RU2113939C1 - Gear for indirect induction heating of powder articles - Google Patents
Gear for indirect induction heating of powder articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113939C1 RU2113939C1 RU96113613A RU96113613A RU2113939C1 RU 2113939 C1 RU2113939 C1 RU 2113939C1 RU 96113613 A RU96113613 A RU 96113613A RU 96113613 A RU96113613 A RU 96113613A RU 2113939 C1 RU2113939 C1 RU 2113939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- sections
- emitter
- section
- frequency converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано в индукционных установках, питающихся от тиристорного преобразователя частоты с ограниченным уровнем выходного напряжения 250 - 300 В. The invention relates to the field of electrothermics and can be used in induction plants powered by a thyristor frequency converter with a limited output voltage level of 250-300 V.
Известен тиристорный преобразователь частоты, включающий выпрямитель, автономный инвертор с управляемой частотой, блок управления и защиты инвертора, устройство согласования инвертора с нагрузкой, микропроцессорную систему управления или управляющие ЭВМ (включая IBM PC AT 486) с периферией. Микропроцессорные системы работают в реальном времени и реализуют оптимальные последовательности управления, отображения, защиты и документирования информации. Тиристорный инвертор имеет электрический КПД, примерно равный 0,94 - 0,96, высокую надежность, обеспечивает высокое быстродействие ( ≅ 0,01 с) [1]. A thyristor frequency converter is known, including a rectifier, an autonomous inverter with a controlled frequency, an inverter control and protection unit, an inverter matching a load, a microprocessor control system or control computers (including IBM PC AT 486) with peripherals. Microprocessor systems operate in real time and implement optimal sequences of control, display, protection and documentation of information. The thyristor inverter has an electrical efficiency of approximately 0.94 - 0.96, high reliability, and provides high speed (≅ 0.01 s) [1].
В настоящее время применяется частотный способ управления мощностью тиристорного преобразователя частоты, согласно которому частота инвертирования при нагреве подстраивается по сигналу датчика до ее совпадения с резонансной частотой нагрузочного контура, что обеспечивает выделение максимальной мощности. При рассогласовании частот выделяется малая мощность на уровне тепловых потерь нагреваемого тела [2, 3]. Currently, a frequency method is used to control the power of the thyristor frequency converter, according to which the inversion frequency during heating is adjusted according to the sensor signal until it coincides with the resonant frequency of the load circuit, which ensures the allocation of maximum power. When the frequencies are mismatched, low power is released at the level of heat losses of the heated body [2, 3].
Известен индукционный нагреватель металлических тел [2, с. 10, рис. 1.1] , содержащий многовитковый секционированный индуктор с различными длинами секций, из которых короткая секция индуктора подключена параллельно тиристорному преобразователю частоты, а обе последовательно соединенные секции индуктора подключены параллельно батарее компенсирующих конденсаторов. Known induction heater of metallic bodies [2, p. 10, fig. 1.1], containing a multi-turn sectioned inductor with different lengths of sections, of which a short section of the inductor is connected in parallel to the thyristor frequency converter, and both series-connected sections of the inductor are connected in parallel to the battery of compensating capacitors.
Достоинством нагревателя является большой выигрыш по габаритам и емкости дорогостоящих компенсирующих конденсаторов. Объясняется это тем, что при относительно низком выходном напряжении тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ) (≈250 - 300 В), типичном для ТПЧ [2] по условиям класса применяемых тиристоров и времени, предоставляемом тиристорам на восстановление управляющих свойств, напряжение на батарее компенсирующих конденсаторов может быть обеспечено в несколько раз больше (обычно (800 - 1000) В). При этом реактивная энергия конденсаторов возрастает как квадрат напряжения, т.е. примерно в 16 раз. The advantage of the heater is a big gain in size and capacity of expensive compensating capacitors. This is explained by the fact that at a relatively low output voltage of the thyristor frequency converter (TFC) (≈250 - 300 V), typical for TFC [2] according to the conditions of the class of applied thyristors and the time allowed for thyristors to restore control properties, the voltage on the battery of compensating capacitors can be provided several times more (usually (800 - 1000) V). In this case, the reactive energy of the capacitors increases as the square of the voltage, i.e. about 16 times.
Недостатком этого нагревателя является неудовлетворительное качество нагрева, которое состоит в том, что наблюдается заметно выраженный "провал" температуры нагреваемого изделия в зоне соединения двух секций индуктора, что подтверждают расчеты по математической модели, описанной в [6] и расчетные результаты на фиг. 3. The disadvantage of this heater is the unsatisfactory quality of heating, which consists in the fact that there is a pronounced "dip" in the temperature of the heated product in the zone of connection of the two sections of the inductor, which is confirmed by calculations using the mathematical model described in [6] and the calculated results in FIG. 3.
Физически суть "провала" в профилях температуры и источников тепла заключается в следующем. Токи, протекающие по короткой ("индуктивной") и длинной ("емкостной") секциям индуктора, сдвинуты по временной фазе относительно друг друга примерно на 180 электрических градусов, т.е. находятся в противофазе. В результате этого магнитное поле в зоне соединения короткой и длинной секций индукторов резко ослаблено. На фиг. 3 видно, что в указанной зоне соединения обеих секций индуктора (точка "a") наблюдается "провал" удельной мощности от 6,5 Вт/см3 до 1 Вт/см3, т.е. в 6 раз.Physically, the essence of the “failure” in the profiles of temperature and heat sources is as follows. The currents flowing along the short ("inductive") and long ("capacitive") sections of the inductor are shifted in time phase relative to each other by approximately 180 electrical degrees, i.e. are in antiphase. As a result of this, the magnetic field in the connection zone of the short and long sections of the inductors is sharply weakened. In FIG. 3 it can be seen that in the indicated zone of connection of both sections of the inductor (point "a"), a "dip" in specific power from 6.5 W / cm 3 to 1 W / cm 3 is observed, i.e. 6 times.
Наиболее близким по технической сущности является индукционная установка для спекания изделий из металлических порошков по а. с. N 1129814, кл. B 22 B 3/10, 1992, содержащая многовитковый индуктор, охватывающий полый цилиндр из тугоплавкого металла (излучатель), длина которого не равна длине индуктора, причем абсолютный размер выступающих (или заглубленных) частей индуктора по отношению к торцам нагреваемого излучателя одинаков с обоих концов индуктора. Указанные выступы (или заглубления) индуктора по отношению к длине нагреваемого излучателя служат средством управления равномерностью нагрева в торцевых зонах: изменяя знак указанного абсолютного размера выступающих (или заглубленных) частей индуктора, можно усиливать или ослаблять внутренние источники тепла в широких пределах в торцевых зонах излучателя. Это средство управления широко известно [4, 6] и [7, стр.79]. The closest in technical essence is an induction installation for sintering products from metal powders according to a. from. N 1129814, CL B 22
Достоинством прототипа является косвенный способ нагрева порошковых изделий, т.е. введение в конструкцию полого цилиндра из тугоплавкого металла (излучателя) внутрь индуктора. При этом нагреваемые порошковые изделия получают тепло от излучателя в виде лучистого потока, и качество нагрева не зависит от плотности спрессованных изделий. The advantage of the prototype is an indirect method of heating powder products, i.e. introduction to the design of a hollow cylinder of refractory metal (emitter) inside the inductor. In this case, the heated powder products receive heat from the emitter in the form of a radiant flux, and the quality of heating does not depend on the density of the compressed products.
Недостатком прототипа при секционном подключении [2, рис. 1.16], оговоренном выше для аналога, является "провал" температурного поля в зоне соединения двух секций индуктора, о котором говорилось выше, а также другой специфический недостаток - неравномерность температур обоих торцев излучателя, находящихся на разных расстояниях от зоны соединения секций индуктора (точка "a" на фиг. 3). The disadvantage of the prototype with a sectional connection [2, Fig. 1.16], which was mentioned above for the analogue, is a “dip” in the temperature field in the zone of connection of the two sections of the inductor, which was mentioned above, as well as another specific drawback - the uneven temperature of both ends of the emitter located at different distances from the zone of connection of the sections of the inductor (point " a "in Fig. 3).
Из фиг. 3 видно, что имеется неравномерность нагрева торцев излучателя ≈20%: торец со стороны короткой секции индуктора нагрет до 1030oC, а торец со стороны длинной секции - всего до 880oC. Такая неравномерность объясняется перетечкой тепла к зоне "провала" (точка "a" на фиг. 3) от более нагретых торцевых зон излучателя. Поскольку эти торцы удалены от зоны "провала" на существенно различные расстояния, то и утечка тепла из торцевых зон излучателя разная: на ближайшем к зоне "провала" торце утечка тепла больше, и температура этого торца ниже.From FIG. Figure 3 shows that there is a non-uniformity in the heating of the ends of the emitter ≈20%: the end from the side of the short section of the inductor is heated to 1030 o C, and the end from the side of the long section to just 880 o C. This unevenness is explained by heat transfer to the “dip” zone (point "a" in Fig. 3) from the warmer end zones of the emitter. Since these ends are removed from the “dip” zone at substantially different distances, the heat leak from the end zones of the emitter is different: at the end closest to the “dip” zone, the heat leak is greater and the temperature of this end is lower.
Этот факт является недостатком прототипа при нулевом или одинаковом заглублении (или выступе) индуктора с обоих торцев излучателя. В итоге излучатель имеет неодинаковую рабочую температуру рабочей внутренней поверхности. Различие в лучистом потоке будет сказываться в четвертой степени по отношению к температуре. This fact is a disadvantage of the prototype with zero or the same depth (or protrusion) of the inductor from both ends of the emitter. As a result, the emitter has a different operating temperature of the working inner surface. The difference in the radiant flux will affect the fourth degree with respect to temperature.
Задачей изобретения является повышение качества изделий за счет достижения равномерности теплового поля вдоль оси электромагнитного экрана. The objective of the invention is to improve the quality of products by achieving uniformity of the thermal field along the axis of the electromagnetic screen.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве косвенного индукционного нагрева порошковых изделий секция индуктора большей длины имеет меньшую выступающую по отношению к торцу излучателя часть, чем выступающая часть короткой секции индуктора по отношению к противоположному торцу излучателя. The problem is solved in that in the proposed device for indirect induction heating of powder products, the longer section of the inductor has a smaller protruding part with respect to the end of the emitter than the protruding part of the short section of the inductor with respect to the opposite end of the emitter.
На фиг. 1 показана схема реализации устройства; на фиг. 2 - экспериментальные кривые нагрева; на фиг. 3 - расчетные кривые, полученные на математической модели [6] с помощью ЭВМ. In FIG. 1 shows a diagram of an implementation of a device; in FIG. 2 - experimental heating curves; in FIG. 3 - calculated curves obtained on a mathematical model [6] using a computer.
Устройство индукционного нагрева содержит секционированный индуктор 1, теплоизоляцию 2 (слои стекловаты и асбеста), размещенную между излучателем 3 и индуктором. С торцев устройства расположены торцевые тепловые экраны 4. Внутри электромагнитного излучателя находятся спекаемые порошковые изделия 5. Для перемещения порошковых изделий применяют толкатель 6. Выступающая часть индуктора 1 по отношению к торцу излучателя 3 называется заглублением электромагнитного излучателя 3 в индуктор 1 и обозначена позициями 7 и 8. Секции индуктора различной длины соединены так, что короткая секция индуктора подключена параллельно тиристорному преобразователю частоты 9, а обе последовательно соединенные секции индуктора подключены параллельно батарее компенсирующих конденсаторов 10. The induction heating device comprises a sectioned
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При подаче напряжения с инвертора по "индуктивной" секции от точки "b" к "а" протекает ток I1, а по "емкостной" секции от точки "c" к "a" протекает ток I2. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея протекающий по секциям индуктора электрический переменный ток индуктирует в нагреваемом теле (излучателе) электродвижущую силу.When voltage is applied from the inverter through the "inductive" section, current I 1 flows from point "b" to "a", and current I 2 flows from "c" to "a" through the "capacitive" section. According to the law of electromagnetic Faraday induction, an electric alternating current flowing through sections of an inductor induces an electromotive force in a heated body (emitter).
Согласно закону Ома и принципу Ленца в теле возникают вихревые токи (токи Фуко). По закону Джоуля - Ленца при протекании вихревых токов проходит выделение тепловой энергии (джоулевого тепла) в излучателе 3, который одновременно выполняет функции теплоаккумулирующего тела, т.е. электромагнитного экрана, поглощающего энергию падающей на его наружную поверхность электромагнитной волны. According to Ohm's law and the Lenz principle, eddy currents (Foucault currents) arise in the body. According to the Joule-Lenz law, during the flow of eddy currents, heat energy (Joule heat) is released in the
При протекании переменного тока по "индуктивной" и "емкостной" секциям индуктора магнитные поля, ими созданные, в зоны соединения секций индуктора компенсируются и образуется "провал" удельной мощности. За счет того, что при предлагаемом отношении заглублений увеличивается максимальная удельная энергия в промежутке от зоны соединения секций индуктора до ближайшего торца, соответственно и температура ближайшего торца будет выше, чем при равных заглублениях. В результате перетечки тепла от более нагретых точек излучателя к менее нагретым происходит охлаждение торца примерно от 1200 до 1090oC, а в зоне соединения секций индуктора происходит наибольшее увеличение температуры. В результате неравномерность будет от 1200 до 1090oC, что составляет примерно 9%. Этот факт скажется на качестве изделий.When alternating current flows through the "inductive" and "capacitive" sections of the inductor, the magnetic fields created by them are compensated in the connection zones of the sections of the inductor and a "dip" of specific power is formed. Due to the fact that with the proposed ratio of deepening, the maximum specific energy increases in the interval from the zone of connection of the inductor sections to the nearest end, respectively, and the temperature of the nearest end will be higher than with equal deepening. As a result of the transfer of heat from the warmer points of the emitter to the less heated, the end cools from about 1200 to 1090 o C, and in the zone of connection of the sections of the inductor there is the greatest increase in temperature. As a result, the unevenness will be from 1200 to 1090 o C, which is approximately 9%. This fact will affect the quality of products.
Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в лучшем, более полном использовании излучательной поверхности электромагнитного экрана, так как степень неравномерности нагрева снижается. На фиг. 3 видно, что без заглубления степень неравномерности 340oC, а учитывая, что излучательная способность пропорциональна четвертой степени температуры, можно считать, что эффективно работает только зона, где T>1500oC, - это часть экрана, равная примерно 0,625 длины экрана. При реализации указанного устройства "работает" вся длина экрана, так как перепад вдоль экрана примерно равен 20 - 50oC. На фиг. 4 штрихпунктирной линией показана и прогнозируемая кривая температурного поля в предлагаемом устройстве.The technical and economic effect of the proposed device consists in a better, more complete use of the radiating surface of the electromagnetic screen, since the degree of unevenness of heating is reduced. In FIG. Figure 3 shows that without deepening, the degree of unevenness is 340 o C, and taking into account that the emissivity is proportional to the fourth degree of temperature, we can assume that only the area where T> 1500 o C works effectively is the part of the screen that is approximately 0.625 of the screen length. When implementing the indicated device, the entire length of the screen “works”, since the difference along the screen is approximately 20 - 50 o C. In FIG. 4 a dash-dotted line shows the predicted curve of the temperature field in the proposed device.
Источники информации. Sources of information.
1. Системы управления с тиристорными преобразователями частоты для электротехнологий. / Шапиро С.В., Зинин Ю.М., Иванов А.В. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 168 с. 1. Control systems with thyristor frequency converters for electrical technologies. / Shapiro S.V., Zinin Yu.M., Ivanov A.V. - M .: Energoatomizdat, 1989 .-- 168 p.
2. Разработка и проектирование тиристорных источников питания. /Белкин А. К., Горбатков С.А., Гусев Ю.М., Шуляк А.А. - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 272 с. 2. Development and design of thyristor power supplies. / Belkin A.K., Gorbatkov S.A., Gusev Yu.M., Shulyak A.A. - M .: Energoatomizdat, 1994 .-- 272 p.
3. Зарипов М.Ф., Горбатков С.А. Элементы теории нелинейных электромагнитных систем с распределенными параметрами. - М.: Наука, 1979. - 225 с. 3. Zaripov M.F., Gorbatkov S.A. Elements of the theory of nonlinear electromagnetic systems with distributed parameters. - M .: Nauka, 1979. - 225 p.
4. А. С. (СССР) N 1170635, кл. H 05 B 6/36. Индукционная печь для нагрева плоских слитков. Опубл. 1985. 4. A. S. (USSR) N 1170635, class. H 05
5. А.С. (СССР) N 1390821, кл. H 05 B 6/36. Индукционная печь для нагрева плоских слитков. Опубл. 1988. 5. A.S. (USSR) N 1390821, class H 05
6. Горбатков С.А., Зарипов Р.А., Смоленков В.Ф., Файрузова Л.С. Расчет режимов индукционного нагрева штампов гибкими водоохлаждаемыми индукторами с гофрированной металлической оболочкой. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. N 1. - Новочеркаск: Политехнический институт, 1990, с. 95 - 100. 6. Gorbatkov S. A., Zaripov R. A., Smolenkov V. F., Fairuzova L. S. Calculation of modes of induction heating of dies by flexible water-cooled inductors with corrugated metal shell. // News of higher educational institutions. Electromechanics.
7. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. - Л. : Энергия, 1974. - 264 с. 7. Sukhotsky A.E., Ryskin S.E. Inductors for induction heating. - L.: Energy, 1974.- 264 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96113613A RU2113939C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Gear for indirect induction heating of powder articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96113613A RU2113939C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Gear for indirect induction heating of powder articles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2113939C1 true RU2113939C1 (en) | 1998-06-27 |
| RU96113613A RU96113613A (en) | 1998-09-10 |
Family
ID=20182867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96113613A RU2113939C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Gear for indirect induction heating of powder articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2113939C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171192U1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" | Installation for receiving products by impregnation of porous preforms |
| RU2799484C1 (en) * | 2022-03-14 | 2023-07-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Use of a two-frequency induction complex for heating steel ferromagnetic billets for plastic deformation |
-
1996
- 1996-06-26 RU RU96113613A patent/RU2113939C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171192U1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" | Installation for receiving products by impregnation of porous preforms |
| RU2799484C1 (en) * | 2022-03-14 | 2023-07-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Use of a two-frequency induction complex for heating steel ferromagnetic billets for plastic deformation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4755648A (en) | Cyclical, multiple frequency high-frequency induction heating apparatus | |
| CA2424051A1 (en) | Induction furnace with improved efficiency coil system | |
| Lupi et al. | Induction heating | |
| Geetha et al. | An overview of designing an induction heating system for domestic applications | |
| Lanin | High-frequency heating for soldering in electronics | |
| RU2113939C1 (en) | Gear for indirect induction heating of powder articles | |
| US20080142510A1 (en) | Heated transfer pipe | |
| EP3468301A1 (en) | Induction heating device | |
| WO2014088423A1 (en) | Apparatus and method for induction heating of magnetic materials | |
| US3483346A (en) | Inductor for surface hardening flanged elongate workpieces | |
| CN107716738A (en) | A kind of sensing heating levelling machine traveling heater | |
| JP2015043262A (en) | High-frequency induction heating device | |
| AU615283B2 (en) | Device for protecting the poles of inductors and inductors equipped with this device | |
| Lupi et al. | Principles of induction heating | |
| Unver et al. | Introduction of a novel design approach for tunnel-type induction furnace coil for aluminium billet heating | |
| Demidovich et al. | Numerical simulation of induction heating of steel plate products | |
| Koller et al. | Improving the energy efficiency of induction cooking 2 | |
| Yang et al. | Implementation of Low Frequency Welding Pre-heating System Using Induction Heating | |
| RU2799484C1 (en) | Use of a two-frequency induction complex for heating steel ferromagnetic billets for plastic deformation | |
| GB2010054A (en) | Electric cooker | |
| Dzliev et al. | Influence of magnetic steel induction heating power density on inductor resistance range | |
| RU2759171C1 (en) | Induction heating apparatus | |
| Ptitsyna et al. | Performance Indicators of Dark Infrared Radiators of Various Type | |
| CN203132340U (en) | High-power electromagnetic induction heating smelting furnace | |
| Chen et al. | Radio frequency heating coils for shock wave experiments |