Индукционная нагревательная установка

 

ИНДУКЦИОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ {УСТАНОВКА, содержащая непорредственный преобразователь частоты с блоком импульсно-фазового управления, к трем вхойам которого подключены выхода соответственно программатора, генератора высокой частоты и генератора низкой частоты, подключенную к выходу непосредственного преобразователя частоты обмотки индуктора, -с которой связан регулятор низкой частоты , конденсатор и регулятор высокой частоты, отличающаяся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева, индуктор снабжен дополнительной обмоткой, соединенной с выходом непосредственного преобразователя частоты через параллельно включенные конденсатор и индуктивно-тиристорный регулятор с блоком управления, вход регулятора высокой частоты связан с дополнительной обмоткой, а выход - с первым входом блока управления индуктивно-тиристорного регулятора, второй вход которого подключен щ к второму выходу генератора высокой (Л частоты,связанному третьим рыходом с входом генератора низкой частоо через пер вый вход регулируемого делителя частоты,ко второму входу которого подключен выход регулятора низкой частоты. о jO о з

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (П) З(5п Н 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3423206/24-07 (22) 13.04.82 (46) 23.07.83. Вюл. Ф 27 (72) Е.Е.Чаплыгин и Е.В.Долбилин (71) Московский ордена Ленина и ордеHO Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.365.52(088 ° 8) (56) 1. Электротермическое оборудование. Справочник. М., "Энергия", 1967> с. 255-273.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 722957, кл.С 21 9 1/42, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3249906/07, кл. Н 05 В 6/Об, 1981-. ° (54)(57) ИНДУКЦИОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ

;УСТАНОВКА, содержащая непосредственный преобразователь частоты с блоком импульсно-4e3osoro управления, к трем входам которого подключены вы. ходы соответственно программатора, генератора высокой частоты и генера тора низкой частоты, подключенную к выходу непосредственного преобразователя частоты обмотки индуктора, с которой связан регулятор низкой частоты, конденсатор и регулятор высокой частоты, отличающаяся тем, что, с целью повьааения равномерности нагрева, индуктор снабжен.дополнительнбй обмоткой, соединенной с выходом непосредственного преобразователя частоты через параллельно включенные конденсатор и индуктивно-тиристорный регулятор с блоком управления, вход регулятора высокой частоты связан с дополнительной обмоткой, а выход — с первым входом блока управления индуктнвно-тиристорного регулятора, второй вход которого подключен. у

Ф к второму выходу генератора высокой частоты, связанному третьим выходом с входом генератора низкой частоты через первый вход регулируемого делите- С ля частоты, ко второму входу которого подключен выход регулятора низкой - ф частоты.

1031006

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в промышленных установках, где -в процессе производства применяется индукционный нагрев.

Известны устройства для индукцион- 5 ного нагрева слитков большого диаметра, работающие на промышленной частоте, которые позволяют повысить равномерность нагрева по радиальному сечению заготовки и снизить стоимость 10 установки по сравнению с устройствами повышенной частоты .P1).

Однако, при нагреве слитков диаметром 500 мм и более, глубина проникновения электромагнитной волны $5 на частоте 50 Гц недостаточна для получения высокой равномерности нагрева при минимальном времени нагрева.

Время нагрева значительно увеличивается, что ведет к снижению производи- 0 тельности.

Известно устройство, которое позволяет уменьшить время нагрева за счет увеличения глубины проникнове-. ния, что достигается питанием индуктора токами пониженной частоты.

Нагрев ведется пропорционально увеличению температуры слитка. В период термостатирования нагрев ведется на частоте 50 Гц (2 .

Недостатками данного устройства являются наличие двух источников пи. тания, работающих на частоте 10 и

50 Гц, и дополнительной коммутационной аппаратуры к ним, отсутствие возможности регулирования частоты во Зэ время нагрева, что ведет к снижению энергетических параметров системы индуктор-загрузка.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является индук- 40 ционная нагревательная установка, содержащая непосредственный преобразователь частоты с блоком импульсно-фазового управления, к трем входам которого подключены выходы соответст 45 венно программатора, генератора высо-. кой частоты и генератора низкой частоты, подключенную к выходу непосредственного преобразователя частоты обмотки индуктора, с которой связан регулятор низкой частоты, конденса50 тор и регулятор высокой частоты.

Работа установки состоит из двух

l этапов. На первом этапе происходит глубинный нагрев слитка токами ниэкОй частоты, на втором этапе (этап термостатирования) — подогрев поверхност- .ного слоя токами повышенной частоты (Э)е

Недостатками известного устройства60 являются нагрев слитка в два этапа, что увеличивает время нагрева, снижение резонансной частоты при тврмостатировании, так как увеличивается индуктивное сопротивление системы индуктор — загрузка, что ведет к увеличению глубины проникновения электромагнитной волны в слиток, и как следствие снижается эффект использования повышенной частоты на этапе термостатирования.

Цель изобретения — повышение равномерности нагрева и увеличение lIpQ» изводительности.

Для достижения поставленной цели в индукционной нагревательной установке, содержащей непосредственный преобразователь частоты с блоком импульсно-фазового управления, к трем входам которого подключены выходы соответственно программатора, генератора высокой частоты и генератора низкой частоты, подключенную к выходу непосредственного преобразователя частоты обмоткн индуктора, с которой связан регулятор низкой частоты, конденсатор и регулятор высокой частоты, индуктор снабжен дополнительной обмоткой, ссединенной выходом непосредственного преобразователя частоты через параллельно включенные конденсатор и индуктивно-тиристорный регуля1 тор с блоком управления, вход регулятора высокой частоты связан с дополнительной обмоткой, а выход — с пер вым входом блока управления индуктивно-тиристорного регулятора, второй. вход которого подключен к второму выходу генератора высокой частоты, связанному третьим выходом с входом генератора низкой частоты через первый вход регулируемого делителя час-,., тоты, к второму входу которого под, ключен выход регулятора низкой частоты.

На чертеже представлена структурная схема индукционной нагревательной установки.

Она содержит непосредственный преобразователь 1 частоты, обмотку 2 низкой частоты индуктора, .дополнительную обмотку 3 высокой частоты индуктора, регулятор 4 низкой частоты, регулятор 5 высокой частоты, конденсатор 6, индуктивно-тиристорный регулятор 7, блок 8 импульсно-фазового управления индуктивно-тиристорного регулятора, генератор 9 высокой частоты, регулируемый делитель 10 частоты, генератор 11 низкой частоты, блок 12 импульсно-фазового управления непосредственного преобразователя частоты, программатор 13.

Питание обмотки 2 от источника 1 пониженной частоты позволяет увеличить глубину проникновения электромагнитной волны, что особенно существенно для немагнитных материалов (,0=4 ), имеющих большов значение удельного электрического сопротивления (например, титан и его сплавы).

Частота тока индуктора определяется диаметром нагрввавмого иэделия и его

1031006

®

Г физическими свойствами. Например, для титановых слитков диаметром

800 мм оптимальное значение частоты составляет 4-6 Гц. Низкая частота тока индуктора задается регулируемым делителем 10 частоты и генератором

11 низкой частоты. В процессе нагрева у большинства материалов изменяются физические свойства, что приводит к ухудшению энергетических параметров индукционной установки. Опти- 10 мальный режим работы контролируется регулятором 4 низкой частоты, сигнал с которого об изменении температуры нагреваемого слитка, что ведет к изменению мощности, передаваемой в !5 слиток, и глубины проникновения электромагнитной волны, подается на делитель 10 частоты, который связан через генератор 11 низкой частоты с блоком 12 импульсно-.фазового управления., Блок изменяет алгоритм переключения тиристоров непосредственного преобразователя 1-частоты. Регулятор 4 изменяет напряжение на обмотке 2 и частоту тока на ней в Функ- 25 ции от температуры нагреваемого слитка. Например, в процессе нагрева титанового слитка диаметром 800 мм до температуры 1000 С мощность необходимо изменять на 60-80%, а частоту в

5 раз (в начале нагрева 5 Гц, в конце 25 Гц), что позволяет поддерживать высокие энергетические характеристики установки. Ввиду высокой добротности обмотки 2 низкой частоты индуктора высшие гармонические, присутствующие З5 в напряжении на ней, не выделяют значительные мощности в нагреваемом слитке. Данная мощность не превышает

1Ъ от мощности выделяемой в слитке на основной частоте. 40

Подогрев поверхностного слоя слитка осуществляется высокочастотной частью схемы, состоящей из дополнительной обмотки 3, конденсатора 6, индуктивно-тиристорного регулятора 7 и его блока 8 импульсно-фазового управления; регулятора 5 высокой частоты и генератора 9 высокой частоты. Непосредственный преобразователь частоты генерирует в нагрузку широкий спектр гармонических в напряжении, Фильтр, составленный иэ последовательного соединения конденсатора 6 и обмотки 3 индуктора, выделяет одну высшую гармонику. Ток обмотки 3 на резонансной .частоте увели-55 чивается, что ведет к увеличению мощности, передаваемой в слиток на данной частоте. Величийа тока обмотки 3 на резонансной частоте определяется величиной напряжения этой гармоники и6О добротностью обмотки 3:. Номер выделяемой высшей гармонической напряжения на обмотке 3 и ее амплитуда задаются генератором 9 высокой частоты и индуктивно-тиристорным регУлятором 7.

Номер выделяемой высшей гармонической превышает частоту основной гармо ники в 10-50 раз, а мощность, выделя-. емая в слитке на этой гармонике, составляет 5-10% и более от мощности на основной гармонике. Сопротивление резонансной цепи на основной частоте преобразователя 1 превышает в 200«

300 раз сопротивление обмотки 2 низкой частоты индуктора, т.е. в обмотке

3 мощность на основной (.низкой1 частоте не выделяется. Индуктивно-тиристорный регулятор 7 изменяет номер выделяемой гармоники в функции температуры нагрева поверхностного слоя слитка. В качестве контролируемого параметра могут быть использованы другие параметры, например значение резонансной частоты. Регулятор 5 высокой частоты изменяет угол управления тиристорами регулятора 7 в функции параметров системы обмотка индуктора — поверхностный слой слитка например, температура поверхности .или резонансная частота обмотки 3).

В период нагрева обмотки 2 и 3 индуктора включены одновременно. Это позволяет совместить этапы нагрева и термостатирования.

Устройство работает следующим образом.

При включении преобразователя

1 напряжение подается на индуктор, причем через обмотку 2 низкой частоты индуктора протекает ток основной частоты, а через дополнительную обмотку 3 и конденсатор 4 протекает ток высокой частоты, на которую настроен резонансный контур.. Основная и высокая частоты задаются генераторами высокой 9 и низкой 11 частоты и делителем 10 частоты. При увеличении температуры слитка изменяется удельное электрическое сопротивле- ние, что ведет к изменению мощности, :передаваемой в слиток, и изменению глубины проникновения. Сигнал об из менении электрических параметров подается на регулятор 4 низкой часто- ты, который выдает команду в блок 12: управления непосредственного преобразователя частоты через блоки 10 и

11 на изменение частоты и значения напряжения иа индукторе. Блок 12 импульсно-фазового управления изменяет алгоритм переключения вентилей преобразователя 1. Сигнал, поступающий с генератора 9 высокой частоты на блок

8 импульсно-фазового управления, обеспечивает настройку колебательиОго контура (конденсатор 6 и обмотка 3 индуктора) на заданную резонансную частоту путем изменения угла управления тиристоров индуктивно-тиристорного регулятора 7. При увеличении

1температуры поверхностного слоя слитка значение иf äóêòèâíîãî сопротивлейия увеличивается, что ведет к сни1031006

Составитель О.Турпак

Редактор И.Мулла ТехредМ.Герцль Корректор Г.Огар.Заказ 5237/59 Тираж 845 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оТкрытий

113035, москва, Ж-35, Рауаская наб., д.4/5

М

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 жению резонансной частоты, и как след-. ствие этого увеличивается Глубина проникновения электромагнитной волны.

Регулятор 5 высокой частоты позволяет стабилизировать значение глубины проникновения. Сигнал на выходе ре- гулятора 5 обеспечивает изменение угла управления тиристоров в зависи мости от величины входного сигнала.

В качестве входного сигнала можно использовать, температуру поверхност- О ного слоя Тп, разность температур поверхностного слоя и,интегрального: значения температуры в слитке Тд-Т, значение резонансной частоты f>,ток индуктора и другие параметры, т.е 15 регулятор 5 обеспечивает заданив за.висимости частоты тока обмотки 3 индуктора от данных параметрбв.

-1р=Ч(41(Tp To) !3 °

Программатор 13 производит включение и отключение установки согласно за данной программе, устанавливает уровень напряжения на индукторе.

При использовании предпагаемого устройства его технико-экономическая эффективность определяется повышением равномерности нагрева по радиальному сечению слитка за счет подогрева поверхностного слоя," сокращением времени нагрева, т.е. увеличением производительности за счет увеличения глубины проникновения электромагнитной волны в слиток на пониженной частоте, сокращением расхода электроэнергии, что достигается за- . данием системой управления оптимального.,режима нагрева.