Способ управления индукционной нагревательной установкой Советский патент 1984 года по МПК H05B6/06 

2, Способ по п.1,отличающий с я тем, что, с целью повьшения равномерности скорости нарастания температур, дополнительно определяют теплоемкости зон нагрева и интервал времени,настроенного в резонанс состояния инвертора,корректируют пропорционально произведению указанной разности температур и теплоемкости.

3. Способ по п.2, отличаю щ и и с я тем, что теплоемкости i каждой зоны определяют, в первом периоде изменения выходной частоты при равных временах, настроенных в реаонанс состояний инвертора с каждым из контуров, как величины обратно пропорциональные приращениям температур.

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные резонансные частоты и подключенных к выходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому, закону поочередно в каждый из перио- дов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны нагрева каждого контура, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем ускорения .нагрева, интервал времени настроенного в резонанс с каждым из контуров состояния инвертора в текущем периоде изменения выходной частоты, поддерживают пропорциональным разност конечной и текущей температуры контролируемой зоны нагрева. Р N0 :л Ы

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в многопостовых технологических установках индукционного нагрева.

Известен способ управления, заключающийся в поочередном подключении и отключении нагрузок при помощи управляемых вентилей pj .

Недостатками способа являются неэффективное использование дорогостоящих вентилей, повышенные весогаб ритные показатели установки и сложность системы управления.

Наиболее близким к предлагЛемому по технической сути является способ управления индукционной нагревательной установкой, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные резоijaacHbie частоты и подключенных к выходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому закону поочередно в каждый из периодов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны каждого контура zj .

Однако температура нагреваемой зоны какого-либо контура повьшается при настройке выходной частоты инвертора на его резонансную частоту. В оставшееся время периода изменения выходной частоты зоны охлаждается. Мощность инвертора выбирается дотаточной для обеспечения приращения температуры во всех зонах за период изменения входной частоты инвертора,

причем на уровнях температур, близким к необходимым.Вследствие различия величины теплоемкостей нагреваемых

объектов, различных условий рассеяния тепла, а также разницы в значениях температур, до которых необходимо нагреть каждую из зон, практически невозможно установить длительность настроенных .состояний нагрузок, при которой температуры во всех зонах одновременно достигали бы необходимых значений. Поэтому для избежания перегрева, недопустимого в технологических процессах, необходим значительно снижать мощность инвертора во время настроенного состояния на контур, в зоне которого достигнуто необходимое значение температуры, что продолжается в течение времени, пока температуры в остальных зонах также не достигнут своих необходимых значений. Это увеличивает длительность выхода нагреваемых объектов на заданный температурный режим и, следовательно, снижает интенсивность технологического процесса в целом.

Целью изобретения является повышение производительности установки путем ускорения нагрева и одновременного достижения всеми зонами конечной температуры.

Цель достигается тем, что согласно способу управления индукционной нагревательной установкой, содержаще несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенньпс на различные резонансные частоты и подключенньк к выходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому закону поочередно в каждый из периодов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны нагрева каждого контура, интервал времени, настроенного в резонанс с каждым из контуров состояния инвертора в текущем периоде изменения выходной частоты, поддерживают пропорциональным -раз-, ности конечной ,и текущей температуры контролируемой 5оны нагрева. Кроме того, для повышения равномерности скорости нарастания температуры дополнительно определяют теплоемкости зон нагрева, и интервал времени, настроенного в резонанс состояния инвертора, корректируют пропорционально произведению указанной разности температур и теплоемкости. При этом теплоемкости каждой зоны определяют в первом периоде из,менения выходной частоты при равных временах, настроенных в резонанс состояний инвертора с каждым из контуров, как величины обратно пропорциональные приращениям температур. Температура нагреваемого объекта в i-й зоне повышается во время Д± настроенного с ней.в резонанс состоя ння инвертора. Поскольку настройка периодичная и поочередная . Z U t j, число зон; длительность текущего периода изменения входной частоты инвертора. Регулировка длительности настроен ного с каждым контуром в резонанс состояния инвертора,происходит следую щим образом. t ;CC4--t;V J (2) , гдеСР; - соответствующая j-й зоне мо нотонно возрастающая функц11 ц; - температура, до которой не обходимо нагреть нагреваемы объект в j-й зоне; Cj- текущее значение температур нагреваемого объекта в j-й зоне. Из (2) видно, что время настроен ного состояния инвертора в резонанс с каждым из контуров увеличивается о возрастанием разности необходимой и текущей температур. Этим обеспе|1И вается одновременное достижение температур всех нагреваемых зон необхо димых значений.-а также наиболее эффективное использование ресурсов преобразователя за счет постоянной. работы в режиме максимальной мощное- . ти, чем в сврю очередь определяется уменьшение времени нагрева. В количественном отношении уменьшение времени нагрева определяется выбором функций Cf . Индукционные контуры имеют различные резонансные частоты,.позтому периодическим изменением входной частоты с. задержкой на каждой резонансной частоте реализуется поочередное подключение, т.е. логическая операция Или, что необходимо для раздельного регулирования выходными параметрами и осуществления релейного управления, оптимального по быстродействию. На фиг. 1 изображена система, реализующая предложенный способ; на фиг. 2 - кривые, поясняющие работу системы. Устройство состоит из трех контуров - индукционных нагрузок 1 -3, настроенных на различные резонансные частотыСОр, 03р2 СОр питаемые от инвертора 4, блоков 5-7 измерения и преобразования сигналов температур нагреваемых зон блоков 8 - 10 контроля настройки в резонанс, микро-ЭВМ 11 (например, Электроника-60 или Электроника ДЗ-28), блока 12-ввода установленных значений температур, (например фотосчитывателя ФС 1501) и блока 13 управления инвертором. Устройство работает следующим образом. Инвертор 4 поочередно настраивается в резонанс с контурами 1-3. Настройка, например, на контур 1 происходит автоматически по цепи 4,1, , при этом блок 8 контроля настройки в резонанс вьщает сигнал,пропор циональный отклонению от резонанса (например, по фазе, по частоте, по производной амплитуде, по частоте и т .д.). Блок 13 управления изменяет входную частоту инвертора 4 -до значения, соответствующего резонансу в контуре 1. Аналогично происходит настройка на контур 2 по цепи ,9, 13 и на койтур 3 по цепи 4,3,10,13. Длительности настроенных состояний,,, инвертора на каждую из нагрузок определяются микро-ЭВМ 11, которая може-Г

определять их, например, в виде прямых пропорциональных зависимостей по формуле, вытекающей из (2)

Из последнего выражения находим

ТР

...

J-1 35 1 J-, 3 ходит поочередно по истечении вычисленного по (3) для каждой нагрузки и тервала времени. При этом по сигнала микро-ЭВМ 11, имеющей встроенный тай мер, блок 13 управления поочередно включает три описанных канала автома тической настройки. На фиг. 2 представлены кривые,поя няющие работу системы, где СОр , СОр , резонансные частоты; &t , utj , utj -интервалы настроенных на каждую нагрузку состояний инвертора €,, , 0 - кривые нагрева; C(j,ty2 С у а - температуры, до которых необходимо нагреть нагреваемые зоны соот ветственно первой, второй и третьей нагрузок.. Для равномерности скорости нарастания температур каждого из нагревае мых объектов в течение нагрева, т.е равенства отношений для всех 1он приращение температуры i-и зоны нагреваемого объекта за период Т, можно достичь , если ввести в (3) коррекцию по их теплоемкостям ,В. ЭТОМ случае, записьшая уравнения температуры i-й зоны в конечных приращениях и без учета рассеяния, получаем t ij;- -Ci .J tj. I Z С ЧГ 5ЧгГ5 где Р - мощность инверстора, а.перв сомножитель представляет собой вели чину SP,dt, где Р; - мощность в i-й зоне, т.е. отношение y;i|He зависит от номера i-й зоны,т.е. одинаково для всех зон. Возможность определения теплоемкостей как обратно пропорциональных величин приращениям температур в первом периоде изменения входной частоты при равных длительностях настроенных в резонансе состояний инвертора с каждой из нагрузок можно показать, записывая уравнение температуры нагреваемых объектов в конечных приращениях«Z;.i.P. Для реализации способ существенное значение имеет выбор периода Т, излишне большая величина которого приводит к увеличению амплитуд переменной сое-, тавляющей температур нагреваемых объектов, а также неравнЬмерностиих скорости нарастания температур в процессе нагрева. Уменьшение величины Т ограничивается суммой Q .21 q дли„1.1 тельностеи q переходных процессов всех нагрузок. Наиболее приемлемые (значения величины Т лежат в диапазоне i20Q Т 6 500Q. Апробация способа производится в лабораторных условиях. Для простоты индукторы контуров 1-3 выполнены идентичными, различные резонансные частоты достигались изменением величин емкости компенсирующих батарей конденсаторов. Инвертор 4 представляет собой несимметричную схему с обратным диодом, выполненный мощностью 60 кВт, частотой 2500 .Гц. Блоки 5-7 представляют собой термопару с усилителем, блоки 8-10 контроля - фазовые дискриминаторы. В качестве вычислительного блока 11 и задающего блока 12 используется микро-ЭВМ Электроника ДЗ-28. В качест-ве блока 13 управления была использована стандартная схема с управляемым задающим генератором с усилителями на выходе и коммутатором каналов на входе. Масса каждой из загрузок составляет 6 кГ, установленные температуры - соответственно 600, 800 и 900 С. Величина периода, Т составляет 10 с. Бремя нагрева по у стан опаленных температур составило 20 мин. При использовании известного способа с теми же условиями время натрева при наиболее удачнрн сочетании скважнрстей импульсов мощности Б каждой из нагрузок составляет 23 мин. Предлагаемый способ управления элёктротехнологической установкой позволяет сократить время выхода на1578 греваемых объектов на заданный температурный режим на 10-15%, что позволит увеличить интенсивность технологического процесса. Изобретение позволяет также обеспечить равномерный нагрев всех нагреваемых объектов со СКОРОСТЯМИ, нагрева, пропорциональными заданным значениям температур, что важно для ряда технологических процессов для оптимального сочетания интенсивности процесса со скоростью нагрева.

РЗ

bipf

%