Установка для индукционного нагрева металла

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к установкам индукционного нагрева. Цель изобретения - снижение потерь электроэнергии при индукционном нагреве и плавке ферромагнитных материалов. Устройство содержит тириЬторный вьшрямитель 1, блок 2 управления выпрямителем, инвертор 3, индуктор 4, датчик температуры 25, которым контролируется температура нагреваемого металла, нелинейные блоки вычисления 23, 24,: 26, преобразующие сигнал с датчика температуры 25, третий сумматор 27, в котором суммируется сигнал о текущем состоянии объекта с заданием. . Результир тощее значение поступает на блок 2 управления выпрямителем, что приводит к изменению режима работы преобразователя 11, питакяцего .индукционную установку. Подробно описаны блоки вычисления 23, 24, 26. 5 ил. а СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (gg 4 Н 05 В 6/06

1 ф(-.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4186300/24-07 (22) 25. 11. 86 (46) 15.06.88. Бюл. У 22 (71) Криворожский горнорудный институт

{ 72) ИеЮе Рюти Д е Н е Родькин 9

В.И. Бутенко, В.И. Лабяк и Н.И. Бабенко (53) 621. 365. 52 (088. 8) (56) Патент США У 4507722, кл. Н 02 Р 13/20, 1984.

Авторское свидетельство СССР й"* 661854, кл. Н 05 В б/86, 1977. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ. ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к установкам индукционного нагрева. ЦЕль изобретения — . снижение потерь электроэнергии при

„„SU„1403389 А1 индукционном нагреве и плавке ферромагнитных материалов. Устройство содержит тиристорный выпрямитель 1 ° блок 2 управления выпрямителем, инвертор 3, индуктор 4, датчик температуры 25, которым контролируется температура нагреваемого металла, нелинейные блоки вычисления 23, 24, ;

26, преобразующие сигнал с датчика температуры 25, третий сумматор 27, в котором суммируется сигнал о теку. щем состоянии объекта с заданием.

- Результирующее значение поступает на блок 2 управления выпрямителем, что приводит к изменению режима работы преобразователя 11, питающего э

О .индукционную установку. Подробно описаны блоки вычисления 23, 24, 26. 5 ил.

С:

1403389

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано

-при индукционном нагреве и плавке ферромагнитных металлов в тигельных печах при питании их от статических преобразователей частоты.

Целью изобретения является снижение потери энергии при нагреве и плавке ферромагнитных металлов.

1О

На фиг. 1 изображена блок"схема установки; на фиг. 2 — схема второго блока; на фиг. 3 — схема блока вычи.сления удельного сопротивления; на фиг. 4 — схема блока вычисления маг"нитной проницаемости; на фиг. 5—, .схема блока вычисления мощности.

Установка содержит тиристорный выпрямитель 1 с блоком управления . выпрямителем 2, инвертор 3, индуктор

4, компенсирующий конденсатор.5, дат- чик фазы 6, датчик напряжения 7, датчик тока 8, интегратор 9, датчик мощности 10, преобразователь 11, пер,вый сумматор 12, первый блок компен- 25

:сирующей обратной связи 13, регулятор частоты задающего генератора 14, блок управления коммутацией тиристоров 15, пропорциональный усилитель 16, второй сумматор 17, второй блок компенсирующей обратной связи 18, квадратичнык преобразователь 19, первый блок умножения 20, блок извлечения корня 21, второй блок умножения 22, блок вычисления удельного сопротивления металла 23, блок вычисления магнитной проницаемости металла 24, датчик тем пературы 25, блок вычисления мощно сти, выделяющейся в металле 26, третий сумматор 27, задатчик 28.

4О

Устройство работает следующим образом. Трехфазный переменный ток выпрямляется выпрямителем 1 и далее поступает на инвертор 3, который пре- 45 образует постоянный ток в переменный однофазный, питающий индуктор 4.

Индуктор 4 и компенсирующий конденсатор 5 образуют параллельный колебательный контур. Для выделения на индукторе максимальной полезной мощности в контуре создается резонанс таков. При этом реактивные сопротивления индуктора 4 и конденсатора 5 должны быть равными.

Для обеспечения резонанса токов частота напряжения эапитки контура должна быть равна резонансной частоте контура. Это обеспечивается настройкой частоты задающего генератора блока управления коммутацией тиристоров 15.

При работе устройства (при нагреве и плавке металла) изменяется индуктивность индуктора 4. При этом нарушается условие резонанса токов, через индуктор начинает протекать нескомпенсированный реактивный ток и появляется сдвиг фазы между колебаниями напряжения и тока в цепи ин,цуктора, т. е. соз g„а 1. ,Ток и напряжение в цепи индуктора

4 контролируются датчиками 7 и 8, преобразуются интегратором 9, таким образом, что на выходе датчика фазы

6 вырабатывается напряжение, пропорциональное углу рассогласования по фазе между напряжением и током индуктора. Это напряжение поступает на вход первого сумматора 12, на другой вход которого поступает сигнал с выхода преобразователя 11 датчика мощности 10 через первый узел компенсирующей обратной связи 13. Результирующий сигнал с выхода первого сумматора 12 подается на регулятор часточи задающего генератора 14 далее на блок управления коммутацией тиристоров 15, таким образом вновь обеспечивается резонанс токов в цепи индуктора 4.

Для стабилизации мощности, выделяемой на индукторе 4, напряжение с выхода датчика мощности 10 поступает на первый вход второго сумматора

17, на второй вход которого с выхода датчика фазы 6 поступает сигнал через второй блок компенсирующей обратной связи 18. Суммарный сигнал с выхода второго сумматора 17 через пропорциональный усилитель 16 поступает на второй вход блока управления коммутацией тиристоров 15, который осуществляет задержку управляющих импульсов на тиристоры инвертора 3 на время, пропорциональное изменению мощности, выделяемой на индукторе 4.

Установка заданной мощности осуществляется изменением напряжения задания с задатчика 28, подаваемого на первый вход второго сумматора 17 и второй вход системы управления выпрямителем 2.

Компенсирующая обратная связь от датчика фазы в контуре регулирования мощности и от датчика мощности в контуре регулирования коэффициента мош140.3 389 ности, позволяет добиться автономности сепаратных систем регулирования связанных величин.

При возрастании коэффициента мощ5 ности нагрузки (сощ„) и отсутствии компенсирующей обратной связи возрастает соответственно мощность нагрузки (Р„= U > I> cosy„) .

При наличии компенсирующей обратной связи с увеличением cos(g сигнал датчика фазы уменьшает суммарный сигнал после второго сумматора 17. Таким образом, подбирая соответствующий коэффициент передачи второго блока компенсирующей обратной связи 18, можно добиться полной независимости

Р„oT созс „. !

Аналогичные действия происходят

20 в контуре регулирования cosy„, т.е. при наличии первого блока компенсирующей обратной связи 13,осуществляется независимость узла регулирования

cos „от мощности Р„.

Величина мощности, выделяющейся в нагреваемом металле, в процессе нагрева претерпевает изменения. Это обусловлено непостоянством таких параметров металла как удельное сопроЭ

30 тивление 0 и магнитная проницаемость

Я °

В интервале температур 15-800 С удельное сопротивление возрастает в 6-8 раз (для стали с содержанием углерода 0,4-0,57), при достижении. точки Кюри величина магнитной проницаемости скачком изменяется до единицы. Эти факторы определяют характер изменения мощности, выделяющейся в металле. Рост мощности про- 0 исходит до момента появления на поверхности металла слоя с температурой, выше критической, далее с ростом толщины слоя, нагретого до темпера.туры выше точки Кюри, она непрерывно 45 падает и в конце нагрева имеет значение, меньшее, чем в начальный момент.

Значение удельной мощности на

50 поверхности металла определяется выражением:

Ф

P = 0,993 10 з Н

55 где р — удельное сопротивление металла, Ои/и; ш — магнитная проницаемость

f — частота, Гц;

42И „

Н = †--- — амплитуда напряженности е а магнитного поля на поверхности, А/И;, — число витков индуктора; а — высота садки, м;

1ц — ток индуктора, А.

Полезная мощность, выделяющаяся в садке, равна

2ГРЮ

P = 0 993 10 — —,I

И или где D — диаметр садки, и;

К вЂ” постоянный коэффициент, учитывающий геометрические размеры.

Сигнал, пропорциональный текущему значению полезной мощности, выделяющейся в нагреваемом металле, образуется следующим образом.

Датчиком тока 8 измеряется величина тока в цепи индуктора 4, с выхода датчика тока 8 сигнал поступает на квадратичный преобразователь 19, с выхода последнего сигнал, пропорциональный квадрату тока в индукторе, подается на вход второго блока умножения 22.

Контроль температуры металла в цикле нагрева и плавки осуществляется датчиком температуры 25, с выхода которого сигнал, соответствующий текущему значению температуры, поступает на входы 23, 24 и 26. Блок

23 реализует зависимость удельного сопротивления металла р от температуры, таким образом значение р корректируется в процессе нагрева и сигнал, соответствующий текущему значению удельного сопротивления, поступает на гервый вход первого блока умноже» ния 20, на второй вход которого подается сигнал, соответствующий величине магнитной проницаемости с выхода блока 24, в котором отображается зависимость магнитной проницаемости оттемпературы. На третий вход первого блока умножения 20 поступает сигнал, пропорциональный значению частоты, с выхода регулятора частоты задающего генератора 14. С выхода блока умножения 20 сигнал, соответствующий произведению удельного сопротивления, магнитной проницаемости и частоты, пода-.

5 14 ется аа вход блока 21, в котором выполняется операция извлечения квад-» ратного корня и полученный сигнал поступает на вход блока умножения 20, на выходе которого сигнал соответствует текущему значению полезной мощности, выделякицейся в металле.

В блоке 26 смоделирована зависимость мощности, выделяющейся в металле от температуры, Попдержание мощности в соответствии с этой зависимостью обеспечивает оптимальность процесса нагрева и

Плавки металла за счет снижения потерь электроэнергии. На выходе блока

26 образуется сигнал, пропорциональный требуемому значению мощности в зависимости от температуры нагреЙа, который поступает на первый вход третьего сумматора 27. Сигнал о текущем значении температуры подается на вход третьего нелинейного блока

26 с датчика температуры 25. На второй инверсный вход третьего сумматора 27 поступает сигнал с выхода пер-, вого блока умножения 20, соответствующий текущему значению мощности. аким образом, на выходе третьего сумматора 27 образуется сигнал, ропорциональный разности требуемой текущей мощности в нагреваемой садке, который подается на первый цход системы управления выпрямитеzteM 2, на второй вход которой поступает сигнал задания.

Величина мощности преобразователя частоты корректируется в процессе нагрева путем изменения напряжения в ипрямителя сигналом, поступающим на тиристоры вь1прямителя 1 с блока управления выпрямителем 2, которым меняется угол открывания тиристоров.

Сигнал на выходе блока управления

2 формируется в зависимости от разности значений требуемой и текущей мощности, выделяющейся в нагреваемой садке. Таким образом, обеспечивается регулирование мощности, подводимой к индуктору, в цикле нагрева и плавки металла, которое приводит к экономичному использованию преобразователя частоты и снижению потерь электроэнергии.

В процессе нагрева контролируется изменение параметров (,p) нагреваемого металла); снижаются потери электроэнергии, более экономичный

03389 6 режим нагрева; увеличивается КПД индукционной установки. .Формула изобретения

Установка для индукционного нагрева металла, содержащая выпрямитель с инвертором мостового типа, к выходу которого подключены индуктор и компенсирующие конденсаторы, дат10 чики тока и напряжения инвертора, выходы которых соединены с интегратором и преобразователем, выход интегратора подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через первый блок компенсирукнцей обратной связи соединен с выходом преобразователя, а выход через регулятор частоты задающего генератора — с первым входом блока управления коммутацией тиристоров инвертора второй вход которого через пропорциональный усилитель связан с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с задатчиком, а

25 второй - с выходом преобразователя, а третий — через второй блок компенсирующей обратной связи — с выходом интегратора, о т л и ч а ю щ а я— с я тем, что, с целью снижения поЗ0 терь энергии при нагреве и плавке ферромагнитных металлов, установка снабжена квадратичным преобразователем, двумя блоками умножения, блоком извлечения корня, третьим сумматором, и блоками вычисления удельного сопротивления и магнитной проницаемости нагреваемого металла и мощности, выделяемой в.металле, подключенными входами к датчику температуры, выходы блоков вычисления . удельного сопротивления и магнитной проницаемости подключены к первому и второму входам первого блока умножения, третий вход которого соединен с выходом регулятора частоты задающего генератора, а выход - c входом блока извлечения корня, связанного выходом с первым входом второго блока умножения, к второму входу которого через квадратичный преобразователь подключен выход датчика тока, выход второго блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого связан с выходом блока вычисления мощности, а выход подключен к первому входу введенного блока управления выпрямителем.

140 3 389 фиг5

f403389

Корректор И. Шароши

Подписное

Тираж 832

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Ц, Горват

° ЙФВФЮ Ф ННЮ4Ф

Заказ 3006/57

Составитель О. Турпак

Техред Л.Сердюкова