Методическая индукционная нагревательная установка Советский патент 1986 года по МПК H05B6/06 

12

ника питания 4. Выход датчика температуры 6 соединен с вторым прямым входом сумматора 13. Вькод датчика температуры 7 соединен с первым прямым ВХОДОМ1сумматора 14. Вторые входы сумматоров 13, 14 объединены и подключены к задатчику 15 опорного напряжения. Дыходы сумматоров 14, 13 через соответствзпощие квадраторы 17- 20 подключены к входам сумматора 16, выходом соединенного через апериодическое звено 21 с вторым входом сум

Изобретение относится к.электротермии и может быть применено в металлургии, автомобильной промышленности и других отраслях, использую- пщх индукционный нагрев.

Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры заготовок.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки; на фиг-. 2 - внешняя характеристика блока нелинейности по температуре на фиг. 3 - вариант вьшолнения блока нелинейности по температуре , на фиг. 4 - вариг ант реализации апериодического звена

В индукторе 1 с футеровкой 2 находятся нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к силовым выходам источника 4 питания через датчик 5 тока. Датчик 6 температуры, в качестве которого может применяться фото- пирометр, измеряет температуру поверхности выходной заготовки 3, а датчик 7 темйературы, в качестве ко- торого может использоваться термопара, измеряет температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика 5 тока подключен к инверсному входу, первого сумматора 8 через последовательно соединенные квадратор 9 и первое апериодическое звено 10. Выход сумматора 8 подключен к входу блока 11 нелинейности через первый прямой вход второго сумматора 12, а выход блока 11 нелинейности подключен к управляющему входу источника 4 питания. Выход датчика 6 температуры под

матора 8. Введение сумматоров 13, 14, 16, апериодического звена 21 и . квадраторов 17-20 обеспечивает по- вьшение точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы, т.к. превышение средней температуры заготовки ее максимально допустимого значения исключается за « счет падающего участка характеристики блока 11 нелинейности по температуре при средней температуре заготовки выше заданной. 4 ил.

ключен к второму прямому входу тора 12 и к первому прямому входу третьего сумматора 13. Выход датчика 7 температуры подключен к первому. прямому входу четвертого сумматора 14. К вторым прямым входам сумматорав

13и 14 подключен .выход задатчика 15 опорного напряжения. Выход сумматора 13 подключен к прямому входу

пятого сумматора 16 через последова- телЬно соединенные второй 17 и третий 10 квадраторы. Выход сумматора

14подключен к инверсному входу сумматора 16 через последовательно соединЁнные четвертый 19 и пятый 20 квадраторы. Выход сумматора 16 подключен к прямому входу сумматора 8 через второе апериодическое звено 21, .выполненное на базе операционного

.усилителя 22 (фиг. 4).

Квадраторы 9 и 17-20 могУт быть реализованы на базе аналогового перемножителя сигналов в интегральном

исполнении (например, К 525 ПС 2).

Блок 11 нелинейности по температуре может быть выполнен (фиг. 3) на операционных усилителях 23-25. На усилителях 23 и 25 реализованы прецизионные однополупериодные выпрямители с сумматорами на входе, на операционном усилителе 24 реализован сумматор.

.Апериодическое звено 10 может быть реализовано на базе операцион- ;ного усилителя 22 по схеме, приведенной на фиг. 4.

Задатчик 15 опорного напряжения |может быть выполнен на базе источника опорного напряжения.

Температура поверхности и средняя температура заготовки связана зависимостью

Т S(m,1, +

X RI S(co, 1,t),

где

P« q« R

температура поверхности и средняя температура заготовки; удельная активная мощность на поверхности заготовки;

удельная мощно.сть тепловых потерь с поверхности заготовки; - радиус заготовки; Л - удельная теплопроводность материала заготовки, S(m, ,) - функция времени, учитывающая распределение внутренних источников тепла по сечению заготовки (га - относительный радиус заготовки, А - глубина проникновения тока в . материал загрузки r/R- относительная координата точки сечения заготовки, для точек поверхности 1,

л Sit..

I - - критерий

Фурье, с - температуропроводность материала загрузки, t - абсолютное время).

Сигнал по температуре поверхности может быть преобразован в сигнал по средней температуре в соответствии с указанной формулой аналоговыми звеньями. Функция S(m, 1, t ) предс- ставляет собой монотонно возрастающую функцию времени, стремящуюся к установившемуся значению S(m, 1,), данная функция может быть аппроксимирована выражением

f(t) S(m, ,«)( 1 .

Подобная аппроксимация позволяет pea хшзовать функцию S(ra, 1, t ) одним апериодическим звеном с постоянной времени t.

Удельная мощность по поверхности заготовки пропорциональна квадрату тока индуктора. Следовательно, сигнал по току индуктора можно преобра- 5 зовать в сигнал по мощности с помощью квадратора.

Удельная мощность тепловых потерь с поверхности заготовки зависит от температуры ее поверхности и темпера10 туры внутренней поверхности футеровки, В стационарном режиме работы нагревателя удельную мощность тепловых потерь с поверхности выходной заготовки можно с достаточной степенью

5 точности считать постоянной. Однако часто в силу особенностей производства нагревательная установка значительную часть времени работает в нестационарном режиме, которые характе0 ризуются широкими колебаниями температурного режима установки, В этом случае допущение о постоянстве тепловых потерь приводит к ошибке в определении средней температуры,

5 Удельная мощность тепловых потерь с поверхности заготовки связана с .температурой ее поверхности Т и температурой внутренней поверхности футеровки Тф вьфажением

0 q k(T ч- 273) - (Т + 273,

Указанная связь может быть реализована аналоговыми звеньями.

Установка работает следующим об- 1 разом.

Сигнал с датчика 5 тока индуктора :преобразуется в квадраторе 9 в сигнал, пропорциональный удельной активной мощности на поверхности заготой0 ки, который поступает на вход апериодического звена 10, Сигнал с выхода датчика 6 температуры складывается с сигналом с выхода задатчика 15 . опорного напряжения в сумматоре 14,

5 с выхода которого сигнал поступает на вход квадратора 19, далее с его выхода - на вход квадратора 20, Сиг- , нал с выхода датчика 7 температуры складывается с сигналом с выхода за0 сдатчика 15 опорного напряжения в сумр маторе 13, с выхода которого сигнал поступает на вход квадратора 17 и с его выхода - на вход квадратора 18, Затем из него вычитается в суммато5.ре 16 сигнал с выхода квадратора 20, Сигнал с выхода сумматора 16, пропорциональный удельной мощности тепловых потерь с поверхности выходной

заготовки, поступает на вход апериодического звена 21. Сигнал с выхода апериодического звена 10 вычитается в сумматоре 8 из сигнала с выхода апериодического звена 21. Выходной сигнал сумматора 8 складывается в сумматоре 12 с сигналом датчика 6 температуры и поступает на управляющий вход источника 4 питания через блок 11 нелинейности по температуре. Превышение средней температуры заготовки ее максимально Допустимого значения исключается з.а счет падающего участка характеристики блока 11 нелинейности по температуре при средней температуре заготовки выше заданной.

Входные и выходные сигналы отмечены Ugy.

Установка позволяет повысить качество нагрева заготовок цутем по- вьшения точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы. По результатам математического моделирования точность поддержания средней температуры заготовок в нестационарных режимах в предпагаемой установке по сравнению с известной повышается на 30%,

Формула изобретения

Методическая индукционная нагревательная установка, содержащая футерованный индуктор, подключенный к источнику питания, даттак тока индукора, выход которого через квадратор апериодическое звено соединен с нверсным входом первого сумматора, связанного выходом с первым прямым входом второго сумматора, второй прямой вход которого соединен с датчиком температуры выходящей из индуктора заготовки, а выход через блок нелинейности по температуре с падающей характеристикой - с управляюпц1м входом источника питания, и задатчик опорного напряя ения, отличающаяся тем, что, с целью повыше- ния точности поддержания средней температуры заготовки, установка дополнительно снабжена тремя сумматорами, четырьмя квадраторами, вторым апериодическим звеном и датчиком температуры внутренней поверхности футеровки, выход датчика температуры заготовки и выход датчика температуры футеровки подключены соответствен- но к первым прямым входам третьего и четвертого сумматоров, вторые пря- мые входы которых связаны с выходом задатчика опорного напряжения, выход третьего сумматора через последовательно включенные второй и третий квадраторы подключен к прямому входу пятого сумматора, а выход четвертого сумматора через последовательно вклю- ченные четвертый и пятый квадраторы - к инверсному входу пятого1сум- матора, соединенного выходом через второе апериодическое звено с прямым входом первого сумматора.

Фи2.2.

аВц

fi&

8.3

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротермии для индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры заготовок. Нагревательная установка содержит индуктор 1 с футеровкой 2, в котором находятся нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к источнику питания 4 через датчик тока 5, Датчики темпера- тзфы 6 и 7 измеряют соответственно температуру поверхности выходной заготовки 3 и температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика тока 5 через квадратор 9 и апериодическое звено 10 соединен с инверсным входом сумматора: 8, выходом соединенного с прямым входом сумматора 12. ; Выход сумматора 12 через блок 11 не- линейности соединен с входом источ

Редактор A.Пушкина

Составитель О.Турпак

Техред М.Ходанич Корректор /1,Шекмар

Заказ 4026/58 . . Тираж 765. . Подписное ВНИИПЙ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, аушская наб., д. 4/5

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