Индукционная установка для нагрева слитков Советский патент 1982 года по МПК H05B6/06 

(54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА СЛМТКОВ

1

Изобретение относится к электротермии |И может быть использовано в промышленных установках, где в процессе производства применяется индукционный нагрев.

Известны устройства для индукционного нагрева слитков большого диаметра, работающие на промышленной и пониженной частотах. Индукционные установки промышленной частоты позволяют повысить равномерность нагрева по радиальному сечению заготовки и снизить стоимость установки по сравнению с устройствами повышенной частоты 1 .

Однако при нагреве слитков диаметром 500 мм и более глубина проникновения электромагнитной волны на частоте 50 Гц недостаточна для получения высокой равномерности нагрева, что ведет к увеличению времени нагрева и снижению производительности.

Известна установка для нагрева слитков, содержащая два источника питания с блоками регулирования. В этой установке нагрев ведется на частоте 10 Гц, в процессе нагрева мощность уменьшается пропорционально температуре слитков. В последней стадии нагрев ведется на частоте 50 Гц 2.

Недостатком данного устройства является наличие двух источников питания, работаю,ших на частоте 10 и 50 Гц, а также отсутствие регулировки частоты во времени нагрева, что ведет к снижению энергетических параметров системы индуктор - загрузка. Наиболее близкой к предлагаемой по техIQ кической сущности является индукционная установка для нагрева слитков, содержащая индуктор, подключенный к выходу непосредственного преобразователя частоты, выполненного в виде по меньшей мере двух парал)5 лельно включенных вентильных мостов, управляющие входы которых связаны с выходом блока импульсно-фазового управления, : вход которого через задаюи|1ий генератор низкой частоты подключен к регулятору низ20 кой частоты, связанному с индуктором, и программатор. Эта установка позволяет повысить равномерность нагрева при минимальном времени нагрева. Частота тока индуктора изменяется в функции от глубины проникнове39щш электромагнитной волны, что обеспечивает высокие энергетические параметры установ ки 3. Недостатком известного устройства является CHH cekHe температуры поверхностного сло за счет отвода тепла в окружающую среду. При контроле температуры слитка по поверх ностному слою происходит перегрев внутренних слоев слитка. Мощности, выделяемой в слитке, на высших гармонических тока недостаточно для нагрева поверхностного слоя. Данная мощность не превышает 1% мощности на основной гармонике, так как с ростом температуры сопротивление системы индуктор загрузка растет и мощность падает. Цель изобретения - повышение равномерности нагрева и увеличение производительности. . Указанная цель достигается за счет того, что индукционная установка, содержащая индуктор, подключенный к вьгходу непосредственного преобразователя частоты, цьшолHeiiHoro в виде по меньшей мере двух парал лельно включенных вентильных мостов, управляющие входы которых связаны с выходом блока импульсно-фазового управления, вход которого через задающий генератор низкой частоты подключен к регулятору низкой частоты, связанному с индуктором, и программатор, дополнительно снабжена связа шым с индуктором через фильтр высокой частоты регулятором высокой частоты, последовательно с которым включен задающий генератор высокой частоты, выход которого соединен с дополнительным входом блока управления, и депощ и из параллельно включенных конденсатора и двухпроводящего тиристорного ключа, подключенной между шщуктором и выходом одного из мостов, управляющий вход которого соединен с блоком управления непосредственно, а связь блока управления с управляющими входами остальных мостов вьшолнена через первые входы коньюнкторов, вторые входы которых соединены с выходом программатора, подклю ченного дополнительным выходом к управляющему входу ключа. На чертеже изображена блок-схема установки. Установка содержит непосредственный преобразователь частоты 1, индуктор 2, блок им пульсно-фазового управления 3, программатор 4, задающий генератор низкой частоты 5, регулятор низкой частоты 6, конденсатор 7, ключ 8, фильтр вьгсокой частоты 9, регулятор высокой частоты 10, задающий генератор высокой частоты 11, конъюкторы 12 и 13, выполненные на элементах И. Регулятор 6 представляет собой известный регулятор выходного напряжения. Установка работает следующим образом. Нагрев слитка осуществляется в два этапа. На первом из них происходит питание индуктора 2 от источника 1, управляемого через блок импульсно-фазового управления 3 задающим генератором пониженной частоты 5. Ключ 8 замкнут сигналом с программтора, и все блоки 1 работают в параллель. Питание индуктора пониженной частотой позволяет в значительной степени увеличить глубину проникновения электромагнитной волны, что особенно существенно для немагнитных материалов, имеющих большое значение удельного электрического сопротивления (например, титан и его сплавы). Частота тока индуктора определяется диаметром нагреваемого изделия и его физическими свойствами и может колебаться в диапазоне 2-20 Гц. В процессе нагрева у больошнства материалов изменяются физические свойства, что может привести к перегреву внутреннего слоя слитка и ухудшению энергетических параметров установки. Оптимальный режим работы установки корггролируется регулятором 6, сигнал с которого об изменении мощности, передаваемой в загрузку и частоты подается на задающий генератор пониженной частоты 5 и блок импульсно-фазового управления 3, изменяющие алгоритм переключения тиристоров непосредственного преобразователя частоты 1. На втором этапе - термостатирования, подогрев поверхностного слоя слитка осуществляется высокочастотной частью схемы, состоящей из фиаьтра высокой частоты 9, регулятора 10, задающего генератора 11. Непосредственный преобразователь частоты может генерировать в нагрузку напряжение высокой частоты, предельное значение которого в f /FQ раз меньше предельной амплитуды низкочастотного напряжения преобразователя, где f - частота преобразователя, fc - частота сети. Номер выделяемой высшей гармонической напряжения на индуктор и ее амплитуда задаются регулятором частоты 10 в соответствии с основной гармоникой напряжения. Выделяемая высшая гармоническая превыщает частоту основной гармоники в 10-50 раз, а амплитуда ее определяется мощностью, выделяемой в слитке по высшей гармонической и может составлять 3-5% от мощности на основной гармонике. В период термостатирования, т.е. выравнивания температуры, все вентильные мосты, кроме одного, отключаются, по осуществляется сигналом запрета, подаваемым с программатора 4 на коньюнкторы 12 и 13. Тиристоры двухпроводящего ключа закрываются, и индукто питается от одиого вентильного моста через конденсатор 7. Конденсатор 7 и индуктор 2 образуют цепь последовательного резонанса. Меняя частоты задающего генератора 11, через регулятор частоты 10 можно регулировать мощность или глубину проникновения злектромагнитной волны. Мощность, выделяе мая в индукторе по высщей гармонической, на которую настроен резонансный контур, увеличивается, что позволяет более зффективно вести процесс термостатирования. Мощ ность, выделяемая в поверхностном слое сли ка регулируется с помощью регулятора частоты 10 и задающего генератора II. Так ка мощность в период термостатирования не превыщает 10-15% мощности нагрева, то достаточно включения на данный период только одного вентильного моста, что позволяет уменьшить мощность ключа 8, щунтирующего конденсатор 7 на первом зтапе нагрева. При использовании данного устройства его технико-экономическая зффективность определяется повыщением равномерности нагрева по радиальному сечению слитка за счет подогрева поверхностного слоя слитка; сокращения времени нагрева, т.е. увеличением производительности за счет увеличения глубины проникновения злектромагнитной волны в слиток на пониженной частоте; сокращением количества расходуемой электрознергии. Формула изобретения Индукционная установка для нагрева слитков, содержащая индуктор, подключенный к 6 выходу непосредственного преобразователя частоты, вьшолненного в виде по меньшей мере двух параллельно включенных вентильных мостов, управляющие входы которых связаны с выходом блока импульсно-фазового управления, вход которого через задающий генератор низкой частоты подключен к регулятору низкой частоть, связанному с индуктором, и программатор, отличающаяся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева и увеличения производительности установки, она снабжена -связанным с индуктором через фильтр высокой частоты регулятором высокой частоты, после- довательно с которым включен задающий генератор высокой частоты, выход которого соединен с дополнительным входом блока управления и цепочкой т параллельно соединенных конденсатора и двухлроводящего тиристо:;ного ключа, подключенной между индуктором и выходом одного из мостов, управляющий вход которого соединен с блоком управления непосредственно, а связь блока управления с управляющими входами остальных мостов выполнена через первые входы коньюнкторов, вторые входы которых соединены с выходом программатора, подключенного дополнительным выходом к управляющему входу ключа. Исто-гники шформации. принятые во внимание при экспертизе 1.Простяков А. А. Индукционные нагревательные установки. М,. Энергия. 1970, с. 120. 2.Авторское свидетельство СССР P 722957, кл- С 21 D 1/42, 1980. 3.Электротермия. М., Информэлектро, 1975, с. 6-7.