Индукционная нагревательная установка непрерывного действия Советский патент 1989 года по МПК H05B6/06 

(21)4222836/24-07

(22)06.04.87

(46) 15.05.89.Т5юл. К1 18

(71)Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина)

(72)Н.Н.Смирнов, А.Н.Никаноров, К.М.Махмудов и В.С.Соколов

(53)621 .365.52 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 541155, кл. Н 05 В 6/06, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 815975, кл. Н 05 В 6/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1159179, кл. Н 05 В 6/06, 1984.

(54)ИНДУКЦИОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

(57)Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры нагреваемых заготовок в условиях сильного окисления поверхности. Установка содержит датчик 4 тока индуктора 1 , сигнал с которого после возведения в квадрат в квадраторе 1 I сравнивается с сигналом с эадатчика 9, проходит интегратор 12 и подается на вход источника 3 питания. При перемещении заготовок 2 в момент открытия свободного торца выходящей из индуктора заготовки по сигналу от датчика 13 температура торца заготовки запоминается в устройстве выборки- хранения 6 и не зависит от дальнейшего изменения показании датчика 5 температуры из-за окисления поверхности заготвовки. 5 ил.

$

(Л

с

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры нагреваемых заготовок в условиях сильного окисления поверхности. Установка содержит датчик тока 4 индуктора 1, сигнал с которого после возведения в квадрат в квадраторе 11 сравнивается с сигналом с задатчика 9, проходит интегратор 12 и подается на вход источника питания 3. При перемещении заготовок 2 в момент открытия свободного торца выходящей из индуктора заготовки по сигналу от датчика 13 температура торца заготовки запоминается в устройстве выборки-хранения 6 и не зависит от дальнейшего изменения показаний датчика температуры 5 из-за окисления поверхности заготовки. 5 ил.

г

I I I I I { I I I I I I

4

оо

Изобретение относится к - лектро- юрмии и НОЖРТ быть использовано R машиностроительной, металлургической и автомобильной промышленности, где применяется индукционный нагрев заго- топок перед их кузнечной обработкой. Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры нагреваемых заготовок в условиях сильного окисления поверхности.

На фиг.. представлена функциональная схема установки; на фиг.2 - внешняя характеристика блока нелинейности по температуре; на фиг.З - блок нелинейности по температуре; на фиг.4 - интегрирующее звено; на фиг.З - устройство выборки-хранения. 15 индукторе 1 находятся нагреваемые заготовки 2. Индуктор 1 подклю- чен к силовым ппхонпм источника 3 питания через да пик 1 токи. Датчик 5 температуры торца выходящей из индуктора заготовки измеряет полное интегральное излучение торца заго- товки, т.е. среднюю температуру заготовки 2. Выход датчика 5 температуры подключен к входу устройства- выборки-хранения 6, выход последнего подключен к входу блока 7 нелинейное- ти пс температуре через второй сум-г матор 8. Выход блока 7 нелинейности по температуре подключен к управляющему входу источника 3 питания. Выход задатчика 9 опорного напряжения подключен к инверсному входу первого сумматора 10, прямой вход которого соединен через квадратор 1 с выходом датчика 4 тока. Выход сумматора 10 соединен с вторым входом сумма тора 8 через интегратор 12. Выход датчика 13 перемещения заготовок сое динен с управляющим входом Сброс интегратора 12 и с управляющим входом устройства выборки-хранения 6.

В качестве датчика 5 температуры может быть использован любой из пирометров излучения, имеющий необходимые пределы измерения, кроме того в зависимости от заданного диамет pa нагреваемых заготовок необходимы .показатели визирования. Например, при нагреве заготовок 40-75 мм можно использовать радиационный пирометр РАПИР с телескопом ТЕРА-50, имеющий показатель визирования 1/20. При изменении расстояния от объекта до линзы етч) телескопа в пределах 700-1500 мм диаметр площади визирования изменяется от 40 до 75 мм без изменения погрешности измерения.

Клок 7 нелинейности по температуре может быть реализован по схеме, представленной на фиг.З, на операционных усилителях 14-16. На усилителях 14 и 16 реализованы прецизионные однополупериодные выпрямители с сумматорами на входе, на операционном усилителе 15 - сумматор.

Интегратор 12 со сбросом реализован на операционном усилителе 17 с полевым транзистором в цепи обратной связи.

Устройство выборки-хранения 6 может быть реализовано в виде последовательно соединенных трех блоков 18-20 по схеме, представленной на фиг.5 . Блок 18 представляет собой аналого-цифровой преобразователь, блок 19 выполняет функции регистра данных для хранения информации, блок 20 представляет собой цифроана логовый преобразователь.

Квадратор I1 может быть реализован на аналоговом перемножителе сигналов в интегральном исполнении, з В качестве датчика перемещения заготовок может быть использован конечный выключатель, срабатывающий при выходе заготовки из индуктора .

Работа установки основывается на следующих закономерностях.

Датчик температуры измеряет среднюю температуру визируемой поверхности, поэтому при визировании полной площади торца заготовки можно получить значение средней температуры торца заготовки. Эта измеренная температура равна средней температуре заготовки только в момент открытия торца заготовки, так как вследствие более быстрого охлаждения торц заготовки температура торца может заметно отличаться от средней температуры заготовки.

Средняя температура выходной заготовки может быть получена по формуле

ТсР + Ьтер

- средняя температура торца заготовки, полученная в момент его открытия; - прирост средней температуры во время нахождения

Ч.ТГчтопки ИЛ ИН :ОДНПП ПО шипи индуктора.

Прирост среднем тсмперлтуры ДТГ связан с. удельной мощностью нл поверхности ЗЯГОТОВКИ ЗЛПИСИМОГТЬЮ

ср

Ш.9.--иа.1

i

где Р - удельная активная мощность

на поверхности заготовки; q - удельная мощность тепловых потерь с поверхности заготовки;

RJ - радиус заготовки; ft - удельная теплопроводность

материала заготовки; Ј at/R2- критерий Фурье (а - темпег ратуропроводность материала заготовки; t - абсолютное время).

Удельная мощность на 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 темпера - туры внутренней поверхности футеровки. В большинстве случаев с достаточной степенью точности можно принять удельную мощность потерь с поверхности выходной заготовки постоянной.

Интегрируя разность сигналов, пропорциональных удельной активной мощности на поверхности заготовки и удельной мощности тепловых потерь, получаем сигнал, пропорциональный приросту средней температуры выходной заготовки.

В соответствии с этим установка работает следующим образом.

В момент переталкивания заготовок 2 при открытии торца следующей заготовки, пришедшей на выходную позицию индуктора I, срабатывает датчик 13 и происходит сбросов О интегратора 12 и запись нового значени температуры в устройство выборки- хранения 6. Сигнал с датчика 4 тока индуктора преобразуется в квадраторе 1 1 в сигнал, пропорциональный т удельной мощности на поверхности за0

5

0

5

0

5

0

5

0

готовки. Сигнал с выхода сумматора 10 поступает на интегратор 12. Сигнал с выхода устройства выборки-хранения 6 поступает на сумматор 8, где складывается с сигналом с выхода интегратора 12. С выхода сумматора 8 сигнал по средней температуре заготовки 2 поступает на вход блока 7 нелинейности по температуре. Превышение средней температурной заготовки ее максимально допустимого значения и исключается за счет падающего участка характеристики блока 7 нелинейности по температуре заготовки выше заданной.

Входные и выходные сигналы отмечены и,, и USbn(.

По сравнению с прототипом установка позволяет повысить качество нагрева заготовок путем повышения точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы.

Формула изобретения

Индукционная нагревательная установка непрерывного действия, содержащая индуктор, подключенный к источнику питания, датчик тока индуктора, выход которого через квадратор подключен к прямому входу первого сумматора, инверсный вход которого соединен с выходом задатчика, датчик температуры торца выходящей из индуктора заготовки и второй Сумматор,,выход которого через блок нелинейности по температуре с горизонтально падающей внешней характеристикой соединен с управляющим входом источника питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности поддержания средней температуры нагреваемых заготовок в условиях сильного . окисления поверхности, выход первого сумматора через введенный интегратор соединен с первым входом второго сумматора, к второму входу которого через введенное устройство выборки-хранения подключен выход датчика температуры, причем управляющие входы интегратора и устройства выборки- хранения соединены с выходом введенного датчика перемещения заготовок.

Л« 108

/ Hiibf-H: -4VO-OФир Uw

Фиг. 5

t( Риг. г

t/в.

Увых.

01/вы

ff&

.