Методическая индукционная нагревательная установка

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 В 6/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ни ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬС(71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И,Ульянова (Ленина)(56).Авторское свидетельство СССРУ 519875, кл. Н 05 В 6/06, 1976,Авторское свидетельство СССР У 541155, кл. С 05 Р 23/27, 1976.Авторское свидетельство СССР У 1159179, кл. Н 05 В 6/06, 1984. (54) МЕТОДИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИОННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано ЯО 1246419 А 1 в электротермии для индукционногонагрева. Цель изобретения - повышене точности поддержания среднеитемпературы заготовок. Нагревательная установка содержит индуктор 1с 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 заготовки 3 и температуру внутренней поверхности футеровки на выходнойпозиции индуктора. Выход датчика тока 5 через квадратор 9 и апериодичесФ кое звено 10 соединен с инверснымвходом сумматора 8, выходом соединенного с прямым входом сумматора 12. , :ур Выход сумматора 12 через блок 11 не-(файф линейности соединен с входом источТ Ф. 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 засчет падающего участка характеристики блока 11 нелинейности по температуре при средней температуре заготов ки выше заданной. 4 ил. 1Изобретение относится к, электротермии и может быть применено в металлургии, автомобильной промышленности и других отраслях, использующих индукционный нагрев, 5Цель изобретения - повышение точности поддержания средней температуры заготовок,На фиг. 1 представлена функциональная схема установки; на фиг 2 - Овнешняя характеристика блока нелинейности по температуре, на фиг. 3 -вариант выполнения блока нелинейности по температуре, на фиг. 4 - вари"ант реализации апериодического звена. 15В индукторе 1 с футеровкой 2 находятся нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к силовым выходамисточника 4 питания через датчик 5тока. Датчик 6 температуры, в качестве которого может применяться фотопирометр, измеряет температуру поверхности выходной заготовки 3, адатчик 7 темературы, в качестве ко-:торого может использоваться термопара, измеряет температуру внутреннейповерхности футеровки на выходнойпозиции индуктора. Выход датчика 5тока подключен к инверсному входу.первого сумматора 8 через последова- З 0тельно соединенные квадратор 9 и пер"вое апериодическое звено 10. Выходсумматора 8 подключен к входу блока11 нелинейности через первый прямойвход второго сумматора 12, а выходблока 11 нелинейности подключен куправляющему входу источника 4 питания. Выход датчика 6 температуры под-,ника питания 4. Выход датчика тем-"пературы 6 соединен с вторым прямымвходом сумматора 13. Выход датчикатемпературы 7 соединен с первым прямым входомсумматора 14. Вторые входы сумматоров 13, 14 объединены иподключены к задатчику 15 опорногонапряжения. Выходы сумматоров 14, 13через соответствукицие квадраторы 1720 подключены к входам сумматора 16,выходом соединенного через апериодическое звено 21 с вторым входом сум 1ключен 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 последовательно соединенные второй 17 и третий 10 квадраторы. Выход сумматора 14 подключен к инверсному входу сумматора 16 через последовательно сое. - диненные четвертый 19 и пятый 20квадраторы. 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 пере- множителя 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, приведен. ной на фиг. 4,Задатчик 15 опорного напряжения )может быть выполнен на базе источника опорного напряжения.Температура поверхности и средняя температура заготовки связана зави- симостью 2 Рд 23 8(ер 1 Ф ) Тр = Т + 62 Ч, 2, где Тя, Тр температура поверхности и средняя температу, ра заготовки,удельная активная мощность на поверхностизаготовки;удельная мощность тепловых потерь с поверхности заготовки,радиус заготовки,удельная теплопроводность материала заготовки,функция времени, учитывающая распределениевнутренних источниковтепла по сечению заготовки (ш = ЗГ 2 К /Ьотносительный радиусзаготовки, Ь - глубина .проникновения тока вматериал загрузки,= г/К. - относительная2координата точки сечения заготовки, для точек поверхности= 1,л ае.- критерийКгфурье, б - температуропроводность материалазагрузки, С - абсолютное время). Подобная аппроксимация позволяет реализовать функцию 8(ш, 1, Ф ) однимапериодическим звеном с ностояннойвремени с Сигнал по температуре поверхности может быть преобразован в сигнал по . средней температуре в соответствии с указанной формулой аналоговыми звеньями. Функция 8(ш, 1,) предсставляет собой монотонно возрастающую функцию времени, стремящуюся к установившемуся значению 8(ш, 1,ж), данная функция может быть аппроксимирована выражениемЕИ) 8(ш 1, ео) (1 -е /ч)Удельная мощность по поверхностизаготовки пропорциональна квадратутока индуктора. Следовательно, сигнал по току индуктора можно преобразовать в сигнал по мощности с помощьюквадратора,Удельная мощность тепловых потерьс поверхности заготовки зависит оттемпературы ее поверхности и темпера 10 туры внутренней поверхности футеровки. В стационарном режиме работы нагревателя удельную мощность тепловыхпотерь с поверхности выходной заготовки можно с достаточной степенью15 точности считать постоянной. Однакочасто в силу особенностей производства нагревательная установка значительную часть времени работает в нестационарном режиме, которые характе 20 ризуются широкими колебаниями температурного режима установки. В этомслучае допущение о постоянстве тепловых потерь приводит к ошибке в определении средней температуры,25 Удельная мощность тепловых потерь. с поверхности заготовки связана стемпературой ее поверхности Тд итемпературой внутренней поверхностифутеровки Т,Р выражениемЗО Ч 2(т + 273) - (2, + 273) ,Указанная связь может быть реализована аналоговыми звеньями.Установка работает следующим об,разом.35Сигнал с датчика 5 тока индуктора,преобразуется в квадраторе 9 в сигнал, пропорциональный удельной активной мощности на поверхности заготов О ки, .который поступает на вход апериодического звена 10. Сигнал с выходадатчика 6 температуры складываетсяс сигналом с выхода задатчика. 15. опорного напряжения в сумматоре 14, 45 с выхода которого сигнал поступаетна вход квадратора 19, далее с еговыхода - на вход квадратора 20. Сиг,нал с выхода датчика 7 температурыскладывается с сигналом с выхода за;датчика 15 опорного напряжения в сумматоре 13, с выхода которого сигналпоступает на вход квадратора 17 и сего выхода - на вход квадратора 18.Затем из него вычитается в суммато 55 ре 16 сигнал с выхода квадратора 20.Сигнал с выхода сумматора 16, пропорциональный удельной мощности тепловых потерь с поверхности выходнойзаготовки, поступает на вход апериодического звена 21. Сигнал с выходаапериодического звена 10 вычитается всумматоре 8 из сигнала с выходаапериодического звенд 21Выходнойсигнал сумматора 8 складывается всумматоре 12 с сигналом датчика 6температуры и поступает на управляющий вход источника 4 питания черезблок 11 нелинейности по температуре.Превышение средней температуры заготовки ее максимально Допустимогозначения исключается за счет падающего участка характеристики блока11 нелинейности по температуре присредней температуре заготовки вышезаданной,Входные и выходные сигналы отмечены 6 " вщУстановка позволяет повысить качество нагрева заготовок рутем повышения точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы. По результатам математическогомоделирования точность поддержаниясредней температуры заготовок в нестационарных режимах в предлагаемойустановке по сравнению с известнойповышается на 307.,Формула изобретенияМетодическая индукционная нагревательная установка, содержащая футерованный индуктор, подключенный к источнику питания, датчик тока индуктора, выход которого чеРез квадратори апериодическое звено соединен синверсным входом первого сумматора,связанного выходом с первым прямымвходом второго сумматора, второйпрямой вход которого соединен с датчиком температуры выходящей из индуктора заготовки, а выход через блок 10 нелинейности по температуре с падающей характеристикой - с управляющимвходом источника питания, и задатчикопорного напряжения, о т л и ч а юш а я с я тем, что, с целью повыше ния точности поддержания среднейтемпературы заготовки, установка дополнительно снабжена тремя сумматорами, четырьмя квадраторами, вторымапериодическим звеном и датчиком 20 температуры внутренней поверхностифутеровки, выход датчика температурызаготовки и выход датчика температуры футеровки подключены соответственно к первым прямьв входам третьего 25 и четвертого сумматоров, вторые прямые входы которых связаны с выходомзадатчика опорного напряжения, выходтретьего сумматора через последовательно включенные второй и третий 30 квадраторы подключен к прямому входупятого сумматора, а выход четвертогосумматора через последовательно включенные четвертый и пятый квадраторы - к инверсному входу пятогосумматора, соединенного выходом черезвторое апериодическое звено с прямымвходом первого сумматора.оставитель О.Турпакехред М.Ходанич Корректор ,С Шекмар Тираж 765, . ПодписноеГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийква, Ж, Фаушская наб., д. 4/5