Способ управления индукционной нагревательной установкой

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повышение производительности при нагреве в поперечном поле индуктора. Установка содержит источник питания 1, выполненный в виде статического преобразователя частоты, нагрузочный колебательный контур 2, состоящий из батареи конденсаторов 3 и индуктора 4 с изделием 5, регулятор частоты 6, датчики фазы 7, перегрузок 8, т-ры 9, устройство вычисления производной 10, экстремальный регулятор 11 и привод 12. Изменением частоты источника пи тания 1 регулятором частоты- 6 поддерживают резонанс в контуре 2. В случае перегрузок по сигналу датчика перегрузок 8 снижают частоту ниже резонансной, с помощью экстремального регулятора 11 через привод 12 изменяют расстояние между индуктором 4 и изделием 5, при этом поддерживают максимум мощности на изделии 5. 3 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ г, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИЙ (21) 4153045/24-07 (22) 26.11.86 (46) 15. 10.88. Бюл. № 38 (7 1) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) А.В.Иванов, NË.Ìóëüìåíêî и P.Ã.Þíóñîâ (53),621.365.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 738073, кл. Н 05 В 6/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 788727, кл. Н 05 В 6/06, 1978, Электротехника. 1976, № 1, с. 39-41. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ

НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель — повышение производительности при нагреве в поперечном поле индуктора. Установка содержит

ÄÄSUÄÄ 1431078 А 1 источник питания 1, выполненный в виде статического преобразователя частоты, нагрузочный колебательный контур 2, состоящий из батареи конденсаторов 3 и индуктора 4 с изделием 5, регулятор частоты 6, датчики фазы 7, перегрузок 8, т-ры 9, устройство вычисления производной 10, экстремальный регулятор 11 и привод

12. Изменением частоты источника питания 1 регулятором частоты 6 поддерживают резонанс в контуре 2. В случае перегрузок по сигналу датчика перегрузок 8 снижают частоту ниже резонансной, с помощью экстремального регулятора 11 через привод 12 изменяют расстояние между индуктором

4 и изделием 5, при этом поддерживают максимум мощности на иэделии 5.

3 ил.

143 1078

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано при регулировании мощности индукционных установок для плавки и нагрева °

Цель .изобретения — повышение производительности„ установки при нагреве в поперечном поле индуктора путем поддержания максимальной мощности, выделяемой в иэделии.

На фиг. 1 показана структурная схема системы .управления, реализующей предложенный - способ; на фиг. 2диаграмма, показывающая зависимость мощности, отдаваемой в изделие, от частоты источника .питания и расстояния между индуктором и поверхностью изделия.

На фиг. 1 обозначено: 1 — статический преобразователь частотыисточник питания; 2 — нагрузочный параллельный колебательный контур, состоящий из конденсаторной батареи

3, индуктора 4, в поперечном поде 25 которого находится нагреваемое издение 5; 6 — регулятор частоты; 7 датчик фазы S — датчик перегрузок

9 - датчик температуры;. 10 — устройство вычисления производной; I 1 экстремальный регулятор :12 - привод;.

К вЂ” частота источника питания 1; д — расстояние между индуктором 4 1 изделием 5; — фазовый угол наг- рузки Т - температура поверхности

У

35 изделия.

Способ осуществляется следующим образом, Изменением частоты источника t питания с помощью регулятора 6 частЬты поддерживают резонансный режим в.нагрузочном контуре 2. Для этого посредством датчика 7 фазы измеряют угол нагрузочного контура и регулятОром б поддерживают нулевое зна- . ! чение. Резонансный режим можно поддЕржать, например, путем поддержания максимума напряжения индуктора с помощью экстремального регулятора или, путем обеспечения нулевой разности

50 токов индуктивной и емкостной ветвей контура 2. В случае перегрузок источника питания (превышении заданных выходных параметров или снижении времени восстановления тиристоров) по сигналу датчика 8 перегрузок снижают

55 частоту f ниже резонансной f- gpss В ходе нагрева мощность, выделяемую в изделии, контролируют путем измерения температуры Т поверхности изделия 5 датчиком 9 температуры (например, пйрометром или термопарой) и определения ее производной по времени ЙТ/dt в устройстве 10 вычисления производной, С помощью экстремального регулятора 1.1 через привод 12 изменяют взаимное расположение (угол поворота или расстояние) индуктора 4 и изделия 5 в пространстве, при этом поддерживают максимум производной

dTjdt, соотетствующий максимуму мощности, выделяемой в изделии 5.

Как видно из диаграммы фиг. 2, представленной линиями равного уровня мощности Р, мощность Р, выделяемая в изделии, при фиксированной температуре зависит как от частоты f источника питания, так и от расстояния между индуктором и поверхностью иэделия,.причем эта зависимость носит экстремальный характер. Для д остижения максимальной скорости нагрева необходимо, чтобы расстояние d и частота f соответствовали максимуму мощности Р, выделяемой .в изделии (точка

А на фиг. 2).

Оптимальное регулирование частоты обеспечивается поддержанием резонансного режима, при котором максимальна мощность, отдаваемая источником питания. Оптимальное регулирование расстояния d ведется путем поддержания максимума мощности Р, выделяемой в изделии (без учета потерь в самом индукторе). В схеме по фиг, 1 мощность Р контролируется по скорости роста температуры поверхности изделия dT/dt. Зависимость мощности P от величины расстояния d îñíoâàíà на влиянии последнего на эквивалент- . ные параметры индуктора 4 - его активное и индуктивное сопротивления.

Изменение этих параметров приводит к изменению эквивалентных электрических параметров нагрузочного контура 2 (эквивалентного активного сапротивления и резонансной частоты) и, следовательно, к изменению мощности, отдаваемой источником 1 питания нагрузке. Несмотря на некоторое снижение электрического КПД индуктора и при его удалении от поверхности изделия 5, производительность нагрева возрастает за счет более полного использования мощности источника 1 питания, так как при поддержании максимума зависимости мощности Р, з

143107 выделяемой в изделии, от расстояния происходит оптимальное с точки зрения производительности согласование нагрузочного контура с параметрами коммутирующего контура после-

5 довательногo инвертора источника 1 питания, Способ был опробован в технологическом процессе местного индуктивного нагрева труб диаметром 1200 мм для формовки тройников. Нагрев места под вытяжку патрубка .производится плоским десятивитковым индуктором с внешним диаметром 600, получающим питание от преобразователя частоты мощностью 250 кВт, частотой

2,4 кГц. В процессе нагрева производилась непрерывная автоподстройка преобразователя на резонансную частоту нагрузочного контура с одновременным изменением расстояния У между индуктором и поверхностью трубы по условию максимума скорости роста тем пературы, При постоянной величине 25 расстояния d мощность, потребляемая установкой, изменялась в процессе нагрева более чем в 4 раза и началь ный этап нагрева (до точки магнитных превращений) проходил при пониженной мощности, несмотря на резонансный режим работы нагрузочного контура.

При изменении расстояния d за счет перемещения индуктора в ходе нагрева мощность поддерживалась на уровне, близком к номинальному, что позволило сократить время нагрева до 1000 С с 20 до 4 мин.

4

Перемещение индуктора в аксиальном направлении не вызывало существенного изменения распределения температур на поверхности к концу нагрева.

Таким образом, использование предложенного способа позволяет повысить производительность установок индукционного нагрева в поперечном поле индуктора в 3-5 раэ.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ управления индукционной нагревательной установкой с питанием от статического преобразователя частоты, выполненного по схеме последовательного инвертора, при котором контролируют температуру изделия и электрический параметр нагрузки в виде параллельного колебательного контура иэ конденсаторной батареи и индуктора с изделием, поддерживают резонансный режим в нагрузочном кон" туре изменением частоты преобразователя, причем при перегрузках преобразователя снижают частоту ниже реэонансной, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности установки при нагреве в поперечном поле индуктора путем поддерживания максимальной мощности, выделяемой в изделии, вычисляют производную от температуры по времени и поддерживают максимум производной из менением взаимного расположения индуктора и изделия в пространстве.

1431078

Составитель О. Турпак

Редактор Т. Лазоренко Техред JI.Cåðäþêîâà Корректор Э. Лончакова

Заказ 5354/57Тираж 832

Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у:-.. 11роектная, 4