RU2256304C2

RU2256304C2 - Induction installation for through heating of measured blanks

Info

Publication number: RU2256304C2
Application number: RU2003119843/09A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Головенко (RU); Е.А. Головенко; Е.С. Кинев (RU); Е.С. Кинев
Original assignee: Красноярский государственный технический университет (КГТУ)
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-07-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, namely electric heating apparatuses with active induction load, circuits for connecting with AC source, namely in modes for heating with constant surface temperature (accelerated heating), with power change according to special program (optimal heating modes), for gradient heating.

SUBSTANCE: installation provides possibility for flexible control of heating mode. Installation includes at least two sections of winding placed in butt one to other and connected mutually in parallel. Electric current linear load of said sections is controlled due to changing conditions of combined resonance for each section of winding separately by selecting resistance of capacitor batteries.

EFFECT: possibility for heating blanks at heating modes with different properties and parameters.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электротермическим устройствам с активно-индуктивной нагрузкой и схемам их подключения к источнику переменного напряжения, в частности может быть использовано при обеспечении режима методического нагрева с постоянной температурой поверхности (ускоренный нагрев), режима с изменением мощности по специальной программе (оптимальные режимы нагрева), а также режима градиентного нагрева.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to electrothermal devices with an active-inductive load and schemes for connecting them to an AC voltage source, in particular, can be used to provide a method of methodical heating with a constant surface temperature (accelerated heating), a mode with a change in power according to a special program (optimal heating modes), as well as gradient heating mode.

Известны индукционные установки для ускоренного методического нагрева перед обработкой давлением, в которых активная мощность, выделяемая в загрузке на начальном участке значительно больше, чем на последующих участках (Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева”. Л., Энергия, 1974). Это достигается неравномерным распределением линейной токовой нагрузки по длине индуктора за счет изменения ширины индуктирующего провода и шага намотки. Неравномерность токовой нагрузки используется также для создания оптимального режима нагрева. Изменение мощности, выделяемой в заготовке в процессе нагрева, позволяет добиться наименьшего перепада температуры по сечению заготовки в конце нагрева. Кроме того, подобным образом может быть обеспечено заданное неравномерное распределение температуры по длине слитка в конце нагрева, то есть режим градиентного нагрева.Known induction plants for accelerated methodical heating before pressure treatment, in which the active power released in the load in the initial section is much greater than in subsequent sections (Sukhotsky A.E., Ryskin S.E. Inductors for induction heating. "L., Energy, 1974). This is achieved by the uneven distribution of the linear current load along the length of the inductor by changing the width of the induction wire and the winding pitch. The unevenness of the current load is also used to create the optimal heating mode. Changing the power released in the workpiece during the heating process, allows to achieve the smallest temperature difference over the cross section of the workpiece at the end of heating. In addition, in a similar way, a predetermined non-uniform temperature distribution along the length of the ingot at the end of heating, i.e., a gradient heating mode, can be provided.

Недостатком описанных индукционных установок методического действия является отсутствие возможности регулирования режима нагрева. Поэтому они могут быть использованы только в серийном производстве для нагрева однотипных заготовок при условии жесткого соблюдения номинального режима работы. При перебоях в работе прессового оборудования приходится полностью освобождать индуктор от частично нагретых заготовок и начинать работу с запуска установки на новых, холодных заготовках. При этом все кроме последней заготовки являются балластными и не могут подвергаться обработке давлением.The disadvantage of the described induction installations of methodological action is the lack of the ability to control the heating mode. Therefore, they can only be used in serial production for heating the same type of workpieces subject to strict adherence to the nominal operating mode. In case of interruptions in the operation of the press equipment, it is necessary to completely free the inductor from partially heated billets and begin work by starting the installation on new, cold billets. Moreover, all but the last workpiece are ballast and cannot be subjected to pressure treatment.

Наиболее близким к заявленному устройству является индукционная установка для сквозного нагрева мерных заготовок, содержащая две или более расположенных встык секции обмотки, футеровку и по батарее конденсаторов на каждую секцию обмотки (Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. -Л.: Машиностроение, 1974). Неравномерное распределение линейной токовой нагрузки по длине установки осуществляется регулированием величины напряжения на каждой секции обмотки по отдельности.Closest to the claimed device is an induction installation for through-heating of dimensional billets, containing two or more end-to-end winding sections, a lining and a capacitor bank for each winding section (Shamov A.N., Bodazhkov V.A. Design and operation of high-frequency installations. -L.: Engineering, 1974). The uneven distribution of the linear current load along the installation length is carried out by regulating the voltage on each section of the winding separately.

Основными недостатками такого устройства являются:The main disadvantages of such a device are:

1. Значительно усложняется управление режимом нагрева и его стабилизация при колебаниях напряжения сети. Для этого используют автотрансформаторы или тиристорные регуляторы для каждой секции обмотки индуктора по отдельности.1. Significantly complicated control of the heating mode and its stabilization during voltage fluctuations. For this, autotransformers or thyristor regulators are used for each section of the inductor winding separately.

2. Соседние секции обмотки индукционной установки находятся в неодинаковых условиях по отношению друг к другу из-за различной степени нагрева загрузки по длине, поэтому токи в них различаются не только по величине, но и по фазе. В результате на стыке секций обмотки магнитное поле размагничивается и возникает провал удельной мощности в загрузке в зоне стыка. Кроме того, увеличивается взаимная индуктивность соседних секций, что приводит к эффекту переноса мощности между ними.2. The adjacent winding sections of the induction installation are in different conditions with respect to each other due to the varying degree of heating of the load in length, therefore, the currents in them differ not only in magnitude, but also in phase. As a result, at the junction of the winding sections, the magnetic field is demagnetized and a specific power failure occurs in the load in the joint zone. In addition, the mutual inductance of adjacent sections increases, which leads to the effect of power transfer between them.

В основу изобретения положена задача создания индукционной установки для сквозного нагрева заготовок, которая может обеспечить возможность гибкого регулирования режима нагрева и при этом позволяет сократить вредное влияние эффекта провала мощности на стыке секций обмотки и эффекта переноса мощности между соседними секциями обмотки.The basis of the invention is the creation of an induction installation for through heating of billets, which can provide flexible control of the heating mode and at the same time reduces the harmful effect of the power dip at the junction of the winding sections and the effect of power transfer between adjacent sections of the winding.

Поставленная задача решается тем, что в индукционной установке для сквозного нагрева мерных заготовок, содержащей две или более расположенных встык секций обмотки, футеровку и по батарее конденсаторов на каждую секцию обмотки, согласно изобретению каждая батарея конденсаторов состоит из трех частей, первая из которых включена последовательно с секцией обмотки, вторая часть батареи конденсаторов соединена параллельно с включенными последовательно первой частью батареи конденсаторов и секцией обмотки, третья часть батареи конденсаторов подключена последовательно к последовательно-параллельному контуру из первых двух частей батареи конденсаторов и секции обмотки, при этом все секции обмотки с соответствующими им батареями конденсаторов включены параллельно к источнику переменного напряжения, а сопротивления частей батарей конденсаторов подобраны так, чтобы фазы токов в секциях обмотки совпадали.The problem is solved in that in an induction installation for through-heating measured billets containing two or more end-to-end winding sections, a lining and a capacitor bank for each winding section, according to the invention, each capacitor bank consists of three parts, the first of which is connected in series with winding section, the second part of the capacitor bank is connected in parallel with the first part of the capacitor bank and the winding section connected in series, the third part of the capacitor bank s is connected in series to a series-parallel circuit of the first two parts of the capacitor bank and the winding section, while all winding sections with their corresponding capacitor banks are connected in parallel to the AC voltage source, and the resistance of the capacitor bank parts is selected so that the phases of the currents in the winding sections coincide .

На фиг.1 представлен эскиз индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок со схемой подключения секций к источнику переменного напряжения; на фиг.2 - электрическая схема замещения индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок; на фиг.3 - векторная диаграмма токов и напряжений индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок.Figure 1 presents a sketch of an induction installation for through heating of dimensional blanks with a circuit for connecting sections to an AC voltage source; figure 2 - electrical equivalent circuit of the induction installation of through heating of dimensional blanks; figure 3 is a vector diagram of the currents and voltages of the induction installation of through heating of dimensional blanks.

Индукционная установка сквозного нагрева мерных заготовок содержащая футеровку 1, N секций обмотки 2 и N батарей конденсаторов, каждая из которых разбита на три части 3, 4, 5. Первая часть 3 каждой из батарей конденсаторов включена последовательно с соответствующей ей секцией обмотки 2, вторая часть 4 каждой из батарей конденсаторов соединена параллельно с включенными последовательно первой частью 3 батареи конденсаторов и секцией обмотки 2, третья часть 5 каждой из батарей конденсаторов подключена последовательно к последовательно-параллельному контуру из первых двух частей 3 и 4 батареи конденсаторов и секции обмотки 2. Внутри индукционной установки размещена загрузка 6 в виде расположенных друг за другом мерных заготовок.An induction installation for through heating of dimensional billets comprising a lining 1, N sections of winding 2 and N capacitor banks, each of which is divided into three parts 3, 4, 5. The first part 3 of each of the capacitor banks is connected in series with the corresponding section of the winding 2, the second part 4 of each of the capacitor banks is connected in parallel with the first part 3 of the capacitor banks and the winding section 2 connected in series, the third part 5 of each of the capacitor banks is connected in series to parallel-parallel a new circuit of the first two parts 3 and 4 of the capacitor bank and the winding section 2. Inside the induction installation, load 6 is placed in the form of one-dimensional measured blanks.

При подаче переменного напряжения U к узлам а и b (фиг.2) в элементах установки возникают переменные электрические токи. На фиг.1 показано направление движения загрузки 6 внутри индуктора (слева направо). Перемещение загрузки осуществляется на расстояние, равное длине мерной заготовки, через промежутки времени, равные темпу выдачи заготовок. После выхода индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок на номинальный режим работы температура загрузки распределена неравномерно по длине и увеличивается слева направо. Поэтому сопротивления секций обмотки неодинаковы r_2,1<r_2,2<...<r_2,N,x_2,1<x_2,2<...<x_2,N. При этом сопротивления частей батарей конденсаторов x_3,1, x_3,2,..., x_3,N, х_4,1, x_4,2,..., x_4,N, x_5,1, x_5,2,..., X_5,N (см. фиг.2) подобраны так, чтобы напряжения на секциях обмотки

были такими, что, несмотря на различные условия работы параллельных секций обмотки, фазы токов в них совпадали, а величины токов соответствовали заданному режиму нагрева. Отсутствие сдвига фаз токов в соседних секциях обмотки обеспечит их минимальное влияние друг на друга и уменьшение вредного влияния эффекта провала мощности на их стыке.When applying an alternating voltage U to the nodes a and b (figure 2) in the installation elements there are alternating electric currents. Figure 1 shows the direction of movement of the load 6 inside the inductor (from left to right). The movement of the load is carried out at a distance equal to the length of the measured workpiece, at intervals equal to the rate of delivery of the workpieces. After the induction installation of through heating of dimensional billets reaches the nominal operating mode, the loading temperature is unevenly distributed along the length and increases from left to right. Therefore, the resistance of the winding sections is not the same r _2.1 <r _2.2 <... <r _{2, N} , x _2.1 <x _2.2 <... <x _{2, N.} In this case, the resistance of the parts of the capacitor banks x _3.1 , x _3.2 , ..., x _{3, N} , x _4.1 , x _4.2 , ..., x _{4, N} , x _5.1 , x _5.2 , ..., X _{5, N} (see figure 2) are selected so that the voltage on the sections of the winding

were such that, despite the different operating conditions of the parallel sections of the winding, the phases of the currents in them coincided, and the currents corresponded to a given heating mode. The absence of a phase shift of the currents in adjacent sections of the winding will ensure their minimal effect on each other and reduce the harmful effects of the power failure effect at their junction.

На фиг.3 показан пример векторной диаграммы токов и напряжений для индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок с тремя расположенными в стык секциями обмотки (N=3). Пусть для обеспечения заданного режима работы индукционной установки сквозного нагрева мерных заготовок токи в секциях обмотки 2₁ и 2₂ должны быть равны между собой и превышать в два раза ток в секции обмотки 2_N. Кроме того, как отмечалось выше, сопротивления секций обмотки неодинаковы r_2,1<r_2,2<r_2,N,x_2,1<x_2,2<x_2,N. Сопротивления частей батарей конденсаторов подобраны так, что фазы токов

в секциях обмотки совпадали, а фазы токов

совпадали между собой и с фазой напряжения

что свидетельствует о полной компенсации реактивной мощности во всех колебательных контурах, состоящих из секций обмотки 2 и соответствующих им батарей конденсаторов. Режим нагрева может быть изменен путем регулирования величины токов в секциях обмотки за счет изменения сопротивлений частей 3, 4, 5 батарей конденсаторов.Figure 3 shows an example of a vector diagram of currents and voltages for an induction installation of through heating of dimensional workpieces with three winding sections located in the joint (N = 3). Let to ensure a given operating mode of an induction installation for through-heating of dimensional billets, the currents in the

winding sections

2 ₁ and 2 ₂ must be equal to each other and twice as high as the current in the winding section 2 _N. In addition, as noted above, the resistance of the winding sections is not the same r _2.1 <r _2.2 <r _{2, N} , x _2.1 <x _2.2 <x _{2, N.} The resistances of the parts of the capacitor banks are selected so that the phases of the currents

in sections of the winding coincided, and the phases of the currents

coincided with each other and with the phase of the voltage

which indicates complete compensation of reactive power in all oscillatory circuits, consisting of sections of the winding 2 and the corresponding capacitor banks. The heating mode can be changed by adjusting the magnitude of the currents in the winding sections by changing the resistances of parts 3, 4, 5 of the capacitor banks.

Предлагаемая индукционная установка сквозного нагрева мерных заготовок имеет следующие преимущества перед известными:The proposed induction installation for through heating of dimensional blanks has the following advantages over the known:

1. Она позволяет осуществлять более гибкое управление режимом нагрева.1. It allows for more flexible control of the heating mode.

2. Уменьшается взаимная индуктивность секций обмотки и влияние эффекта переноса мощности между ними.2. The mutual inductance of the winding sections and the effect of the power transfer effect between them are reduced.

Claims

An induction installation for through heating of measured billets, comprising two or more winding sections located in the joint, a lining and a capacitor bank for each winding section, characterized in that each capacitor bank consists of three parts, the first of which is connected in series with the winding section, the second a part of the capacitor bank is connected in parallel with the first part of the capacitor bank and the winding section connected in series, the third part of the capacitor bank is connected in series to after ovatelno-parallel circuit of the first two parts of the battery and the capacitor winding sections, with all winding sections with their corresponding capacitor banks connected in parallel to an AC voltage source, and the resistance of the condenser battery matched so that the currents in the phase windings of the sections coincide.