RU45220U1

RU45220U1 - THROUGH HEAT INDUCTION INSTALLATION

Info

Publication number: RU45220U1
Application number: RU2004135052/22U
Authority: RU
Inventors: Е.А. Головенко; Е.В. Кузнецов; Е.С. Кинев; В.В. Ковальский; Д.В. Хохлов
Original assignee: Красноярский государственный технический университет (КГТУ)
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2005-04-27

Abstract

Заявляемое техническое решение 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 claimed technical solution 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 power according to a special program (optimal heating modes), as well as gradient heating mode.

До сих пор специальные режимы сквозного нагрева реализовывались за счет неравномерного распределения удельной мощности по длине многовиткового индуктора за счет неравномерного шага намотки многовиткового индуктора. Недостатком подобных индукционных установок является отсутствие возможности регулирования режима нагрева. Обычно шаг намотки индуктора меняется ступенчато. Число ступеней не превышает четырех, а наиболее часто ограничиваются тремя, в некоторых случаях двумя ступенями. Поэтому, они могут быть использованы только в серийном производстве для нагрева однотипных заготовок при условии жесткого соблюдения номинального режима работы.Until now, special modes of through heating have been realized due to the uneven distribution of specific power along the length of the multi-turn inductor due to the uneven step of winding the multi-turn inductor. The disadvantage of such induction plants is the inability to control the heating mode. Typically, the winding pitch of the inductor changes in steps. The number of steps does not exceed four, and most often are limited to three, in some cases, two steps. 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.

В предлагаемом техническом решении предложено решение задачи создания индукционной установки сквозного нагрева, которая обеспечит неравномерность распределения удельной мощности, передаваемой в загрузку в течение цикла нагрева и при этом позволит регулировать распределение удельной мощности в зависимости от заданного режима нагрева и параметров загрузки. Это реализуется путем создания дополнительных резонансных контуров, что позволяет перераспределить величину удельной мощности по длине индукционной установки.The proposed technical solution proposes a solution to the problem of creating an end-to-end induction heating installation, which will provide an uneven distribution of the specific power transmitted to the load during the heating cycle, and at the same time, it will be possible to adjust the distribution of the specific power depending on the given heating mode and loading parameters. This is realized by creating additional resonant circuits, which allows you to redistribute the value of specific power along the length of the induction installation.

Description

Известны индукционные установки для ускоренного методическою 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 ступенчатого изменения ширины индуктирующего провода и шага намотки. Таким образом обеспечивается быстрый нагрев поверхностного слоя загрузки до заданной конечной температуры. Значительный перепад температуры и, соответственно, большой тепловой поток между поверхностью и центром загрузки способствует быстрому прогреву ее внутренних слоев. После продвижения загрузки в индукторе в последующих позициях подводимая к ней мощность снижается таким образом, чтобы температура поверхности оставалась постоянной и равной конечной величине. Таким образом удается значительно сократить время нагрева загрузки до конечной температуры при заданном перепаде температур между поверхностью и центром.Induction plants are known 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 due to the stepwise change in the width of the induction wire and the winding pitch. This ensures rapid heating of the surface layer of the load to a given final temperature. A significant temperature difference and, accordingly, a large heat flux between the surface and the loading center contributes to the rapid heating of its inner layers. After the charge is advanced in the inductor in subsequent positions, the power supplied to it is reduced so that the surface temperature remains constant and equal to the final value. Thus, it is possible to significantly reduce the heating time of the load to a final temperature at a given temperature difference between the surface and the center.

Неравномерность токовой нагрузки используется также для создания оптимального режима нагрева. Изменение мощности, выделяемой в заготовке в процессе нагрева, позволяет добиться наименьшего перепада The unevenness of the current load is also used to create the optimal heating mode. Changing the power released in the workpiece during heating, allows to achieve the smallest difference

температуры по сечению заготовки в конце нагрева. Кроме того, подобным образом может быть обеспечено заданное технологическими требованиями неравномерное распределение температуры по длине слитка в конце нагрева, то есть режим градиентного нагрева.temperature over the cross section of the workpiece at the end of heating. In addition, in a similar way, an uneven temperature distribution along the length of the ingot at the end of heating, that is, a gradient heating mode, can be achieved, specified by the technological requirements.

Недостатком описанных индукционных установок является отсутствие возможности регулирования режима нагрева. Обычно шаг намотки индуктора меняется ступенчато. Число ступеней не превышает четырех, а наиболее часто ограничиваются тремя, в некоторых случаях двумя ступенями. Поэтому, они могут быть использованы только в серийном производстве для нагрева однотипных заготовок при условии жесткого соблюдения номинального режима работы.A disadvantage of the described induction plants is the inability to control the heating mode. Typically, the winding pitch of the inductor changes in steps. The number of steps does not exceed four, and most often are limited to three, in some cases, two steps. 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.

Наиболее близкой к заявленному устройству является индукционная установка сквозного нагрева, содержащая колебательный контур, образованный параллельно включенными конденсаторной батареей и многовитковым индуктором с равномерно распределенными по длине витками (Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. Изд. 2-е, доп. И перераб. Л., «Машиностроение», 1974). Основным преимуществом такой конструкции является то, что она может быть использована для нагрева заготовок, близких по диаметру, но самых разнообразных по длине. Однако эта конструкция индукционной установки сквозного нагрева не позволяет реализовать режимы нагрева, которые обычно осуществляются за счет непостоянной удельной мощности, передаваемой в загрузку в течение цикла нагрева, чего можно добиться при неравномерной плотности витков по длине индуктора (количество витков на единицу длины).Closest to the claimed device is an induction installation of through heating, containing an oscillating circuit formed in parallel by a capacitor bank and a multi-turn inductor with coils uniformly distributed along the length (Shamov A.N., Bodazhkov V.A. Design and operation of high-frequency installations. Edition. 2 -th, add. And revised L., "Engineering", 1974). The main advantage of this design is that it can be used to heat workpieces that are close in diameter but most diverse in length. However, this design of the end-to-end induction heating installation does not allow the heating modes to be realized, which are usually carried out due to the inconsistent specific power transmitted to the load during the heating cycle, which can be achieved with an uneven density of turns along the length of the inductor (number of turns per unit length).

В основу технического решения положена задача создания индукционной установки сквозного нагрева, которая обеспечит неравномерность распределения удельной мощности, передаваемой в загрузку в течение цикла нагрева и при этом позволит регулировать The technical solution is based on the task of creating an induction installation of through heating, which will ensure uneven distribution of the specific power transmitted to the load during the heating cycle and at the same time allow to regulate

распределение удельной мощности в зависимости от заданного режима нагрева и параметров загрузки.power density distribution depending on a given heating mode and loading parameters.

Поставленная задача решается тем, что индукционная установка сквозного нагрева, содержащая колебательный контур, образованный батареей конденсаторов и многовитковым индуктором с равномерно распределенными по длине витками, согласно изобретению, многовитковый индуктор разбит на несколько ступеней, ограниченных выполненными по всей длине многовиткового индуктора электрических выводов, параллельно к электрическим выводам на входе (выходе) многовиткового индуктора и электрическому выводу на выходе (входе) каждой из ступеней включены части батареи конденсаторов, при этом длина ступеней и емкость соответствующих частей батарей конденсаторов подобраны так, чтобы обеспечить заданное ступенчатое увеличение (уменьшение) удельной мощности по длине многовиткового индуктора.The problem is solved in that the induction installation of through heating, containing an oscillatory circuit formed by a capacitor bank and a multi-turn inductor with coils uniformly distributed along the length, according to the invention, the multi-turn inductor is divided into several steps, limited along the entire length of the multi-turn inductor of the electrical leads, parallel to the electrical terminals at the input (output) of the multi-turn inductor and the electrical terminal at the output (input) of each of the stages are included Asti capacitor bank, wherein the length of the steps and capacity of the respective parts capacitor banks are selected so as to provide a predetermined stepwise increase (decrease) of power density along the length of multiturn inductor.

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

Индукционная установка сквозного нагрева содержит многовитковый индуктор 1 с равномерно распределенными по его длине витками (фиг.1). Многовитковый индуктор 1 разбит на несколько ступеней, ограниченных выполненными по всей его длине электрическими выводами 2. В рассматриваемом случае многовитковый индуктор является трехступенчатым 1, 1'', 1'', так как этот случай встречается наиболее часто. Однако число ступеней может быть любым и выбирается исходя из требований технологии нагрева загрузки. К электрическому выводу 2 на выходе многовиткового индуктора 1 и электрическим выводам 2 на входе каждой из ступеней многовиткового индуктора включены части батарей The induction installation of through heating contains a multi-coil inductor 1 with coils evenly distributed along its length (Fig. 1). The multi-turn inductor 1 is divided into several stages, limited by the electrical leads made over its entire length 2. In this case, the multi-turn inductor is a three-stage 1, 1 '', 1 '', since this case is most common. However, the number of steps can be any and is selected based on the requirements of the loading heating technology. Battery parts 2 are connected to the electrical terminal 2 at the output of the multi-turn inductor 1 and the electrical terminals 2 at the input of each of the stages of the multi-turn inductor

конденсаторов 3', 3'', 3''' с емкостными сопротивлениями частей батареи конденсаторов x₃', x₃'', х₃''' (фиг.2). Внутри индуктора находится загрузка 4.capacitors 3 ', 3'',3''' with capacitances of the parts of the battery of capacitors x ₃ ', x ₃ '', x ₃ ''' (figure 2). Inside the inductor is load 4.

При подаче на электрические выводы 2 на входе и выходе многовиткового индуктора 1 переменного напряжения в элементах индукционной установки сквозного нагрева возникают переменные электрические токи. В рассматриваемом случае предполагается, что активные сопротивления секций (r₁', r₁'', r'₁''} значительно меньше реактивных сопротивлений (х₁', х₁'',x₁'''). Величина сопротивлений частей батареи конденсаторов х₃', х₃'', х₃''' такие, что величина тока в каждой последующей секции многовиткового индуктора складывалась из тока в предыдущей секции и тока части батареи конденсаторов, включенной параллельно к электрическому выводу между рассматриваемыми секциями и электрическому выводу на выходе многовиткового индуктора (I₁'''=I₁''+(I_c'''), I₁''=I₁'+(-I_с''), I₁'=I+(-I_с')). Таким образом, как видно из векторной диаграммы на фиг.3 I₁''>I₁''>I₁'. Это значит, что в загрузке 4 по длине наблюдается неравномерное ступенчатое распределение удельной мощности, что позволяет обеспечить специальные технологические режимы сквозного нагрева. Кроме того, одна и та же конструкция индукционной установки сквозного нагрева может обеспечивать разнообразные технологические требования к режиму нагрева, потому что позволяет изменить число секций, их длины и емкости частей батареи конденсаторов.When applying to the electrical terminals 2 at the input and output of the multi-turn inductor 1 of an alternating voltage in the elements of the induction installation of through heating, alternating electric currents arise. In the case under consideration, it is assumed that the active resistances of the sections (r ₁ ', r ₁ '',r' ₁ ''} are much less than the reactance (x ₁ ', x ₁ '', x ₁ '''). capacitors x ₃ ', x ₃ '', x ₃ ''' such that the magnitude of the current in each subsequent section of the multi-turn inductor was the sum of the current in the previous section and the current of the part of the capacitor bank connected in parallel to the electrical terminal between the sections and the electrical terminal multi-turn inductor output (I ₁ '''= I ₁ ''+ (I _c '''), I ₁ '' = I ₁ '+ (- I _s '') , I ₁ '= I + (- I _s ')). Thus, as can be seen from the vector diagram in figure 3 I ₁ ''> I ₁ ''> I ₁ '. This means that in the load 4 in length is observed uneven stepwise distribution of specific power, which allows for special technological modes of through heating.In addition, the same design of an induction through heating system can provide various technological requirements for the heating mode, because it allows you to change the number of sections, their length and capacity of the parts of the capacitor bank .

Claims

The through-heating induction installation, comprising an oscillatory circuit formed by a capacitor bank and a multi-turn inductor with coils uniformly distributed along the length, characterized in that the multi-coil inductor is divided into several steps, parallel to each of which, through the electrical terminals made along the entire length of the multi-turn inductor, are included parts of the capacitor bank, while the lengths of the steps and the capacitance of the parts of the capacitor bank connected in parallel to them are selected so as to ensure Noe stepwise uneven power density distribution along the length of multiturn inductor.