Способ управления индукционной нагревательной установкой Советский патент 1988 года по МПК H05B6/06 

«lib 09

Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение производительности при нагреве в поперечном поле индуктора. Установка содержит источник питания 1, выполненный в виде статического преобразователя частоты, нагрузочный колебательный контур 2, состоящий из батареи конденсаторов 3 и индуктора 4 с изделием 5, регулятор частоты 6, датчики фазы 7, перегрузок 8, т-ры 9, устройство вычисления производной 10, экстремальный регулятор 11 и привод 12. Изменением частоты источника пи тания 1 регулятором частоты- 6 поддерживают резонанс в контуре 2. В случае перегрузок по сигналу датчика перегрузок 8 снижают частоту ниже резонансной, с помощью экстремального регулятора 11 через привод 12 изменяют расстояние между индуктором 4 и изделием 5, при этом поддерживают максимум мощности на изделии 5. 3 ил. S (Л

00

Изобретение относится к электротермии я может быть использовано при регулировании мощности индукционных установок для плавки и нагрева.

Цель изобретения - повьшение производительности,, установки при нагреве в поперечном поле индуктора путем поддержания максимальной мощности, выделяемой в изделии.

На фиг. 1 показана структурная схема системы -управления, реализующей предложенный - способ; нафиг, 2 диаграмма, показывающая зависимость мощности, отдаваемой в изделие, от частоты источника .питания и расстояния между индуктором и поверхность изделия.

: На фиг. 1 обозначено: 1 - статический преобразователь частоты - источник питания; 2 - нагрузочный параллельный колебательньй контур, состоящий ИЗ конденсаторной батареи 3, индуктора 4, в- поперечном поде которого находятся нагреваемое изде- иие 5; 6 - регулятор частоты; 7 - атчик фазы; 8 - датчик перегрузок; 9 - датчик температуры;. 10 - устройство вычисления производной; 11 - экстремальный регулятор;М2 - привод f - частота источника питания 1; cf - расстояние между индуктором 4 1 изделием 5; ц- фазовый угол наг- Р узки; Т - температура поверхности изделия.

Способ осуществляемся следующим образом..

Изменением частоты источника 1 питания с помоддью регулятора 6 час- тЬты поддерживают резонансный режим в; нагрузочном контуре 2. Для этого посредством датчика 7 фазы измеряют нагрузочного контура и регулятором 6 поддерживают нулевое зна-о . Резонансный режим можно поддержать, например, путем поддержания максимума напряжения индуктора с помощью экстремального регулятора или путем обеспечения нулевой разности токов индуктивной и емкостной ветвей контура 2. В случае перегрузок источника питания (превышении заданных выходных параметров или снижении времени восстановления тиристоров) по сигналу датчика 8 перегрузок снижают частоту f ниже резонансной f pea В ходе нагрева мощность, выделяемую в изделии, контролируют путем измерени

температуры Т поверхности изделия 5 датчиком 9 температуры (например, пирометром или термопарой) и определения ее производной по времени dT/dt в устройстве 10 вычисления производной, С помощью экстремального регулятора 11 через привод 12 изменяют ,взаимное расположение (угол повоQ рота или расстояние) индуктора 4 и изделия 5 в пространстве, при этом поддерживают максимум производной dT/dt, соотетствующий максимуму мощности, выделяемой в изделии 5.

5 Как видйо из диаграммы фиг. 2,

представленной линиями равного уровня мощности Р, мощность Р, выделяемая в изделии, при фиксированной темпе- ратуре зависит как от частоты f ис0 точника питания, так и от расстояния между индуктором и поверхностью изделия, .причем эта зависимость носит экстремальный характер. Для рстиже- ния максимальной скорости нагрева не5 обходимо, чтобы расстояние с и частота f соответствовали максимуму мощности Р, выделяемой -в изделии (точка А на фиг. 2).

Оптимальное регулирование частоты

0 обеспечивается поддержанием резонансного режима, при. котором максимальна мощность, отдаваемая источником питания. Оптимальное регулирование расстояния с ведется путем поддержания максимума мощности Р, выделяемой в изделии (без учета потерь в самом индукторе). В схеме по фиг. 1 мощность Р контролируется по скорости роста температуры поверхности изделия dT/dt. Зависимость мощности Р от величины расстояния с основана на влиянии последнего на эквивалент- ныв параметры индуктора .4 - его активное и индуктивное сопротивления. Изменение этих параметров приводит к изменению эквивалентных электрических параметров нагрузочного контура 2 (эквивалентного активного сопротивления и резонансной частоты) и, следовательно, к изменению мощности, отдаваемой источником 1 питания нагрузке. Несмотря на некоторое снижение электрического КПД индуктора и при его удалении от поверхности изделия 5, производительность нагре ва возрастает за счет более полного использования мощности источника 1 питания, так как при поддержании максимума зависимости мощности Р,

5

0

5

0

3143

выделяемой в изделии, от расстояния сГ происходит оптимальное с точки зрения производительности согласова- ние нагрузочного контура с параметрами коммутирующего контура последовательного инвертора источника 1 питания.

Способ был опробован в технологическом процессе местного индуктивного нагрева труб диаметром 1200 мм для формовки тройников. Нагрев места под вытяжку патрубка .производится плоским десятивитковым индуктором с внешним диаметром 600, получа- ющим питание от преобразователя частоты мощностью 250 кВт, частотой 2,4 кГц. В процессе нагрева производилась непрерывная автоподстройка преобразователя на резонансную частоту нагрузочного контура с одновременным изменением расстояния f между индуктором и поверхностью трубы по условию максимума скорости роста температуры , При постоянной величине расстояния (/ мощность, потребляемая установкой, изменялась в процессе нагрева более чем в 4 раза и началь ный этап нагрева (до точки магнитных превращений) проходил при пониженной мощности, несмотря на резонансный режим работы нагрузочного контура.

При изменении расстояния (f за счет перемещения индуктора в ходе нагрева мощность поддерживалась на уровне, близком к номинальному, что позволило сократить время нагрева до с 20 до 4 мин.

8

Перемеп(ение индуктора в аксиальном направлении не вызыв.ало существенного изменения распределения температур на поверхности к концу нагрева.

Таким образом, использование предложенного способа позволяет повысить производительность установок индукционного нагрева в поперечном поле индуктора в 3-5 раз.

Формула изобретения

Способ управления индукционной

нагревательной установкой с питанием от статического преобразователя частоты, выполненного по схеме последовательного инвертора, при котором

контролируют температуру изделия и электрический параметр нагрузки в виде параллельного колебательного контура из конденсаторной батареи и индуктора с изделием, поддерживают

резонансный режим в нагрузочном контуре изменением частоты преобрайова- теля, причем при перегрузках преобразователя снижают частоту ниже резонансной, Отличающийся

тем, что, с целью повышения производительности установки при нагреве в поперечном поле индуктора путем поддерживания максимальной мощности, выделяемой в изделии, вычисляют производную от температуры по времени и поддерживают максимум производной изг менением взаимного расположения индуктора и изделия в пространстве.

сриг.2

Составитель О. Турпак Редактор Т. Лазоренко Техред л.Сердюкова Корректор Э. Лончакова

Заказ 5354/57

Тираж 832

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Подписное