RU2012120692A

RU2012120692A - Способ индукционного нагрева, применяемый в устройстве, содержащем магнитосвязанные индукторы

Info

Publication number: RU2012120692A
Application number: RU2012120692/07A
Authority: RU
Inventors: Оливье ПАТО; Ив НО; Иван ЛЁФЕВР; Филипп ЛЯДУ; Паскаль МОССЬОН; Жильбер МАНО
Original assignee: Электрисите Де Франс; Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик-Снрс; Энститю Насьональ Политекник Де Тулуз
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2013-11-27
Also published as: CA2778379A1; KR20120083475A; JP5553904B2; WO2011048316A1; RU2525851C2; EP2491760B1; JP2013508908A; IN2012DN03410A; AU2010309618A1; US20120199579A1; CA2778379C; SI2491760T1; CN102668692B; PL2491760T3; US9398643B2; AU2010309618B2; KR101480984B1; FR2951606B1; ES2535092T3; CN102668692A

Abstract

1. Способ индукционного нагрева, применяемый в устройстве нагрева металлической детали, характеризующийся тем, что указанное устройство содержит магнитосвязанные индукторы (Ind1, Ind2, …, Indp), причем каждый индуктор получает питание от соответствующего ему инвертора (O1, O2, …, Op), связанного с конденсатором (C1, C2, …, Cp) для образования колебательного контура (OC1, OC2, …, OCp), при этом указанные колебательные контуры имеют, по меньшей мере, приблизительно одинаковую резонансную частоту, причем каждым инвертором управляет блок управления (M1, M2, …, Mp) таким образом, чтобы изменять амплитуду (A, A, …, A) и фазу (φ, φ, …, φ) тока (I, I, …, I), проходящего через соответствующий индуктор, при этом устройство также содержит средства определения указанного тока (I, I, …, I) и средства определения действительного температурного профиля (θ, θ, …, θ) указанной металлической детали, указанный способ включает этапы, на которых:a) сравнивают указанный действительный температурный профиль (θ, θ, …, θ)с контрольным температурным профилем (θ, θ, …, θ) и вычисляют контрольный профиль плотности мощности, который устройство нагрева должно подавать в указанную деталь, чтобы достичь указанного контрольного температурного профиля;b) при помощи матрицы полных сопротивлений (Z), определяемой на основании электромагнитных соотношений, связывающих указанные индукторы между собой и с указанной деталью, и на основании графических векторных функций (f), характеризующих соотношения между плотностью тока, создаваемой индукторами, и током (I, I, …, I), проходящим через индукторы, вычисляют искомые токи, которые должны выдавать инверторы, чтобы токи индукторов достигали соотв

Claims

1. Способ индукционного нагрева, применяемый в устройстве нагрева металлической детали, характеризующийся тем, что указанное устройство содержит магнитосвязанные индукторы (Ind1, Ind2, …, Indp), причем каждый индуктор получает питание от соответствующего ему инвертора (O1, O2, …, Op), связанного с конденсатором (C1, C2, …, Cp) для образования колебательного контура (OC1, OC2, …, OCp), при этом указанные колебательные контуры имеют, по меньшей мере, приблизительно одинаковую резонансную частоту, причем каждым инвертором управляет блок управления (M1, M2, …, Mp) таким образом, чтобы изменять амплитуду (A₁, A₂, …, A_p) и фазу (φ₁, φ₂, …, φ_p) тока (I₁, I₂, …, I_p), проходящего через соответствующий индуктор, при этом устройство также содержит средства определения указанного тока (I₁, I₂, …, I_p) и средства определения действительного температурного профиля (θ_{1 mes}, θ_{2 mes}, …, θ_{n mes}) указанной металлической детали, указанный способ включает этапы, на которых:

a) сравнивают указанный действительный температурный профиль (θ_{1 mes}, θ_{2 mes}, …, θ_{n mes})с контрольным температурным профилем (θ_{1 ref}, θ_{2 ref}, …, θ_{n ref}) и вычисляют контрольный профиль плотности мощности

, который устройство нагрева должно подавать в указанную деталь, чтобы достичь указанного контрольного температурного профиля;

b) при помощи матрицы полных сопротивлений (Z), определяемой на основании электромагнитных соотношений, связывающих указанные индукторы между собой и с указанной деталью, и на основании графических векторных функций (f_k), характеризующих соотношения между плотностью тока, создаваемой индукторами, и током (I₁, I₂, …, I_p), проходящим через индукторы, вычисляют искомые токи, которые должны выдавать инверторы, чтобы токи индукторов достигали соответствующих искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) для подачи указанного контрольного профиля плотности мощности

в указанную деталь;

c) определяют токи (I_{1 mes}, I_{2 mes}, …, I_{p mes}), проходящие через индукторы, чтобы сравнить их с указанными искомыми значениями (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) и определить подлежащие коррекции отклонения токов (δI_{1 corr}, δI_{2 corr}, …, δI_{p corr}), и в указанные блоки управления (M1, M2, …, Mp) передают команды коррекции в зависимости от указанных отклонений токов для управления инверторами таким образом, чтобы корректировать токи, проходящие через индукторы.

2. Способ нагрева по п.1, в котором определяют емкости указанных конденсаторов (C1, C2, …, Cp) и указанную матрицу полных сопротивлений (Z) связывают с вектором (C) емкостей.

3. Способ нагрева по п.1 или 2, в котором определяют исходное значение (Z_ini) указанной матрицы полных сопротивлений (Z) для заданной первоначальной средней температуры (θ_ini) указанных индукторов и указанной детали, затем через переменные или периодические интервалы определяют измененную матрицу полных сопротивлений (Z_mod(θ)) по меньшей мере для одного увеличенного значения (θ_mod) указанной средней температуры и указанную измененную матрицу полных сопротивлений используют для перерасчета указанных искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}).

4. Способ нагрева по п.1 или 2, в котором после последовательного осуществления этапов (a) и (b) по меньшей мере один раз осуществляют этап (c) для уменьшения указанных корректируемых отклонений токов (δI_{1 corr}, δI_{2 corr}, …, δI_{p corr}), затем по меньшей мере один раз повторяют этапы (a), (b) и (c), обновляя указанный действительный температурный профиль (θ_{1 mes}, θ_{2 mes}, …, θ_{n mes}) на основании измерений температуры в различных нагреваемых зонах детали.

5. Способ нагрева по п.3, в котором после последовательного осуществления этапов (a) и (b) по меньшей мере один раз осуществляют этап (c) для уменьшения указанных корректируемых отклонений токов (δI_{1 corr}, δI_{2 corr}, …, δI_{p corr}), затем по меньшей мере один раз повторяют этапы (a), (b) и (c), обновляя указанный действительный температурный профиль (θ_{1 mes}, θ_{2 mes}, …, θ_{n mes}) на основании измерений температуры в различных нагреваемых зонах детали.

6. Способ нагрева по п.1 или 2, в котором для определения вычислением указанных искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) на этапе (b) на основании указанных графических векторных функций (f_k) вычисляют графические функции плотностей мощности (Dp(r, x)) по пространственным характеристикам (r) зон детали, в которые вводят указанные плотности мощности, и вычисляют оптимизированный вектор (x) определяемых искомых токов, минимизируя разность между каждой из указанных графических функций плотностей мощности (Dp(r, x)) и контрольной функцией плотности мощности (Dp^ref(r)), соответствующей указанному контрольному профилю плотности мощности

.

7. Способ нагрева по п.3, в котором для определения вычислением указанных искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) на этапе (b) на основании указанных графических векторных функций (f_k) вычисляют графические функции плотностей мощности (Dp(r, x) по пространственным характеристикам (r) зон детали, в которые вводят указанные плотности мощности, и вычисляют оптимизированный вектор (х) определяемых искомых токов, минимизируя разность между каждой из указанных графических функций плотностей мощности (Dp(r, x)) и контрольной функцией плотности мощности (Dp^ref(r)), соответствующей указанному контрольному профилю плотности мощности

.

8. Способ нагрева по п.1 или 2, в котором в качестве контрольного инвертора берут инвертор (O1) с наибольшим током по сравнению с другими инверторами (O2, …, Op) в случае инвертора тока или с наибольшим напряжением в случае инвертора напряжения и вводят углы смещения в команды управления другими инверторами по отношению к углу управления на контрольном инверторе.

9. Способ нагрева по п.3, в котором в качестве контрольного инвертора берут инвертор (O1) с наибольшим током по сравнению с другими инверторами (O2, …, Op) в случае инвертора тока или с наибольшим напряжением в случае инвертора напряжения и вводят углы смещения в команды управления другими инверторами по отношению к углу управления на контрольном инверторе.

10. Способ нагрева по п.4, в котором для определения вычислением указанных искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) на этапе (b) на основании указанных графических векторных функций (f_k) вычисляют графические функции плотностей мощности (Dp(r, x)) по пространственным характеристикам (r) зон детали, в которые вводят указанные плотности мощности, и вычисляют оптимизированный вектор (x) определяемых искомых токов, минимизируя разность между каждой из указанных графических функций плотностей мощности (Dp(r, x)) и контрольной функцией плотности мощности (Dp^ref(r)), соответствующей указанному контрольному профилю плотности мощности

.

11. Способ нагрева по п.4, в котором в качестве контрольного инвертора берут инвертор (O1) с наибольшим током по сравнению с другими инверторами (O2, …, Op) в случае инвертора тока или с наибольшим напряжением в случае инвертора напряжения и вводят углы смещения в команды управления.

12. Способ нагрева по п.6, в котором регулируют контрольный инвертор (O1) с циклическим соотношением, равным 2/3, чтобы уменьшить гармонические помехи, создаваемые этим инвертором на соседних с ним инверторах (O2, …, Op).

13. Способ нагрева по п.6, в котором регулируют эффективное значение тока в указанном контрольном инверторе (O1) посредством воздействия на источник (1) питания постоянного тока инверторов (01, O2, …, Op).

14. Устройство индукционного нагрева, содержащее:

магнитосвязанные индукторы (Ind1, Ind2, …, Indp), при этом каждый индуктор связан с конденсатором (C1, C2, …, Cp) для образования колебательного контура (OC1, OC2, …, OCp), указанные колебательные контуры имеют, по меньшей мере, приблизительно одинаковую резонансную частоту;

инверторы (O1, O2, …, Op), каждый из которых питает связанный с ним индуктор (Ind1, Ind2, …, Indp), при этом каждым инвертором управляет блок управления (N1, M2, …, Mp) таким образом, чтобы изменять амплитуду (A₁, A2, …, A_p) и фазу (φ₁, φ₂, …, φ_p) тока (I₁, I₂, …, I_p), проходящего через соответствующий индуктор;

отличающееся тем, что дополнительно содержит:

средства определения токов (I₁, I₂, …, I_p), проходящих через индукторы, а также средства определения действительного температурного профиля (θ_{1 mes}, θ_{2 mes}, …, θ_{n mes}) металлической детали, нагреваемой устройством;

средства сравнения указанного действительного температурного профиля (θ_{1 mes}, θ_{2 mes}, …, θ_{n mes}) с контрольным температурным профилем (θ_{1 ref}, θ_{2 ref}, …, θ_{n ref});

средства вычисления контрольного профиля плотности мощности

, которую устройство нагрева должно вводить в указанную деталь, чтобы достичь указанного контрольного температурного профиля;

средства вычисления, основанные на знании матрицы полных сопротивлений (Z), искомых токов, которые должны выдавать инверторы, чтобы токи индукторов достигали соответствующих искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) для подачи указанного контрольного профиля плотности мощности

в указанную деталь;

средства сравнения (ε₁, ε₂, …, ε_p) токов (I_{1 mes}, I_{2 mes}, …, I_{p mes}), проходящих через индукторы, с указанными искомыми значениями (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}), выполненные с возможностью определения подлежащих коррекции отклонений токов (δI_{1 corr}, δI_{2 corr}, …, δI_{p corr}), и средства обработки (CORR₁, CORR₂, …, CORR_p) указанных отклонений токов, выполненные с возможностью генерирования команд коррекции, направляемых в указанные блоки управления (M1, M2, …, Mp) для управления инверторами таким образом, чтобы корректировать токи, проходящие через индукторы.

15. Устройство индукционного нагрева по п.14, в котором инверторы (O1, O2, …, Op) получают питание от одного и того же источника (1) тока или напряжения, и указанные средства сравнения указанных определенных токов (I_{1 mes}, I_{2 mes}, …, I_{p mes}), проходящих через индукторы, содержат сравнительные блоки (ε₁, ε₂, …, ε_p), каждый из которых получает определенные параметры (A₁, φ₁; A₂, φ₂; …; A_p, φ_p) проходящего через индуктор тока (I_{1 mes}, I_{2 mes}, …, I_{p mes}) и параметры соответствующих искомых значений (I_{1 ref}, I_{2 ref}, …, I_{p ref}) и каждый из которых соединен с блоком обработки (CORR₁, CORR₂, …, CORR_p) указанных отклонений тока, при этом один (ε₁) из указанных сравнительных блоков дополнительно получает параметры (I_c _mes, I_{c calc}), характеризующие питание, поступающее от указанного источника (1) питания, и его соответствующий блок обработки (CORR₁) выполнен с возможностью генерирования команд регулирования, направляемых в указанный источник (1) питания, чтобы изменять выдаваемые им ток или напряжение.