Методическая индукционная нагревательная установка

Методическая индукционная нагревательная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротермии для индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры заготовок. Нагревательная установка содержит индуктор 1 с футеровкой 2, в котором находятся нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к источнику питания 4 через датчик тока 5, Датчики температзфы 6 и 7 измеряют соответственно температуру поверхности выходной заготовки 3 и температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика тока 5 через квадратор 9 и апериодическое звено 10 соединен с инверсным входом сумматора: 8, выходом соединенного с прямым входом сумматора 12. ; Выход сумматора 12 через блок 11 нелинейности соединен с входом источ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (5ц4 Н 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф ма

° °

Ъе

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTI44 (21) 3837861/24-07 (22) 04.01 ° 85 (46) 23.07.86. Бюл. В 27 (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) К.М.Махмудов, А.Н.Никаноров, Н.Н.Смирнов и В.С.Соколов (53) 621.365.$2(088 ° 8) (56).Авторское свидетельство СССР

У 519875, кл. Н 05 В 6/06, 1976.

Авторское свидетельство СССР N 541155, кл. С 05 D 23/27, 1976.

Авторское свидетельство СССР

9 1159179, кл. Н 05 В 6/06, 1984. (54) МЕТОДИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано

„„SU„„1246419 А 1 в электротермии для индукционного нагрева. Цель изобретения — повышен ние точности поддержания среднеи температуры заготовок. Нагревательная установка содержит индуктор 1 с футеровкой 2, в котором находятся нагреваемые заготовки 3. Ивдуктор 1 подключен к источнику питания. 4 через датчик тока 5. Датчики температуры 6 и 7 измеряют соответственно температуру поверхности выходной saготовки 3 и температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика тока 5 через квадратор 9 и апериодичесC кое звено 10 соединен с инверсным входом сумматора 8, выходом соединенного с прямым входом сумматора 12., :ур

Выход сумматора 12 через блок 11 не- линейности соединен с входом источ. 1246419 матора 8. Введение сумматоров 13, 14, 16, апериодического звена 21 и . квадраторов 17-20 обеспечивает повышение точности стабилизации сред-. ней температуры во всех режимах работы, т.к. превышение средней температуры заготовки ее максимально допустимого значения исключается за ° счет падающего участка характеристики блока 11 нелинейности по температуре при средней температуре заготов. ки выше заданной. 4 ил.

Изобретение относится к< электротермии и может быть применено в металлургии, автомобильной промышленности и других отраслях, использующих индукционный нагрев. 5

Цель изобретения — повышение точности поддержания средней температуры заготовок.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки; на фиг 2 - 10 внешняя характеристика блока нелинейности по температуре, на фиг. 3— вариант выполнения блока нелинейнос< ти по температуре, на фиг. 4 — вари" ант реализации апериодического звена. 15

В индукторе 1 с футеровкой 2 нахо-: дятся нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к силовым выходам источника 4 питания через датчик 5 тока. Датчик 6 температуры, в качест- 20 ве которого может применяться фотопирометр, измеряет температуру поверхности выходной заготовки 3, а датчик 7 тем 1ературы, в качестве ко-: торого может использоваться термопа- 25 ра, измеряет температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика 5 тока подключен к инверсному входу. первого сумматора 8 через последовательно соединенные квадратор 9 и первое апериодическое звено 10. Выход сумматора 8 подключен к входу блока

11 нелинейности через первый прямой вход второго сумматора 12, а выход блока 11 нелинейности подключен к управляющему входу источника 4 питания. Выход датчика 6 температуры под-, ника питания 4. Выход датчика тем-- пературы 6 соединен с вторым прямым входом сумматора 13. Выход датчика температуры 7 соединен с первым прямым входом<сумматора 14. Вторые входы сумматоров 13, 14 объединены и подключены к задатчику 15 опорного напряжения. Выходы сумматоров f4, 13 через соответствукицие квадраторы 1720 подключены к входам сумматора f6, выходом соединенного через апериодическое звено 21 с вторым входом сум2 ключен к второму прямому входу сумматора 12 и к первому прямому входу третьего сумматора !3. Выход датчика

7 температуры подключен к первому. прямому входу четвертого сумматора

14. К вторым прямым входам сумматоров

13 и 14 подключен .выход задатчика

15 опорного напряжения. Выход сумматора 13 подключен к прямому входу пятого сумматора 16 через последова- . тельно соединенные второй 17 и треTHH 10 квадраторы. Выход сумматора

14 подключен к инверсному входу сумматора 16 через последовательно сое.— диненные четвертый 19 и пятый 20 квадраторы. Выход сумматора 16 подключен к прямому входу сумматора 8 через второе апериодическое звено 21, выполненное на базе операционного .усилителя 22 (фиг. 4).

Квадраторы 9 и 17-20 могут быть реализованы на базе аналогового перемножителя сигналов в интегральном исполнении (например, К 525 ПС 2) .

Блок 11 нелинейности по температуре может быть выполнен (фиг. 3) на операционных усилителях 23-25. На усилителях 23 и 25 реализованы прецизионные однополупериодные выпрямители с сумматорами на входе, на операционном усилителе 24 реализован

"сумматор.

Апериодическое звено 10 может быть реализовано на базе операцион;ного усилителя 22 по схеме, приведенной на фиг. 4.

1246419

Задатчик 15 опорного напряжения

)может быть выполнен на базе источника опорного напряжения.

Температура поверхности и средняя температура заготовки связана зависимостью

2Рд R

S(w, 1,с), Тср = Ти

+ 6

2 ), R2

Л где Тя Тср температура поверхности и средняя температу, ра заготовки, удельная активная мощность на поверхности заготовки; удельная мощность тепловых потерь с поверхности заготовки, радиус заготовки, удельная теплопроводность материала заготовки, функция времени, учитывающая распределение внутренних источников тепла по сечению заготовки (m = 322 К /g х относительный радиус заготовки, Ь вЂ” глубина . проникновения тока в материал загрузки, = г/R. — относительная 2 координата точки сечения заготовки, для точек поверхности = 1, .

n at — критерий

R q

Фурье, d — температуропроводность материала загрузки, t — абсолютное время).

S(m ф,с ) Подобная аппроксимация позволяет реализовать функцию S(m, 1, г ) одним апериодическим звеном с ностоянной времени с

Сигнал по температуре поверхности может быть преобразован в сигнал по . средней температуре в соответствии с указанной формулой аналоговыми звеньями. Функция S(m, 1, l ) предсставляет собой монотонно возрастающую функцию времени, стремящуюся к установившемуся значению S(m, 1, ) ), данная функция может быть аппроксимирована выражением

f(t) S(m, 1, )(1 -е 4).

Удельная мощность по поверхности заготовки пропорциональна квадрату тока индуктора. Следовательно, сигнал по току индуктора можно преобразовать в сигнал по мощности с помощью квадратора.

Удельная мощность тепловых потерь с поверхности заготовки зависит от температуры ее поверхности и темпера1О туры внутренней поверхности футеровки. В стационарном режиме работы нагревателя удельную мощность тепловых потерь с поверхности выходной заготовки можно с достаточной степенью точности считать постоянной. Однако часто в силу особенностей производства нагревательная установка значительную часть времени работает в нестационарном режиме, которые характе2б ризуются широкими колебаниями температурного режима установки. В этом случае допущение о постоянстве тепловых потерь приводит к ошибке в определении средней температуры.

Удельная мощность тепловых потерь . с поверхности заготовки связана с температурой ее поверхности Тд и температурой внутренней поверхности футеровки Т, выражением

ЗО ц К ((Т + 273) — (Т + 273) )

Указанная связь может быть реализована аналоговыми звеньями.

Установка работает следующим об,разом.

Сигнал с датчика 5 тока индуктора

;преобразуется в квадраторе 9 в сигнал, пропорциональный удельной активной мощности на поверхности заготов40 ки, который поступает на вход апериодического звена 10. Сигнал с выхода датчика 6 температуры складывается с сигналом с выхода задатчика. 15 опорного напряжения в сумматоре 14, 45 с выхода которого сигнал поступает на вход квадратора 19, далее с его выхода — на вход квадратора 20. Сиг,нал с выхода датчика 7 температуры складывается с сигналом с выхода sa50;датчика 15 опорного напряжения в суму маторе 13, с выхода которого сигнал поступает на вход квадратора 17 и с .его выхода — на вход квадратора 18.

Затем из него вычитается в суммато ре 16 сигнал с выхода квадратора 20.

Сигнал с выхода сумматора 16, пропорциональный удепьной мощности тепловых потерь с поверхности выходной

1246419 заготовки, поступает на вход апериодического звена 21. Сигнал с выхода

1 апериодического звена 10 вычитается в сумматоре 8 из сигнала с выхода апериодического звена 21 ° Выходной сигнал сумматора 8 складывается в сумматоре 12 с сигналом датчика 6 температуры и поступает на управляющий вход источника 4 питания через блок 11 нелинейности по температуре.

Превышение средней температуры заготовки ее максимально Допустимого значения исключается за счет падающего участка характеристики блока

11 нелинейности по температуре при средней температуре заготовки выше заданной.

Входные и выходные сигналы отмечены Эх и вых

Установка позволяет повысить качество нагрева заготовок рутем повьппения точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы. По результатам математического моделирования точность поддержания средней температуры заготовок 8 нестационарных режимах в предлагаемой установке по сравнению с известной повышается на ЗОЖ, Формула изобретения

Методическая индукционная нагревательная установка, содержащая футерованный индуктор, подключенный к источнику питания, датчик тока индуктора, выход которого через квадратор и апериодическое звено соединен с инверсным входом первого сумматора, связанного выходом с первым прямым входом второго сумматора, второй прямой вход которого соединен с датчиком температуры выходящей из индук. тора заготовки, а выход через блок

10 нелинейности по температуре с падающей характеристикой - с управляющим входом источника питания, и задатчик опорного напряжения, о т л и ч а юш а я с я тем, что, с целью повыше15 ния точности поддержания средней температуры заготовки, установка дополнительно снабжена тремя сумматорами, четырьмя квадраторами, вторым апериодическим звеном и датчиком

20 температуры внутренней поверхности футеровки, выход датчика температуры заготовки и выход датчика температуры футеровки подключены соответствен. но к первым прямык входам третьего

25 и четвертого сумматоров, вторые пря мые входы которых связаны с выходом задатчика опорного напряжения, выход третьего сумматора через последовательно включенные второй и третий

30 квадраторы подключен к прямому входу пятого сумматора, а выход четвертого сумматора через последовательно вклю. ченные четвертый и пятый квадраторы - к инверсному входу пятого!сум35 матора, соединенного выходом через второе апериодическое звено с прямым входом первого сумматора.

1246419

Составитель О.Турпак

Техред M.Xoäàêè÷ Корректор,С Шекмар

Редактор А.Шишкина

Заказ 4026/58 - Тираж 765. . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4