Индукционная установка для нагрева слитков

 

Союз Советскин

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 982208 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 16.02.81 (21) 3249906/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51) М. Кл.

Н 05 В 6/06

3Ьаударсткнный кюмнтвт

СССР аа аннам нзойретеннй н еткрытнй

Опубликовано 15.12.82. Бюллетень Юе 46

Дата опубликования описания 15.12.82 (53) УДК 621.365,,52 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. Е. Чаплыгин и E. В. Долбилин

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (7l ) Заявитель (54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА СЛИТКОВ

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 11).

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, зп 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 12).

Недостатком данного устройства является наличие двух источников питания, работающих 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 технической сущности является индукционная установка для нагрева слитков, содержащая индуктор, подключенный к выходу непосредственного преобразователя частоты, выполненного 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 частоты, связанному с индуктором, и программатор. Эта установка позволяет повысить равномерность нагрева при минимальном времени нагрева. Частота тока индуктора изменяется в функции от глубины проникновеНа чертеже изображена блок-схема установки.

Установка содержит непосредственный преобразователь частоты 1, инцуктор 2, блок импульсно-фазового управления 3, программатор

4, задающий генератор низкой частоты 5„регулятор низкой частоты б, конденсатор 7, ключ 8, фильтр высокой частоты 9, регулятор высокой частоты 10, задающий генератор высокой частоты 11, коньюкторы 12 и 13, выполненные на элементах И. Регулятор б

3 982208 ния электромагнитной волны, что обеспечива ет высокие энергетические параметры установки (3).

Недостатком известного устройства является снижение температуры поверхностного слоя за счет отвода тепла в окружающую среду.

При контроле температуры слитка по поверхностному слою происходит перегрев внутренних слоев слитка. Мощности, выделяемой в слитке, на высших гармонических тока не- 10 достаточно 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. 15

Цель изобретения — повышение равномерности нагрева и увеличение производительности.

Укаэанная цель достигается за счет того, что индукционная установка, содержащая 20 ипдуктор, подключенный к выходу непосредственного преобразователя частоты, выполненного в виде по меньшей мере двух параллельно включенных вентильных мостов, управляющие входы которых связаны с выхо- э5 дом блока импульсно-фазового управления, вход которого через задающий генератор низкой частоты подключен к регулятору низкой частоты, связанпому с индуктором, и программатор, дополнительно снабжена связанным с индуктором через фильтр высокой частоты регулятором высокой частоты, последовательно с которым включен задающий генератор высокой частоты, выход которого соединен с дополнительным входом блока

35 управления, и цело п<и из параллельно включенных конденсатора и двухпроводящего тиристорного 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. подклю45 ченного дополнительным выходом к управляющему входу ключа.

4 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 большинства материалов изменяются физические свойства, что может привести к перегреву внутреннего слоя слитка и ухудшению энергетических параметров установки. Оптимальный режим работы установки контролируется регулятором б, 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 ф иьтра высокой частоты 9, о регулятора 10, задающего генератора 11.

Непосредственный преобразователь частоты может генерировать в нагрузку напряжение высокой частоты, предельное значение которого в f /fс раз меньше предельной амплитуды низкочастотного напряжения преобразователя, где f — частота преобразователя, f — 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 превышает 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, что осуществляется сигналом запрета, подаваемым с программатора

4 на коньюнкторы 12 и 13. Тиристоры двух5,9822 проводящего ключа закрываются, и индуктор питается от одного 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 электромагнитной волны. Мощность, выделяемая в индукторе по высшей гармонической, на которую настроен резонансный контур, 30 увеличивается, что позволяет более эффективно вести процесс термостатирования. Мощность, выделяемая в поверхностном слое слитка регулируется с помо|цью регулятора частоты 10 и задающего генератора 11. Так как 15 мощность в период термостатирования не превышает 10 — 15% мощности нагрева, то достаточно включения на данный период только одного вентильного моста, что позволяет уменьшить мощность ключа 8, шун- 2п тирующего конденсатор 7 на первом этапе нагрева.

При использовании данного устройства его технико-зкономическая эффективность определяется повышением равномерности нагрева по радиальному сечению слитка эа счет подогрева поверхностного слоя слитка; сокрашения времени нагрева, т.е. увеличением производительности за счет увеличения глубины проникновения электромагнитной вол36 ны в слиток на пониженной частоте; сокращением количества расходуемой электроэнергии.

Формула изобретения

Индукционная установка для нагрева слитков, содержащая индуктор, подключенный к

08 6 выходу непосредственного преобразователя частоты, выполненного 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 частоты, связанному с индуктором, и программатор, о т л и ч а ющ а я с я 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 из параллельно соединенных конденсатора и двухпроводяшего 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 осталь- ных мостов выполнена через первые входы коньюнкторов, вторые входы которых соединены с выходом программатора, подключенного дополнительным выходом к управляющему входу ключа.

Исто ==",нкн информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Простяков A. А, Индукционные нагревательные установки. M.. "Энергия". 1970, с. 120.

2. Авторское свидетельство СССР Х 722957, кл. С 21 О 1/42, 1980.

3. Электротермия. М,, Информэлектро, 1975, с. 6 — 7.

982208

Составитель О. Турпак

Техред Л.Пекарь Корректор О. Билак

Редактор К, Волощук

Заказ 9741/79

Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4