Индукционная установка для нагрева ферромагнитных изделий Советский патент 1984 года по МПК H05B6/08 

Изобретение относится к электротермии и может быть применено в уста новках, использующих индукционньй нагрев и плавку. В установках индукционного нагрева электромагнитное поле вызывает электродинамические силы, действующи как на загрузку, так и на индуктор. Электродинамические силы могут иметь как положительное, так и отрицательное значение. Известны специальные конструкции для нагрева ферромагнитных деталей, в которых под силовым воздействием электромагнитного поля индуктора детали втягиваются в рабочее простра ство для последующей термообработки За счет электродинамических сил, создаваемых дополнительными соленоидами, осуществляется транспортировка ферромагнитных деталей через нагреваемы е устройства Г1 3. Известно применение электродинамических сил при выгрузке смерзшихс сыпучих грузов из металлических полувагонов в зимнее время для достиж ния интенсификации процесса и сокра щения расхода электроэнергии. Для создания электромагнитного поля применяются пл.оские индуктора с магнитопроводом, которые работают в импульсном режиме 23. Однако в этих устройствах не учи тываются механические перегрузки в пусковом режиме, которые могут быть соизмеримы с величиной максимально допустимых механических напряжений Для конструктивных элементов индукционной системы при больших на единицу оборудования мощностях. Наиболее близкой к изобретению по технической сути является индукционная установка для нагрева ферро магнитных изделий, содержащая колебательный контур из параллельно включенных индуктора и конденсаторн батареи, подключенный к источнику питания через коммутатор, управляющ вход которого через выходной формирователь соединен с датчиком напряж ния источника питания. В известной установке в качестве коммутатора используется тиристорны регулятор и начальная фаза включени определяется углом управления тирис торов. Фазовое управление, вводимое на продолжительность включения, рав ной нескольким периодам (8 периодов уменьшает значение напряжения, что ограничивает величину тока в пусковом режиме до двухкратного значения номинального тока СЗ. Недостатками известной установки являются сложность системы управления и большие капитальные затраты. В .качестве коммутатора может использойаться только тиристорньй коммутатор, что снижает возможности устройства. R импульсном режиме работы при предлагаемом способе вулючения уста- новка отрицательно влияет на питающую сеть, так как ухудшается гармонический состав тока и напряжения сети. В результате этого снизить механические нагрузки до допустимых. пределов не удается. Целью изобретения является снижение механических нагрузок при пуске установки. Поставперная цель достигается тем, что индукционная установка для нагрева ферромагнитных изделий, содержащая колебательный контур из параллельно включенных индуктора и конденсалорной батареи, подключенный к источнику питания через коммутатор, управляющий вход которого через выходной формирователь соединен с датчиком Напряжения источника питания, снабжена программатором и цепочкой из последовательно включенных выпрямителя, ограничителя, порогового и дифференцирующего элементов и блока задержки, выход цепочки подключен к входу выходного формирователя, а вход - к выходу датчика напряжения, соединенного с первым выходом подключенного к источнику питания программатора, второй выход которого связан с управляющим входом коммутатора. На фиг. 1 приведена векторная диаграмма токов индуктора; (По оси абсцисс (фиг.- 1) направлен магнитный поток Ф, по оси ординат - напряжение на индукторе U; угол между напряжением и током I индуктора; 1ух ток холостого хода индуктора; угол потерь); на фиг. 2-график зависимости отношения мгновенного значения силы микс установившемуся значению f ycf Фззы включения напряжения; на фиг. 3 - блок-схема установки; на фиг. 4 - диаграмма работы установки. Зависимость, приведенная на фиг. 2, построена при cos 4 0,2, в качестве нагрузки использовался стальной лист 550 X 550 мм, ТОЛ1ЦИНОЙ 8 мм; индуктор представляет собой плоскую катушку диаметром 640 мм. Установка состоит из индуктора 1 конденсаторной батареи 2, коммутато 3, источника 4 питания, датчика 5 напряжения, выпрямителя 6, ограничи теля 7, порогового элемента 8, дифференцирующего элемента 9, блока 10 задержки, выходного формирователя 1 и программатора 12. Известно, что при включении катушк с ферромагнитным сердечником на синус идальное напряжение, потокосцепление определяется формулой .T/o)e , Vs V 1Л (ст Sin(u)-l-(-6-4-c j ц/ и ст макс потокосцепление в момент включения. Согласно выражениям (1) и Х2) на именьшее значение потокосцепления в пусковом режиме будет при . Так как сила, возникающая в инду ционной системе, зависит от потокосцепления, то минимальное значение силы определяется также выражением (3). Данньй вывод подтверждается зависимостью, приведенной на фиг. 2. Минимальное значение силы для со5Ч 0,2 равно начальной фаз включения напряжения на индукторе 75-80 эл.град., т.е. напряжение, подаваемое на индуктор, включается при угле, равном начальной фазе. При увеличении, сое Ч системы начальн фаза включения уменьшается, а при уменьшении cosV увеличивается. Полученные зависимости силы от угла включения напряжения при различных подтверждают этот вывод. Угол потерь составляет несколь ко градусов (не более 10 эл.град.). Поэтому при создании устройства для .снижения сил в пусковом режиме углом можно пренебречь, что незначительно отразится на увеличении силы Установка работает следующим о.бразом. Напряжение, поступающее с датчик напряжения от источника 4 питания че.ре программатор 12, выпрямляется в выпрямителе 6 и ограничивается по ампли туде ограничителем 7 (Фиг. 4, 7)t Далее сигнал преобразовывается в пороговом элементе 8 (фиг. 4,8), диф464ференцируется элементом 9 (фиг. 4, 9). Блок 10 задержки задерживает сигнал на время, равное начальной фазе включения в (фиг. 4, 10). Далее, в выходном форм.ирователе 11 формируется определенная форма сигнала, зависящая от вида коммутатора 3 (фиг. 4, 11). Сигнал с выходного формирователя 11 поступает на коммутатор 3. Время задержки устанавливается вручную, предварительно рассчитав угол сдвига между напряжением и током индуктора. Для различных индукционных систем этот угол разный. Коммутатор 3 замыкает силовую цепь в момент времени, равный углу сдвига Ч, считая точкой отсчета момент перехода синусоидальногб напряжения питания через ноль. В качестве ограничителя-7 может использоваться стабилитрон. Пороговый элемент 8 может быть выполнен на микросхеме. Все остальные блоки являются стандратными. При расчете времени задержки необходимо учитывать время включения коммутатора 3. Программатор 12 спухят для отключения коммутатора 3 в непрерывном и импульсном работы индукционной установки и отключения системы управления. При непрерывном режиме работы установки система, управления 5-11 обеспечивает включение -установки с заданной начальной фазой. Через интервал времени равный нескольким периодам напряжения, программатор 12 отключает систему управления 5-11, которая выполнила -свои функции. После окончания процесса нагрева напряжение отключается от индуктора 1 путем отключения коммутатора 3 при подаче сигнала с программатора 12 и отключения источника 4 питания. В импульсном режиме р.аботы программатор 12 обеспечивает отключение коммутатора 3 согласно программе. Предлагаемая установка позволяет увеличить надежность и срок службы об.орудования (в среднем на 10%) и снизить -капитальные затраты на 1015%,. так как снижается запас по механической прочности силового оборудования. При обогреве вагонов это позволит увеличить срок службы вагонов на 10%. К преимуществам можно отнести также меньшее влияние на сеть в импульсном режиме, что позволяет уменьшить число и мощность фильтрующих элементов.

О 30 60 90 120 150

Фиг. г

ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащая колебательный контур из параллельно включенных индуктора и конденсаторной батареи, подключенный к источнику питания через коммутатор, управляющий вход которого через выходной формирователь соединен с датчиком напряжения источника питания, о тличающаяся тем, что, с целью снижения механических нагрузок при пуске установки она снабжена программатором и цепочкой из последовательно включенных выпрямителя, ограничителя, порогового и дифференцирующего элементов, блока задержки, выход цепочки подключен к вхоДу выходного формирователя, а вход - к , 5 ш 1ходу датчика напряжения, соединенного с первым выходом подключенного к источнику питания програ а4атора, второй выход которого связан с управляющим входом коммутатора. О) лх ф

Р

tz

П

11

10

Фиг.З

/

/

/

/

1Q

К

L