after the control current is applied to the timing relay 4. about 0.2 to 0.5 seconds. The entire grid circuit is connected to the start ("key") relay 5. Its normally closed contact is connected to position and to the negative voltage source 15. The working contact b is connected to the cathode of the vacuum tube 14.

Nena·kreslená cívka spouštěcího relé 5 a cívka časového relé 4 jsou obě zařazeny do společného· ovládacího obvodu.The non-drawn coil of the trigger relay 5 and the coil of the timer relay 4 are both connected to a common control circuit.

Funkce zapojení je následující: v klidovém stavu je spínací kontakt 3 rozpojen a na mřížce elektronky 14 je záporné napětí ze zdroje záporného napětí 15, dodávané prostřednictvím spouštěcího relé 5 v poloze a. Oscilační obvod 11, 13 se uvede do chodu zavedením ovládacího proudu do cívek časového relé 4 a spouštěcího relé 5. Spouštěcí relé 5 svým kontaktem b spojí mřížkový obvod A s budicím transformátorem 10 a s katodou elektronky 14, čímž se oscilační obvod 11, 13 rozběhne. V prvním okamžiku po zapnutí jsou vlákna žárovek 1 ještě studená a mají nepatrný odpor, ale mřížkový proud přitom vytvoří potřebné mřížkové předpětí v lineárním rozběhovém odporu 2. Po dobu asi 0,2 až 0,5 sek. se vlákna žárovek 1 rozžhaví a jejich odpor vzroste, avšak současně se uzavře spínací kontakt 3 časového relé 4, čímž je lineární rozběhový icdpor 2 vyřazen z činnosti. Za provozu pak zůstává trvale v činnosti pouze žárovkový odpor představovaný žárovkami 1, kterým je v plné míře zachována schopnost samočinné regulace mřížkového předpětí při změnách zatížení generátoru, způsobené změnami odporu 12.The function of the wiring is as follows: at idle, the NO contact 3 is open and the electrode grid 14 has a negative voltage from the negative voltage source 15 supplied via the trigger relay 5 in position a. The oscillation circuit 11, 13 is actuated by applying control current to the coils. The contact relay b connects the lattice circuit A to the excitation transformer 10 and to the cathode of the vacuum tube 14, so that the oscillating circuit 11, 13 starts. At the first moment after switching on, the filaments of the bulbs 1 are still cold and have a slight resistance, but the grid current creates the required grid bias in the linear starting resistor 2. For about 0.2 to 0.5 seconds, the filaments of the bulbs 1 glow and resist It increases but at the same time closes the contact 3 of the timing relay 4, which disables the linear start-up icdpor 2. In operation, only the bulb resistance represented by the bulbs 1, which fully maintains the self-regulating ability of the grid bias when the generator load changes due to the changes in resistance 12, are permanently in operation, remains permanently in operation.

Claims

Wiring to control the start-up and operation of a high-frequency induction heating generator, where the anode of the vacuum tube connected via a high-frequency filter consisting of a capacitor and a choke to the anode source is connected via a damper capacitor to wherein an excitation transformer connected to the tube grid is connected in parallel to the oscillating circuit and the secondary winding of the excitation transformer is connected to the cathode of the tube via a grid capacitor to which a grid circuit consisting of light bulbs is connected; characterized in that a switching contact (3) of the timing relay (4) is connected to the linear starting resistor (2) of the lattice circuit (A), the lattice circuit (A) being connected to a start relay (5) whose working contact (b) j e is connected to the cathode of the tube (14) and the resting contact (a) to the source of negative voltage (15).