Индукционная нагревательная установка

3 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУЬЛИК А 05 В 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ СССР ОТН РИИТИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЬСТВ 4-0(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) 1. Электротермическое оборудование. Справочник. М., фЭнергия", 1967,с. 255-273.2. Авторское свидетельство СССРР 722957, кл,С 21 0 1/42, 19793. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 324990607,кл. Н 05 В 6/Об, 1981,,УСТАНОВКА, содержацая непосредственный преобразователь частоты с блокомимпульсно-Фазового управления, ктрем входам которого подключены вы ходы 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, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьааения равномерности нагрева, индуктор снабжен.допол- нительнОЙ 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. уФ 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 р частоты.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано впромышленных установках, где .в процессе производства применяется индукционный нагрев,Известны устройства для индукционного нагрева слитков большого диаметра, работающие на промышленнойчастоте, которые позволяют повыситьравномерность нагрева по радиальномусечению заготовки и снизить стоимость 10установки по сравнению с устройствами повышенной частоты,11.Однако, при нагреве слитков диаметром 500 мм и более, глубина проникновения электромагнитной волны 15на частоте 50 Гц недостаточна для получения высокой равномерности нагрева при минимальном времени нагрева,Время нагрева значительно увеличивается, что ведет к снижению производительности,Известно устройство, которое позволяет уменьшить время нагрева засчет увеличения глубины проникнове-.ния, что достигается питанием индуктора токами пониженной частоты,Нагрев ведется пропорционально увеличению температуры слитка. В период термостатирования нагрев ведетсяна частоте 50 Гц21.Недостатками данного устройстваявляются наличие двух источников пи. тания, работающих на частоте 10 и50 Гц, и дополнительной коммутационной аппаратуры к ним, отсутствиевозможности регулирования частоты во З 5время нагрева, что ведет к снижениюэнергетических параметров системы индуктор-загрузка.Наиболее близкой к изобретению потехнической сущности является индукционная нагревательная установка, содержащая 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 обмотки индуктора, с которой связанрегулятор низкой частоты, конденса 50 тор и регулятор высокой частоты.Работа установки состоит из двухэтапов. На первом этапе происходитглубинный нагрев слитка токами ниэкОй 5частоты, на втором этапе (этап термостатирования) - подогрев поверхност-.ного слоя токами повышенной часто- ТЫ ЭЗНедостатками известного устройства 60являются нагрев слитка в два этапа, что увеличивает время нагрева, снижение резонансной частоты при тврмостатировании, так как увеличивается индуктивное сопротивление системы ин дуктор - загрузка, что ведет к увеличению глубины проникновения электромагнитной волны в слиток, и как следствие снижается эффект использованияповышенной частоты на этапе термостатирования,Цель изобретения - повышение равномерности нагрева и увеличение производительности.Для достижения поставленной целив индукционной нагревательной установке, содержащей непосредственныйпреобразователь частоты с блоком импульсно-фазового управления, к тремвходам которого подключены выходысоответственно программатора, генератора высокой частоты и генераторанизкой частоты, подключенную к выходу непосредственного преобразователячастоты обмоткн индуктора, с которойсвязан регулятор низкой частоты, конденсатор и регулятор высокой частоты,индуктор снабжен дополнительной обмоткой, ссединенной выходом непосредственного преобразователя частоты через параллельно включенные конденсатор и индуктивно-тиристорный регуля 1тор 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 к второмувыходу генератора высокой частоты,связанному третьим выходом с входомгенератора 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 нагревательнойустановки.Она содержит непосредственный преобразователь 1 частотыобмотку 2 низкой частоты индукторадополнительнуюобмотку 3 высокой частоты индуктора, регулятор 4 низкой частоты, регулятор 5 высокой частоты, конденсатор 6, индуктивно-тиристорный регулятор 7, блок 8 импульсно-фазовогоуправления индуктивно-тиристорногорегулятора, 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 1,0=1 ), имеющих большое значение удельного электрического сопротивления (например, титан и его сплавы). Частота тока индуктора определяется диаметром нагрввавмого изделия и егофизическими 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 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 первключения тиристоров непосредственного преобразователя 1 частоты. Регулятор 4 изменяет напряжение на обмотке 2 и частоту тока на ней в функ ции от температуры нагреваемого слитка. Например, в процессе нагрева титанового слитка диаметром 800 мм до температуры 1000 сС мощность необходимо изменять на 60-80, а частоту в 5 разв 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 35 в напряжении на ней, не выделяют значительные мощности в нагреваемом слитке. Данная мощность не превышает 1 от мощности выделяемой в слитке на основной частоте. 40Подогрев поверхностного слоя слитка осуществляется высокочастот. ной частью схемы, состоящей из дополнительной обмотки 3, конденсатора б, 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 б и обмотки 3 индуктора, выделяет одну высшую гармонику. Ток обмотки 3 на резонансной .частоте увеличивается, что ведет к увеличению мощности, передаваемой в слиток на данной частоте. Величийа тока обмотки 3 на резонансной частоте определяется величиной напряжения этой гармоники и 60 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 инлуктора, т.е. в обмотке 3 мощность на основнойнизкой) 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 увеличе. нии температуры слитка изменяется удельное электрическое сопротивле- ние, что ведет к изменению мощности, передаваемой в слиток, и изменению глубины проникновения. Сигнал об изменении 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 значений 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 колебательного контура (конденсатор6 и обмотка 3 индуктора) на заданную Резонансную частоту путем изменения угла управления тиристоров индуктивно-тиристорного регулятора 7. При увеличении 1 температуры поверхностного слоя слитка значение ирдуктивного сопротивлейия увеличивается, что ведет к сниЮ.Заказ 5237/59 Тираж 845 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и оТкрытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5й Филиал ППП "Патентф, 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 испольэовать, температуру поверхност- о ного слоя Т, разность температур поверхностного слоя и,интегрального: значения температуры в слитке Тп-Тс, значение резонансной частоты,ток индуктораи другие параметры, т.е 15 регулятор 5 обеспечивает заданив за.висимости частоты тока обмотки 3 индуктора от данных параметрбв..р=Чт 1(т-тф); 3. Программатор 13 производит включениеи отключение установки согласно заданной программе, устанавливаетуровень 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 заданием системой управления оптимальногорежима нагрева.