Индукционное нагревательное устройство Советский патент 1987 года по МПК H05B6/06 

JO

15

20

25

11288945

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других отраслях, использующих индукционные нагревательные установки. Целью изобретения является повышение равномерности нагрева заготовок из различных материалов.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - график изменения тепловой энергии Q, выделяемой резис- тивным электронагревателем; на фиг.3- схема обработки информации.

Устройство содержит индуктор 1 с футеровкой 2, индуктивную обмотку 3, намотанную по периметру теплоизолированной крьш1ки 4, на внутренней, поверхности которой установлен резис- тивный электронагреватель 5, соединенный с обмоткой 3 через конденсаторный блок 6 переменной емкости. К входам блока 7 обработки информации подключены выходы цифровых задатчи- ков конечной температуры нагрева 8 и материала заготовки 9.

Нагреваемая заготовка 10 установлена внутри индуктора 1.

Конденсаторный блок 6 переменной емкости содержит параллельно включенные цепочки из блоков конденсаторов 11 и ключей 12 с блоками 13 управления .

Блок 7 обработки информации содержит элементы И 14 и элементы ИЛИ 15.

Устройство работает следующим образом.

При подключении индуктора на рабочее напряжение возникает переменное электромагнитное поле, которое приводит к появлению в обмотке, намотанной по периметру теплоизоляционной крышки, электродвижущей силы Е. В цепи (фиг.1) обмотка 3 - резистивный электронагреватель 5 - конденсаторный блок 6 возникает электрический ток. В процессе протекания электрического тока по резистивному электронагревателю происходит превращение электрической энергии в тепло- взпо. Выделенная при этом тепловая энергия идет на подогрев торца заготовки 10. Величина выделенной тепловой энергии прямо пропорциональна

резистивный электронагреватель - ко денсаторный блок.

Устройство позволяет, изменяя емкость конденсаторного блока, регули ровать ток, протекающий по резистив ному электронагревателю 5 в соответствии с формулой F/

л|к + (со

сое)

где Е R

Z СО

наведенная в обмотке ЭДС; активное сопротивление ре- зистивного электронагревателя ;

индуктивность обмотки, намотанной по периметру, крыш ки;

2 Г, f - частота питающего напряжения.

Изменение соотношения

toz - --)

CJC

вариацией с позволяет регулировать ток I, а соответственно, и тепловую энергию Q, выделяемую резистивным электронагревателем 5. Кроме того,- при использовании явления резонанса 1

сЗГ

30

увеличивается максимально возможное значение тепловой энергии

40

отдаваемой резистивным электронагре вателем 5. Работая на различных уча стках резонансной кривой (фиг.2),чт достигается изменением емкости конденсаторной батареи, регулируют мощ 35 ность тепловой энергии, выделяемой электронагревателем 5.

В зависимости от материала нагре ваемой заготовки (от сочетания ее электро- и теплофизических свойств соответствующая информация поступае с задатчика 9 материала нагреваемьпс заготовок на один из входбв блока 7 обработки информации) и в зависимости от уровня заданной конечной температуры (соответствующий сигнал поступает с задатчика 8 конечной тем пературы нагрева на другой из входов блока 7 обработки информации) с выхода блока 7 поступает на управля- ющий вход конденсаторного блока 6 п ременной емкости команда на изменени емкости конденсаторной батареи.

Величину емкости конденсаторного блока устанавливают в зависимости о

электрическому току, который, в свою тепловой энергии, выделяемой резисочередь, определяется наведенной в обмотке ЭДС, а также величиной и характером сопротивления цепи обмотка резистивный электронагреватель - денсаторный блок.

Устройство позволяет, изменяя емкость конденсаторного блока, регулировать ток, протекающий по резистивному электронагревателю 5 в соответствии с формулой F/

JO

л|к + (со

сое)

где Е R

Z СО

наведенная в обмотке ЭДС; активное сопротивление ре- зистивного электронагревателя ;

индуктивность обмотки, намотанной по периметру, крышки;

2 Г, f - частота питающего напряжения.

Изменение соотношения

toz - --)

CJC

5

вариацией с позволяет регулировать ток I, а соответственно, и тепловую энергию Q, выделяемую резистивным электронагревателем 5. Кроме того,- при использовании явления резонанса 1

сЗГ

0

увеличивается максимально возможное значение тепловой энергии.

0

отдаваемой резистивным электронагревателем 5. Работая на различных уча- стках резонансной кривой (фиг.2),что достигается изменением емкости конденсаторной батареи, регулируют мощ- 5 ность тепловой энергии, выделяемой электронагревателем 5.

В зависимости от материала нагреваемой заготовки (от сочетания ее электро- и теплофизических свойств соответствующая информация поступает с задатчика 9 материала нагреваемьпс заготовок на один из входбв блока 7 обработки информации) и в зависимости от уровня заданной конечной температуры (соответствующий сигнал поступает с задатчика 8 конечной температуры нагрева на другой из входов блока 7 обработки информации) с выхода блока 7 поступает на управля- ющий вход конденсаторного блока 6 переменной емкости команда на изменение емкости конденсаторной батареи.

Величину емкости конденсаторного блока устанавливают в зависимости от

тивным электронагревателем, при этом обеспечивают соотношение

- р - Р .и.н

р

лоб

(.И.М

2.И.Й

r

е P....- удельная поверхностная мощность, выделяемая индукционным нагревателем в средней части загрузки; удельная поверхностная мощ- ность, выделяемая индукционным нагревателем в торцовой части заготовки; удельная поверхностная мощность тепловых потерь тор- Ю цовой частью заготовки; удельная поверхностная мощность , выделяемая резистив- ным электронагревателем в

торцовой части заготовки. 15 Конденсаторный блок переменной емсти- представляет собой набор блоков нденсаторов, причем последовательно каждым из этих конденсаторов включе.Р

ЛОБ

ны ключи. В качестве ключей использованы тиристорные ключи, собранные по бивентильной схеме. Процесс коммутации тиристоров осуществляется в функции управляющего сигнала, поступающе

го с выхода блока 7 обработки информации . Вместо тиристорных ключей мо- :гут быть использованы контакторы.

Блок 7 обработки информации работает следующим образом.

В зависимости от сочетания сигналов с задатчиков 8 и 9, т.е. от заданной температуры и материала, срабатывает один из элементов И 14 и элемент ИЛИ 15 и подает сигнал на блок 13 управления ключа 12, который подключает необходимый блок конденсаторов 11.

Использование предложенного устройства обеспечивает достижение боле равномерного нагрева как в установившемся режиме, так и в режиме термо- статирования. Равномерность нагрева повышается в среднем на 3-6%, Повьшге |ние качества нагрева приводит к увеличению срока службы деформирующего.

И

5

0

5

0

0

5

оборудования (снижается, например, износ валков прокатных станов, матриц и пуансонов прессов). Использование устройства увеличивает, кроме того, величину термического КПД на 5-9%.

Формула изобретения

Индукционное нагревательное устройство, содержащее футерованный индуктор с по меньшей мере одной торцовой теплоизолированной крьш1кой, на внутренней поверхности которой размещен-, рез истивный электронагреватель, соединенный с индуктивной обмоткой, намотанной по периметру крьш1ки, о т- личающееся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева заготовок из различных материалов, в устройство между электронагревателем и обмоткой введены по меньшей мере две включенные параллельно друг другу цепочки из последовательно соединенных конденсаторных блоков и снабженных блоками управления ключей, и два цифровых задатчика - конечной температуры нагрева и материала заготовки, выходы задатчиков по одному из каждого объединены в пары, которые подключены к входам введенных по числу указанных цепочек элементов И, выход первого из которых подключен к блоку управления ключа первой цепочки и к первым входам введенных элементов ИЛИ, число которых на единицу меньше числа элементов И, а число входов элементов ИЛИ на единицу больше порядкового номера элемента ИЛИ, выход каждого следующего элемента И подключен к входу элемента ИЛИ, номер которого соответствует номеру самого элемента И, а выходы элементов ИЛИ соединены с входами соответствующих блоков управления ключей.

Q

макс

tvL cJ- urc

Фи.2.2

) Изобретение относится к электротехнике. Цель Изобретения - повы9 шение равномерности нагрева заготовок из различных материалов. Устройство содержит индуктор 1, индуктивную обмотку (ИО) 3 и резистивньй электронагреватель (РЭ) 5. РЭ 5 соединен с ИО 3 через конденсаторный блок переменной емкости (КБ) 6. КБ 6 содержит параллельно включенные цепочки конденсаторов 11 управляемых ключей 12. При подключении индуктора 1 в цепи: РЭ 5, ИО 3 и КБ 6 возникает ток. Изменяя емкость КБ 6, регули- руют ток в РЭ 5, т.е. тепловыделение на заготовку 10. Оно зависит от материала заготовки, информация о кото- ром поступает с задатчика материала 9, и от ее конечной температуры (информация с задатчика температуры 8). Эти сигналы поступают на блок обработки информации 7, который дает ко- |манду на изменение емкости КБ 6. Зил. с S (Л 00 00 4 |СД