Методическая индукционная нагревательная установка Советский патент 1985 года по МПК H05B6/06 

1

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в.машиностроительной, металлургической и автомобильной промышленности, где применяется индукционный нагрев заготовок перед их кузнечной обработкой.

Известна индукционная нагревател ная методическая установка, содержащая индуктор, связанный с выходами источников питания, датчик температуры, связанный с управляющим входо источника питания t J. .

В указанной установке температурный режим поддерживается за счет стабилизации температуры поверхност выходной заготовки. При индукционно нагреве мощность выделяется в поверх(ностном слое металла, а внутренние слои прогреваются за счет теплопроводности. Этот процесс весьма, инерционный, поэтому температура поверхности недостаточно точно определяет тепловое состояние заготовки .Известно устройство для регулирования режима индукционного нагрева, содержащее датчик температуры, подключенный к йервому входу автоматического регулятора, выход которого подключен к системе возбуждения нагревателя, датчик мощности, вход которого включен параллельно -нагревателю, а выход подсоединен к второму входу автоматического регулятора. Преобразователь состоит из двух апериодических и одного интегрирующего звеньев, соединенныхмежду собой параллельно, выходы которых подключены к сумматору L2J.

В таком устройстве для регулирования используются два сигнала - по teHnepaType поверхности и от центра заготовок. Однако эти два сигнала неоднозначно характеризуют распределение температуры по сечению заготовки.

л.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является методическая индукционная нагревательная установка, содержащая индуктор, подключенный к источнику питания, датчик тока индуктора и датчик температуры выходной заготовки, выход которого связан с входом блок нелинейности по температуре с пада«идей харак еристикой, соединенного выходом с управляющим входом источника Jtитaния СзЗ.

1591792

Недостаток известного устройства низкое качество нагрева, обусловленное регулированием режима нагрева по температуре поверхности выходной

5 заготовки. При обработке металлов давлением в прессовом и кузнечном производстве необходимым условием является постоянство средней температуры заготовок, следовательно,

o регулирование режима нагрева необходимо производить по средней температуре выходной заготовки. Электрический сигнал, с достаточной степенью точности пропорциональный средней

5 температуре заготовки, может быть получен путем преобразования сигналов, пропорциональных температуре поверхности заготовки и току индуктора.

0 Целью изобретения является повышение точности поддержания средней температуры заготовок.

Для достижения этой цели в методическую индукционную.нагревательную

5 установку, содержащую индуктор, подключенный к источнику питания, датчик тока индуктора и датчик температуры выходной заготовки, выход которого связан с входом блока нелинейности

по температуре с падающей характеристикой, соедине1 ного входом с управ-ляющим входом источника питания, введены, два сумматора, задатчик опорного напряжения, квадратор и апериодическое звено, указанная связь датчика температуры с блоком нелинейности осуществлена через первый вход первого сумматора, к второму входу которого подключен выход второго сумматора, связанного прямым входом с задатчиком опорного напряжения, а инверсньм входом через последовательно включенные апериодическое звено и квадратор - с выходом тока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки; на фиг. 2 внешняя характеристика блока нелинейности по температуре; на фиг. 3 0 блок нелинейности по температуре, вариант; на фиг. 4 - апериодическое звено, вариант.

В индукторе 1 находятся нагреваемые з;аготовки 2. Индуктор 1 подклю5 чен к силовым выходам источника

питания 3 через датчик тока 4. Датчик 5 температуры, в качестве которого может быть использован фотопирометр. 3 изменяет температуру поверхности выходной заготовки 2. Выход датчика температуры 5 подключен к входу блок нелинейности по температуре 6 через первый сумматор 7. Выход блока 6 нелинейности по температуре подключе к управляющему входу источника питания 3. Выход задатчика 8 опорного напряжения через второй сумматор 9 подключен к второму вхоДу сумматора Выход датчика тока 4 подключен к инверсному входу.сумматора 9 через пос ледовательно соединенные квадратор 1 и апериодическое звено 11. Блок 6 нелинейности по температуре может быть реализован, по схеме, представленной на фиг. 3 на операционных усилителях 12-14. На усилителях 12-14 реализованы прецизионные однополупериодные выпрямители с сумматорами на входе, на операционном усили реле 13 реализован сумматор, Задатчик опорного напряжения 8 выполняет роль блока задания тепловы потерь и может быть реализован на базе источника опорного напряжения. Квадратор 10 может быть реализова на аналоговом перемножителе сигналов в .инФегральном исполнении, например К525ПС2. Апериодическое звено 11 может быт реализовано на операционном усилителе по схеме, приведенной на фиг. 4. Работа установки основывается на следующих закономерностях. Температура поверхности и средняя температура заготовки связаны завиСИМОСТЬЮSKI, ), ЗСтП.,- температура поверхп ср ности и средняя.температура заготовки; удельная активная шюг ность TetinoBbOc потерь споверхности йаготовки;радиус sarotoBim; удельная теплопроводность материала заготовки;S(w, /5, t) - функция временн учиты вающая распределение внутренних источников тепла по сечению заготовки; 179 V2Ri -д- - относительньй радиус заготовки (л - глубина проникновения тока в- металл загрузки); относительная координата точки сечения заготовки, для точек поверхности ув 1; критерий Фурье ( « температуропроводностьматериала загрузки, t - абсолютное время). Сигнал по температуре поверхности может быть преобразован в сигнал по средней температуре в соответствии с указанной формулой аналоговыми звеньями. Функция 5(т, 1,1Г) пред- -. ставляет собой монотонно возрастающую функцию бремени, определяющуюся к установившемуся значению S(m, 1,«) . Данная функция может быть аппроксимирована выражением: fW strsA lV-e / Подобная аппроксиь ация дозволяет реализовать функцию 5(т, 1, f) одним апериодическим звеном с постоянной времени t. Известно также, что удельная мощность по поверхности заготовки пропорциональна квадрату тока индуктора. Следовательно, сигнал по току индуктора можно преобразовать в сигнал.по мощности с помощью квадратора. Удельная мощность потерь с поверхности заготовки зависит от температуры ее поверхности и температуры внутренней поверхности футеровки. В большинстве случаев с достаточной стеиенью точности можно принять удельiiyio мощность потерь с поверхности ВЫХОДНОЙ заготовки постоянной. При этом функция 5(со, 1,10 перестает. зависеть от времени и принимает значение (CD. 1, 00 ). В соответствии с этими представлениями установка работает следующим образом. Сигнал с датчика тока 4 индУктора преобразуется в квадраторе 10 в сигнал, пропорциональный удельной МОЩНОСТИ на поверхности заготовки

. 5 11

которьй поступает на вход апериодического звена 11. Сигнал с выхода апериодического звена 11 вычитается в сумматоре-9 из сигнала с выхода блока 8 задания тепловых.потерь. Сигнал по температуре поверхности заготовки 2 поступает на сумматор 7, где складывается с сигналом с выхода сумматора 9. С выхода сумматора 7. сигнал по средней температуре заготовки 2 поступает на вход блока 6 нелинейности по температуре. Превы59179 . 6

шение средней температурой заготовки ее максимально допустимого значения и исключается за счет падающего участка характеристики блока 6 нелинейности по температуре при средней температуре заготовки выше заданной.

Входные и выходные сигналы отмечены Ив, и Ид,. .

10 Установка позволяет повысить качество нагрева заготовок путем стаби лизации средней температуры.

WB

МЕТОдаЧЕСКАЯ ИНДУКВДОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая индуктор, подключенный к источнику питания, датчик тока индуктора и датчик температуры выходной заготовки, выход которого связан с входом блока нелинейности по температуре с падающей характеристикой, соединенного входом с управляющим входом источника питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности поддержания средней температуры заготовок, в установку введены два сумматора, задатчик опорного напряжения, квадратор и апериодическае звено, указанная связь датчика температуры с блоком нелинейности осуществлена через первый вход первого сумматора, к второму входу которого подключен выход второго сумматора, связанного прямым входом с задатчиком опорного (Л напряжения I а инверсньв входом через последовательно включенные апериодическое звено и квадратор - с выходом датчика тока. сд со 1 о

r-fll-