SU1246419A1 - Методическа индукционна нагревательна установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электротермии дл  индукционного нагрева. Цель изобретени  - повышение точности поддержани  средней температуры заготовок. Нагревательна  установка содержит индуктор 1 с футеровкой 2, в котором наход тс  нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к источнику питани  4 через датчик тока 5, Датчики темпера- тзфы 6 и 7 измер ют соответственно температуру поверхности выходной заготовки 3 и температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика тока 5 через квадратор 9 и апериодическое звено 10 соединен с инверсным входом сумматора: 8, выходом соединенного с пр мым входом сумматора 12. ; Выход сумматора 12 через блок 11 не- линейности соединен с входом источ

Description

12

ника питани  4. Выход датчика температуры 6 соединен с вторым пр мым входом сумматора 13. Вькод датчика температуры 7 соединен с первым пр мым ВХОДОМ1сумматора 14. Вторые входы сумматоров 13, 14 объединены и подключены к задатчику 15 опорного напр жени . Дыходы сумматоров 14, 13 через соответствзпощие квадраторы 17- 20 подключены к входам сумматора 16, выходом соединенного через апериодическое звено 21 с вторым входом сум

Изобретение относитс  к.электротермии и может быть применено в металлургии , автомобильной промышленности и других отрасл х, использую- пщх индукционный нагрев.

Цель изобретени  - повышение точности поддержани  средней температуры заготовок.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема установки; на фиг-. 2 - внешн   характеристика блока нелинейности по температуре на фиг. 3 - вариант вьшолнени  блока нелинейности по температуре , на фиг. 4 - вариг ант реализации апериодического звена

В индукторе 1 с футеровкой 2 наход тс  нагреваемые заготовки 3. Индуктор 1 подключен к силовым выходам источника 4 питани  через датчик 5 тока. Датчик 6 температуры, в качестве которого может примен тьс  фото- пирометр, измер ет температуру поверхности выходной заготовки 3, а датчик 7 темйературы, в качестве ко- торого может использоватьс  термопара , измер ет температуру внутренней поверхности футеровки на выходной позиции индуктора. Выход датчика 5 тока подключен к инверсному входу, первого сумматора 8 через последовательно соединенные квадратор 9 и первое апериодическое звено 10. Выход сумматора 8 подключен к входу блока 11 нелинейности через первый пр мой вход второго сумматора 12, а выход блока 11 нелинейности подключен к управл ющему входу источника 4 питани . Выход датчика 6 температуры под

матора 8. Введение сумматоров 13, 14, 16, апериодического звена 21 и . квадраторов 17-20 обеспечивает по- вьшение точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы , т.к. превышение средней температуры заготовки ее максимально допустимого значени  исключаетс  за « счет падающего участка характеристики блока 11 нелинейности по температуре при средней температуре заготовки выше заданной. 4 ил.

ключен к второму пр мому входу тора 12 и к первому пр мому входу третьего сумматора 13. Выход датчика 7 температуры подключен к первому. пр мому входу четвертого сумматора 14. К вторым пр мым входам сумматорав

13и 14 подключен .выход задатчика 15 опорного напр жени . Выход сумматора 13 подключен к пр мому входу

п того сумматора 16 через последова- телЬно соединенные второй 17 и третий 10 квадраторы. Выход сумматора

14подключен к инверсному входу сумматора 16 через последовательно соединЁнные четвертый 19 и п тый 20 квадраторы. Выход сумматора 16 подключен к пр мому входу сумматора 8 через второе апериодическое звено 21, .выполненное на базе операционного

.усилител  22 (фиг. 4).

Квадраторы 9 и 17-20 могУт быть реализованы на базе аналогового перемножител  сигналов в интегральном

исполнении (например, К 525 ПС 2).

Блок 11 нелинейности по температуре может быть выполнен (фиг. 3) на операционных усилител х 23-25. На усилител х 23 и 25 реализованы прецизионные однополупериодные выпр мители с сумматорами на входе, на операционном усилителе 24 реализован сумматор.

.Апериодическое звено 10 может быть реализовано на базе операцион- ;ного усилител  22 по схеме, приведенной на фиг. 4.

Задатчик 15 опорного напр жени  |может быть выполнен на базе источника опорного напр жени .

Температура поверхности и средн   температура заготовки св зана зависимостью

Т S(m,1, +

X RI S(co, 1,t),

где

P« q« R

температура поверхности и средн   температура заготовки; удельна  активна  мощность на поверхности заготовки;

удельна  мощно.сть тепловых потерь с поверхности заготовки; - радиус заготовки; Л - удельна  теплопроводность материала заготовки , S(m, ,) - функци  времени, учитывающа  распределение внутренних источников тепла по сечению заготовки (га - относительный радиус заготовки, А - глубина проникновени  тока в . материал загрузки r/R- относительна  координата точки сечени  заготовки, дл  точек поверхности 1,

л Sit..

I - - критерий

Фурье, с - температуропроводность материала загрузки, t - абсолютное врем ).

Сигнал по температуре поверхности может быть преобразован в сигнал по средней температуре в соответствии с указанной формулой аналоговыми звень ми. Функци  S(m, 1, t ) предс- ставл ет собой монотонно возрастающую функцию времени, стрем щуюс  к установившемус  значению S(m, 1,), данна  функци  может быть аппроксимирована выражением

f(t) S(m, ,«)( 1 .

Подобна  аппроксимаци  позвол ет pea хшзовать функцию S(ra, 1, t ) одним апериодическим звеном с посто нной времени t.

Удельна  мощность по поверхности заготовки пропорциональна квадрату тока индуктора. Следовательно, сигнал по току индуктора можно преобра- 5 зовать в сигнал по мощности с помощью квадратора.

Удельна  мощность тепловых потерь с поверхности заготовки зависит от температуры ее поверхности и темпера10 туры внутренней поверхности футеровки , В стационарном режиме работы нагревател  удельную мощность тепловых потерь с поверхности выходной заготовки можно с достаточной степенью

5 точности считать посто нной. Однако часто в силу особенностей производства нагревательна  установка значительную часть времени работает в нестационарном режиме, которые характе0 ризуютс  широкими колебани ми температурного режима установки, В этом случае допущение о посто нстве тепловых потерь приводит к ошибке в определении средней температуры,

5 Удельна  мощность тепловых потерь с поверхности заготовки св зана с .температурой ее поверхности Т и температурой внутренней поверхности футеровки Тф вьфажением

0 q k(T ч- 273) - (Т + 273,

Указанна  св зь может быть реализована аналоговыми звень ми.

Установка работает следующим об- 1 разом.

Сигнал с датчика 5 тока индуктора :преобразуетс  в квадраторе 9 в сигнал , пропорциональный удельной активной мощности на поверхности заготой0 ки, который поступает на вход апериодического звена 10, Сигнал с выхода датчика 6 температуры складываетс  с сигналом с выхода задатчика 15 . опорного напр жени  в сумматоре 14,

5 с выхода которого сигнал поступает на вход квадратора 19, далее с его выхода - на вход квадратора 20, Сиг- , нал с выхода датчика 7 температуры складываетс  с сигналом с выхода за0 сдатчика 15 опорного напр жени  в сумр маторе 13, с выхода которого сигнал поступает на вход квадратора 17 и с его выхода - на вход квадратора 18, Затем из него вычитаетс  в суммато5 .ре 16 сигнал с выхода квадратора 20, Сигнал с выхода сумматора 16, пропорциональный удельной мощности тепловых потерь с поверхности выходной

заготовки, поступает на вход апериодического звена 21. Сигнал с выхода апериодического звена 10 вычитаетс  в сумматоре 8 из сигнала с выхода апериодического звена 21. Выходной сигнал сумматора 8 складываетс  в сумматоре 12 с сигналом датчика 6 температуры и поступает на управл ющий вход источника 4 питани  через блок 11 нелинейности по температуре. Превышение средней температуры заготовки ее максимально Допустимого значени  исключаетс  з.а счет падающего участка характеристики блока 11 нелинейности по температуре при средней температуре заготовки выше заданной.

Входные и выходные сигналы отмечены Ugy.

Установка позвол ет повысить качество нагрева заготовок цутем по- вьшени  точности стабилизации средней температуры во всех режимах работы . По результатам математического моделировани  точность поддержани  средней температуры заготовок в нестационарных режимах в предпагаемой установке по сравнению с известной повышаетс  на 30%,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Методическа  индукционна  нагревательна  установка, содержаща  футерованный индуктор, подключенный к источнику питани , даттак тока индукора , выход которого через квадратор апериодическое звено соединен с нверсным входом первого сумматора, св занного выходом с первым пр мым входом второго сумматора, второй пр мой вход которого соединен с датчиком температуры выход щей из индуктора заготовки, а выход через блок нелинейности по температуре с падающей характеристикой - с управл юпц1м входом источника питани , и задатчик опорного напр   ени , отличающа с  тем, что, с целью повыше- ни  точности поддержани  средней температуры заготовки, установка дополнительно снабжена трем  сумматорами , четырьм  квадраторами, вторым апериодическим звеном и датчиком температуры внутренней поверхности футеровки, выход датчика температуры заготовки и выход датчика температуры футеровки подключены соответствен- но к первым пр мым входам третьего и четвертого сумматоров, вторые пр - мые входы которых св заны с выходом задатчика опорного напр жени , выход третьего сумматора через последовательно включенные второй и третий квадраторы подключен к пр мому входу п того сумматора, а выход четвертого сумматора через последовательно вклю- ченные четвертый и п тый квадраторы - к инверсному входу п того1сум- матора, соединенного выходом через второе апериодическое звено с пр мым входом первого сумматора.

   Фи2.2.

   аВц

   fi&

   8.3

   Редактор A.Пушкина

   Составитель О.Турпак

   Техред М.Ходанич Корректор /1,Шекмар

   Заказ 4026/58 . . Тираж 765. . Подписное ВНИИПЙ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, аушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4