Индукционная установка для нагрева слитков

Союз СоветскинСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю 982208(51)М, Кл. Н 05 В 6/06 3 Ьаударстеанный кюмнтвт СССР ае делам нзойретеннй н еткрытнй(72) Авторь 1 изобретения Е. Е. Чаплыгин и Е. В. Долбилин Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(54) ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА СЛИТКОВ 1Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в промышленных установках, где в процессе производства применяется индукционный нагрев.Известны устройства для индукционного5нагрева 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 111.Однако при нагреве слитков диаметром500 мм и более глубина проникновенияэлектромагнитной волны на частоте 50 Гцнедостаточна для получения высокой равномерности нагрева, что ведет к увеличениювремени нагрева и снижению производительности.Известна установка для нагрева слитков, 20 содержащая два источника питания с блока.ми регулирования. В этой установке нагревведется 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, работаюших на частоте 10 и 50 Гц, а также отсутствие регулировки частоты во времени нагре. ва, 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 задаюший 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 уста. ковки.Установка содержит непосредственный преобразователь частоты 1, инцуктор 2, блок импульсно-фазового управления 3, программатор 4, задающий генератор низкой частоты 5 ре. гулятор низкой частоты 6, конденсатор 7, ключ 8, фильтр высокой частоты 9, регуля. тор высокой частоты 10, задающий генератор высокой частоты 11, конъюкторы 12 и 13, выполненные на элементах И. Регулятор б 50 3 982208 ния электромагнитной волны, что обеспечива. ет высокие энергетические параметры установки 33.Недостатком известного устройства является снижеиие 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 достаточно для нагрева поверхностного слоя. Данная мощность не превышает 1% мощное. ти на основной гармонике, так как с ростом температуры сопротивление системы индуктор - загрузка растет и мощность падает. 15Цель 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 парал. лельно включенных вентильных мостов, управляющие входы которых связашл с выхо дом блока импульсно-фазового управления, вход которого через эадаюший генератор низкой частоты подключен к регулятору низкой частоты, связанному с шшуктором, 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 блока35управления, и цепочки 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, подклю.45 ченного дополнительным выходом к управляюшему входу ключа. 4представляет собой известный регулятор выходного напряжения.Установка работает следуюшим 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 6, сигнал с которого об изменении мощности, передаваемой в загрузку и частоты подается на задающий генератор пониженной часто. ты 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, состояшей из фиьтра высокой частоты 9,о регулятора 10, задающего генератора 11. Непосредственный преобразователь частоты может генерировать в нагрузку напряжение высокой частоты, предельное значение которого в 1 /Ес раз меньше предельной амплитуды низкочастотного напряжения преобразо. вателя, где 1 - частота преобразователя, Хс - 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 могцности на основной гармонике. В период термостатирования, т.е. выравнивания температуры, все вентильные мосты, кроме одного, отключаются, что осуществляется сигна. лом запрета, подаваемым с программатора 4 на коньюнкторы 12 и 13. Тиристоры двух.5 ,9822проводящего ключа закрываются, и индукторпитается от одного вентильного моста черезконденсатор 7, Конденсатор 7 и индуктор 2образуют цепь последовательного резонанса.Меняя частоты задающего генератора 11, через регулятор частоты 10 можно регулиро.вать мощность или глубину проникновенияэлектромагнитной волны. Мощность, выделяемая в индукторе по высшей гармонической,на которую настроен резонансный контур, 30увеличивается, что позволяет более эффективно вести процесс термостатирования. Мощность, выделяемая в поверхностном слое слитка регулируется с помощью регулятора частоты 10 и задающего генератора 11. Так как 13мощность в период термостатирования непревышает 10 - 15% мощности нагрева, тодостаточно включения на данный периодтолько одного вентильного моста, что позволяет уменьшить мощность ключа 8, шун- зптирующего конденсатор 7 на первом этапенагрева,При использовании данного устройства еготехнико-зкономическая эффективность определяется повышением равномерности нагре чва по радиальному сечению слитка эа счетподогрева поверхностного слоя слитка; сокрашения времени нагрева, т.е. увеличениемпроизводительности за счет увеличения глубины проникновения электромагнитной вол.36ны в слиток на пониженной частоте; сокращением количества расходуемой электроэнергии. Формула изобретения Индукционная установка для нагрева слит. ков, содержащая индуктор, подключенный к08 6выходу непосредственного преобразователячастоты, выполненного в виде по меньшеймере двух параллельно включенных вентильных мостов, управляющие входы которыхсвязаны с выходом блока импульсно-фазового управления, вход которого через задающий генератор низкой частоты подключен крегулятору низкой частоты, связанному синдуктором, и программатор, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышенияравномерности нагрева и увеличения производительности установки, она снабжена связанным с индуктором через фильтр высокойчастоты регулятором высокой частоты, после- .довательно с которым включен задающийгенератор высокой частоты, выход которогосоединен с дополнительным входом блокауправления и цепочкой из параллельно соединенных конденсатора и двухпроводящеготиристо:;ного ключа, подключенной междуиндуктором и выходом одного иэ мостов,управляющий вход которого соединен с блоком управления непосредственно, а связь блокауправления с управляющими входами осталь-ных мостов выполнена через первые входыконьюнкторов, вторые входы которых соединены с выходом программатора, подключенного дополнительным выходом к управляющему входу ключа.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Простяков А. А, Индукционные нагревательные установки. М,. "Энергия". 1970, с. 120.2. Авторское свидетельство СССР Хф 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 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4