Способ управления индукционной нагревательной установкой

 

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные резонансные частоты и подключенных к выходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому, закону поочередно в каждый из периодов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны нагрева каждого контура, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем ускорения .нагрева, интервал времени настроенного в резонанс с каждым из контуров состояния инвертора в текущем периоде изменения выходной частоты, поддерживают пропорциональным разност конечной и текущей температуры контролируемой зоны нагрева. Р N0 :л Ы

ае 03) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

М,И ЛИ

РЕСПУБЛИК (д) Н 05 В б/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И (21) 3559815/24-07 (22) 01.03.83 (46) 07.07.84. Бюл. 25 (72) В.М. Марон, А.В. Иванов, Ю.М. Зинин и П..С. Ройзман (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621.365 ° 52(088.8) (56) 1. Патент,США У 37 17807, кл. 321-27, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР к 647815, кл. Н 02 M 7/515, 1979. (54 )(57) 1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные резонансные частоты и подключенных к выходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому . закону поочередно в каждый из перио- дов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны нагрева каждого контура, отличающийся .тем, что, с целью повыщения производительности путем ускорения нагрева, интервал времени настроенного в резонанс с каждым из контуров состояния инвертора в текущем периоде изменения выходной частоты, поддерживают пропорциональным разности конечной и текущей температуры контролируемой g зоны нагрева.

57

3. Способ по п.2, о т л и ч а ю шийся тем, что теплоемкости каждой зоны определяют, в первом

-периоде изменения выходной частоты при равных временах, настроенных в резонанс состояний инвертора с каждым иэ контуров, как величины обратно пропорциональные приращениям температур.

2, Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения равномерности скорости нарастания температур, дополнительно определяют теплоемкости зон нагрева и интервал времени, настроенного в резонанс состояния инвертора, корректируют пропорционально произведению указанной разности. температур и теплоемкости.

Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано в многопостовых технологических установках индукционного нагрева.

Известен способ управления, заключающийся в поочередном подключении и отключении нагрузок при помощи управляемых вентилей (1) .

Недостатками способа являются не- . эффективное использование дорого- 10 стоящих вентилей, повышенные весогабаритные показатели установки и сложность системы управления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ управления индукционной нагревательиой установкой, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные реэомаысные частоты и подключенных к вы- 20 ходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому закону поочередно в каждый из периодов настраивают инвертор в резонанс с укаэанными контурами и контролируют температуру зоны каждого контура (21 .

Однако температура нагреваемой зоны какого-либо контура повышается

30 при настройке выходной частоты инвертора на его резонансную частоту.

В оставшееся время периода изменения выходной частоты зоны охлаждается. Мощность инвертора выбирается достаточной для обеспечения приращения З5 температуры во всех, зонах за период изменения входной частоты инвертора, причем на уровнях температур, близким к необходимым. Вследствие различия величины теплоемкостей нагреваемых

«объектов, различных условий рассеяния тепла, а также разницы в значениях температур, до которых необходимо нагреть каждую иэ зон, практически невозможно установить длительность настроенных состояний нагрузок, при которой температуры во всех зонах одновременно достигали бы необходимых значений. Поэтому для избежания перегрева, недопустимого в технологических процессах, необходимо значительно снижать мощность инвертора во время настроенного состояния на контур, в зоне которого достигнуто необходимое значение температуры, что продолжается в течение времени, пока температуры в остальных зонах также не достигнут своих необходимых значений. Это увеличивает длительность выхода нагреваемых объектов на заданный температурный режим и, следовательно, снижает интенсивность технологического процесса в целом.

Целью изобретения является повышение производительности установки путем уокорения нагрева и одновременного достижения всеми зонами конечной температуры.

Цель достигается тем, что согласно способу управления индукционной нагревательной установкой, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные резонансные частоты и подключенных к выходу иывертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому закону поочередно в каждый иэ периодов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны нагрева каждого контура, интервал времени, настро057 4

И

T= gtj, 1=!! гдето — соответствующая j-й зоне мо-3 1 нотонно возрастающая функцйя, Й„; — температура, до которой не-. обходимо нагреть нагреваемый объект в j-й зоне; и. ь — текущее значение температуры

1 нагреваемого объекта в j-й зоне.

Из (2) видно, что время настроенного состояния инвертора в резонанс Й, с каждым из контуров увеличивается а возрастанием разности необходимой и текущей температур. Этим обеспечи-.

3 1102 енного в резонанс с каждым из контуров состояния инвертора в текущем периоде изменения выходной частоты, поддерживают пропорциональным .раз-. ности конечной,и текущей температу- . ры контролируемой зоны нагрева.

Кроме того, для повьппения равномерности скорости нарастания температуры дополнительно определяют теплоемкости зон нагрева и интервал 1П времени, настроенного в резонанс состояния инвертора, корректируют пропорционально произведению указанной разности температур и теплоемкости. 15

При этом теплоемкости каждой зоны определяют в первом периоде иэ.—

1 менения выходной частоты при равных временах, настроенных в резонанс состояний инвертора с каждым из контуров, как величины обратно пропорциональные приращениям. температур.

Температура нагреваемого объекта в i-й зоне повьппается во время настроенного с ней.в резонанс состоя ния инвертора.

Поскольку настройка периодичная и поочередная где n — число зон;

Т вЂ” длительность текущего пери-, ода изменения входной частоты инвертора.

Репулировка длительности настроенного с каждым контуром в резонанс состояния инвертора, происходит следующим образом. вается одновременное достижение тем- . ператур всех нагреваемых зон необхопимых значений,а также наиболее эффективное исйользование ресурсов преобразователя эа счет постоянной. работы в режиме максимальной мощности, чем в сврю очередь определяется уменьшение времени нагрева. В количественном отношении уменьшение времени нагрева определяется выбором функций g . Индукционные кон3 туры имеют различные резонансные частоты, поэтому периодическим изменением входной частоты с, задержкой на каждой резонансной частоте реализуется поочередное подключение, т.е. логическая операция "Или", что необходимо для раздельного регулирования выходными параметрами и осуществления релейного управления, оптимального по быстродействию.

На фиг. изображена система, реализующая предложенный способ; на фиг. 2 — кривые, поясняющие работу системы.

Устройство .состоит из трех контуров — .индукционных нагрузок 1 - 3, настроенных на различные резонансные частотыИ, ур, <д,, питаемые от инвертора 4, блоков 5 — 7 измерения и преобразования сигналов температур нагреваемых эон блоков 8 — 10 контроля настройки в резонанс, микро-3ВМ

11 (например, "Электроника-60" или

"Электроника ДЗ-28"), блока 12 ввода установленных значений температур, {например фотосчитывателя ФС 1501) и блока 13 управления инвертором.

Устройство работает следующим об- разом.

Инвертор 4 поочередно настраивается в резонанс с контурами 1 — 3.

Настройка, например, на контур 1 происходит автоматически по цепи 4,1, 8 13, при этом блок 8 контроля настройки в резонанс выдает сигнал,пропор1 циональный отклонению от резонанса (например, по фазе, по частоте, по производной амплитуде, по частоте и т .д.). .Блок 13 управления изменяет входную частоту инвертора 4 до значения, соответствующего резонансу в контуре 1. Аналогично происходит настройка на контур 2 по цепи 4,2,9, 13 и на койтур 3 по цепи 4,3,10,13.

Длительности настроенных состояний,, иивертора на каждую из нагрузок опре" деляются микро-ЭВМ 11, которая может

1102057 определять их, например, в виде пря" мых пропорциональных зависимостей по формуле, вытекающей из (2) " Ч

K P(„;- ;) (3) (.„ и. с

3 где и — приращение температуры, i-й

1 зоны нагреваемого объекта за период

Т, можно достичь, если ввести в (3) коррекцию по их теплоемкостям

40 (v>,. -i„1С; й„;--., zc; и1 =1

В этом случае, записывая уравнения температуры i-й зоны в конечных приращениях и без учета рассеяния, получаем

7 (4) (л,„л ).С, ;, j i - 1;.е: с;

1 1

50 где Р— мощность инверстора, а.первый

-55 сомножитель представляет собой величину 3Р dt, где Р; — мощность в i-й зоне.

Значения ьЧ, вводятся в микро-ЭВИ блоком 12 ввода. Перенастройка проис- 1О ходит поочередно по истечении вычисленного по (3) для каждой нагрузки интервала времени. При этом по сигналам . микро-3ВМ 11, имеющей встроенный таймер, блок 13 управления поочередно

I включает три описанных канала автоматической настройки.

На фиг. 2 представлены кривые, поясняющие работу системы, где Яр

1 20

Яр,Qp> - резонансные частоты;

,, Ьс -интервалы настроенных на каждую нагрузку состояний инвертора; и п .n — кривые нагрева; ьЧ,, Ч

С „ — температуры, до которых необходимо нагреть нагреваемые зоны соответственно первой, второй и третьей нагрузок.

Для равномерности скорости нарастания температур каждого иэ нагреваемых объектов в течение нагрева, т.е. ЗО равенства отношений для всех Вон

Из последнего выражения находим п л

"< 3

1 Л- тз ж. .„;- :с, 3=1 " 3 (. т.а. отиоиаииа о1,

Возможность определения теплоемкостей как обратно пропорциональных

1 величин приращениям температур в первом периоде изменения входной частоты при равных длительностях настроенных в резонансе состояний инвертора с каждой из нагрузок можно показать, записывая уравнение температуры нагреваемых объектов в конечных приращениях и, Т а1, п С

1 (Для реализации способ существенное значение имеет выбор периода Т, излишне большая величина которогб приводит к увеличению амплитуд переменной сос-. тавляющей температур.нагреваемых объектов, а также неравномерности их ско- рости нарастания температур в процессе нагрева. Уменьшение величины Т и ограничивается суммой Q =.2: q дли1 1 1 тельностей q, переходных процессов всех нагрузок. Наиболее приемлемые значения величины Т лежат в диапазоне 20(«а Т ñ 500Q.

Апробация способа производится в лабораторных условиях. Для простоты индукторы контуров 1 — 3 выполнены идентичными, различные резонансные частоты достигались изменением величин емкости компенсирующих батарей конденсаторов. Инвертор 4 представляет собой несимметричную схему с обратным диодом, выполненный мощностью б0 кВт, частотой 2500 Гц.

Блоки 5 - 7 представляют собой термопару с усилителем, блоки 8 — 10 контроля — фазовые дискриминаторы. В качестве вычислительного блока 11 и задающего блока 12 используется микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28". В качест ве блока 13 управления была использована стандартная схема с управляемым задающим генератором с усилителями на выходе и коммутатором каналов на входе. Масса каждой иэ загрузок составляет 6 кГ, установленные темпера1102057

Мрр

Mph

ВЙИИПИ Заказ 478б/44 Тираж 783 . Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная, 4 туры — соответственно 600 800 и о

900 С. Величина периода, Т составляет

10 с. Время нагрева по установленных температур составило 20 мин, При использовании известного способа с теми же условиями время нагрева при наиболее удачном, сочетании .скважностей импульсов мощности в каждой из нагрузок составляет 23 мин.

Предлагаемый способ управления электротехнологической установкой позволяет сократить время выхода нагреваемых объектов на заданный температурный режим на 10-157., что позволит увеличить интенсивность технологического процесса. Изобретение позволяет также обеспечить равномерный нагрев всех нагреваемых объектов со скоростями нагрева, пропорциональными заданным значениям температур, что важно для ряда технологических

1о процессов для оптимального сочетания интенсивности процесса со скоростью нагрева.