Способ управления индукционной нагревательной установкой

69) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХЩИЛИСМИШРЕСПУБЛИК ВСЯ) Н 05 В б/06 ЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе(56) 1. Патент,США У 37 17807,кл, 321-27, 1977.2. Авторское свидетельство СССРВ 647815, кл. Н 02 М 7/515, 1979.(5 Ч (57) 1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ,содержащей несколько колебательныхконтуров 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 перно дов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируют температуру зоны нагрева каждого контура, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения производительности путем ускорения нагрева, интервал времени настроенного в резонанс с каждым из контуров состояния инвертора в текущем периоде изменения выходной частоты, поддерживают пропорциональным разностН конечной и текущей температуры контролируемойзоны нагрева.110202, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я 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. 573. Способ по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я 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.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 стоящих вентилей, повышенные весогабаритные показатели установки и сложность системы управления.Наиболее близким к предлагйемому по технической сути является способ 15 управления индукционной нагреватель иой установкой, содержащей несколько колебательных контуров с зонами нагрева, настроенных на различные реэоааысные частоты и подключенных к вы ходу инвертора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому закону поочередно в каждый из периодов настраивают инвертор в резонанс с укаэанны ми контурами и контролируют температуру зоны каждого контура 21 . 40 Однако температура нагреваемой зоны какого-либо контура повышается30 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 35 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 всехзонах одновременно достигали бы необходимых значений. Поэтому для избежания перегрева, недопустимого втехнологических процессах, необходимозначительно снижать мощность инвертора во время настроенного состоянияна контур, в зоне которого достигнуто необходимое значение температуры,что продолжается в течение времени,пока температуры в остальных зонахтакже не достигнут своих необходимыхзначений. Это увеличивает длительность выхода нагреваемых объектовна заданный температурный режим и,следовательно, снижает интенсивностьтехнологического 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 иывергора, при котором путем изменения выходной частоты инвертора по периодическому закону поочередно в каждый иэ периодов настраивают инвертор в резонанс с указанными контурами и контролируюттемпературу зоны нагрева каждого контура, интервал времени, настро057 4 20 1 гдея - соответствующая 1-й зоне мод 1нотонно возрастающая функция;Й; - температура, до которой необходимо нагреть нагреваемыйобъект в 1-й зоне;.50л.ь - текущее значение температуры1нагреваемого объекта в 1-йзоне.Из (2) видно, что время настроенного состояния инвертора в резонансЙ, 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 повышения равномерности скорости нарастания температуры дополнительно определяют теплоемкости зон нагрева и интервал ; 1 О времени, настроенного в резонанс состояния инвертора, корректируют пропорционально произведению указанной разности температур и теплоемкости. 15При этом теплоемкости каждой зоны определяют в первом периоде иэ; менения выходной частоты при равных временах, настроенных в резонанс состояний инвертора с каждым иэ контуров, как величины обратно пропорциональные приращениям. температур.Температура нагреваемого объекта в -й зоне повышается во время настроенного с ней.в резонанс состояния инвертора.Поскольку настройка периодичная и поочередная где й - число зон;Т - длительность текущего пери-,ода изменения входной частоты инвертора.35Рецлировка длительности настроенного с каждым контуром в резонанс состояния инвертора,происходит следую" щим образом. вается одновременное достижение тем-,ператур всех нагреваемых зон необхо.аимых значений,а также наиболееэфФективное исйользование ресурсовпреобразователя эа счет постоянной.работы в режиме максимальной мощнос.ти, чем в сврю очередь определяетсяуменьшение времени нагрева. В количественном отношении уменьшениевремени нагрева определяется выбором функций р 1 . Индукционные контуры имеют различные резонансныечастоты, поэтому периодическим изменением входной частоты с, задержкойна 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. 1 изображена система, реализующая предложенный способ; нафиг. 2 - кривые, поясняющие работусистемы,Устройство .состоит из трех контуров - .индукционных нагрузок 1 - 3,настроенных на различные резонансныечастотыИ, (1 р, ц,5, питаемые отинвертора 4, блоков 5 - 7 измеренияи преобразования сигналов температурнагреваемых эон блоков 8 - 10 контроля настройки в резонанс, микро-ЭВМ11 (например, "Электроника" или(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,пропор 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(3) где а - приращение температуры, -й зоны нагреваемого объекта за период Т, можно достичь , если ввести в (3) коррекцию по их теплоемкостям40(й;.,р: с;1 р В этом случае, записывая уравнения температуры 1-й зоны в конечных приращениях и без учета рассеяния, получаем7 (4)Д (ьЧ,-) СЕ -" 1 е с1 50 где Р - мощность инверстора, а.первый.55 сомножитель представляет собой величину 3 Р,с 1 Т, где Р; - мощность в 1-й зоне. Значения ьЧ, вводятся в микро-ЭВМ блоком 12 ввода, Перенастройка проис О ходит поочередно по истечении вычисленного по (3) для каждой нагрузки интервала времени. При этом по сигналам . микро-ЭВМ 11, имеющей встроенный таймер, блок 13 управления поочередно включает три описанных канала автоматической настройки.На фиг. 2 представлены кривые, поясняющие работу системы, где Яр20 Яр,И р - резонансныечастоты; Ь Ь Ьс -интервалы настроенных на каждую нагрузку состояний инвертора; Л Л т ль 2, ь - кривые нагрева; ьЧ О С Ч - температуры, до которых необходимо нагреть нагреваемые зоны сост ветственно первой, второй и третьей нагрузок.Для равномерности скорости нарастания температур каждого иэ нагреваемых объектов в течение нагрева, т.е.ЗО равенства отношений для всех Фон Из последнего выражения находимЛ аз)3Л- тзЖ. ;- ):,1:1 Ч 1 1;:Ь;от.е. отиоиеиие О, с;ве зависит отномера 1-й зоны,"т.е. одинаково длявсех зон.Возможность определения теплоемкостей как обратно пропорциональныхвеличин приращениям температур в первом периоде изменения входной частотыпри равных длительностях настроенныхв резонансе состояний инвертора скаждой из нагрузок можно показать,записывая уравнение температуры нагреваемых объектов в конечных приращенияхл, Т6 ю = - Р -п С1Для реализации способ существенное значение имеет выбор периода Т, излишне большая величина которогб приводит к увеличению амплитуд переменной составляющей температур,нагреваемых объектов, а также неравномерностиих ско-рости нарастания температур в процессе нагрева. Уменьшение величины Тоограничивается суммой Я =.Е 1: дли 1 тельностей и, переходных процессов всех нагрузок. Наиболее приемлемые значения величины Т лежат в диапазоне 20 ЯТ 6 500 Я. 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 б 0 кВт, частотой 2500 Гц.Блоки 5 - 1 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", 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 В Заказ 478 б/4 аж 78 дпнсное ад ППП "Патент город,ул.Проектная туры - соответственно 600 800 иоФ900 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. Изобретениепозволяет также обеспечить равномерный нагрев всех нагреваемых объектовсо скоростями нагрева, пропорциональными заданным значениям температур,что важно для ряда технологических 1 о процессов для оптимального сочетания интенсивности процесса со скоростью нагрева.