Система индукционного нагрева трубных заготовок и формирование эффективных режимов ее работы

• Автор: Петров, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 203 с. : ил.

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
1.1. Характеристики установок для индукционного нагрева трубных заготовок в технологических линиях производства бесшовных труб
1.1.1. Технологический процесс изготовления бесшовных труб
1.1.2. Статистический и спектральный анализ продольного распределения температуры нагрева трубных заготовок
1.1.3. Передаточная функция по температуре нагрева системы «индуктор-быстродвижущаяся труба - генератор»
1.2. Особенности конструкций и режимов работы нагревателя
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА НА ОСНОВЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ
2.1. Модели электромагнитных процессов (электромагнитные модели)
2.1.1. Модель на основе Т-образной схемы замещения (классическая)
2.1.2. Модель на основе Я-Я-четырехполюсников
2.1.3. Модель на основе детализированных схем замещения
22. Модель тепловых процессов (тепловая модель)
2.2.1. Тепловая модель многослойной неподвижной трубы
2.2.2. Тепловая модель двухслойной неподвижной трубы
2.2.3. Тепловая модель двухслойной движущейся трубы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ НАГРЕВА ТРУБЫ
3.1. Распределение электромагнитных величин по длине и толщине стенки трубы
3.1.1. Исследование магнитной трубы
3.1.2. Исследование немагнитной трубы (сталь выше точки Кюри)
3.2. Моделирование нагрева неподвижной трубы
3.3. Моделирование нагрева движущейся двухслойной трубы
3.4. Исследование нагрева при изменении температуры трубы на входе первого индуктора и мощностей индукторов (в двухиндукторной системе)
3.5. Передаточные функции системы «индуктор - труба»
3.6. К оценке возможностей регулирования температуры трубы с помощью короткого индуктора
3.7. К оценке влияния исполнения обмотки индуктора
4. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК В ИНДУКЦИОННОЙ ПРОХОДНОЙ ПЕЧИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
4.1. Принципы построения систем электропитания и выбор типа полупроводникового преобразователя частоты для ИПП
4.2. Анализ электромагнитных процессов АИР с ДВТ
4.3. Расчет характеристик АИР с ДВТ при работе на нагрузочный колебательный контур
4.4. Принципы построения системы управления АИР с ДВТ и алгоритмов ее работы
4.4.1. Система управления АИР с ДВТ с независимым управлением
4.4.2. Система управления АИР с ДВТ с самовозбуждением
4.5. Моделирование динамических процессов нагрева трубных заготовок в системе «ТПЧ -индуктор - быстродвижущаяся труба» в среде Simulink
4.6. Промышленное внедрение системы индукционного нагрева трубных заготовок и реализация принципов эффективного управления их нагревом
4.6.1. Разработка тиристорного преобразователя частоты 1000 кВт, 2,4 кГц на основе АИР с ДВТ
4.6.2. Компьютерная информационно-управляющая система управления нагревом
4.6.3. Алгоритмы работы САРТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность работы. В настоящее время в металлургической промышленности широкое применение находят высокоинтенсивные системы индукционного нагрева движущихся с высокой скоростью длинномерных трубных заготовок. Эти системы чаще всего состоят из нескольких последовательно расположенных индукторов, внутри которых перемещается заготовка, а также высокочастотных полупроводниковых источников питания. Автоматическое управление мощностью индукторов в зонах нагрева и термостатирования должно обеспечивать достижение заготовкой заданной температуры даже при существенной неравномерности температур на входе в линию нагрева. С учетом сказанного, проблема создания эффективной системы индукционного электронагрева трубных заготовок, а также связанная с этим задача разработки средств математического моделирования динамических режимов ее работы, являются безусловно актуальными.
Цель работы состоит в разработке элементов высокоинтенсивной системы индукционного нагрева трубных заготовок и формировании эффективных режимов ее работы.
Достижение данной цели предполагает решение следующих задач:
- анализ характеристик установок для индукционного нагрева трубных заготовок в технологических линиях производства бесшовных труб;
- создание математической модели и компьютерной методики исследования динамических режимов работы системы электронагрева трубной заготовки;
- разработка полупроводникового источника питания индукторов;
- формирование эффективных режимов работы системы электронагрева за счет регулирования мощности индукторов.
Методы исследования. Исследование электромагнитных и тепловых процессов в элементах системы индукционного нагрева трубной заготовки проводилось методами теории цепей на основе детализированных электрических,

РЛ :=
Рог х г !.. (2-Окр т 0)
РЛх <- 2-Рл! -г И: т Рлх X х < дкр
РЛ}. х <- 2-Рлх т Рлх - Р,а ІР Qkp < х < (дкр -т д)
ш «- :-Рлх - Рлх - рі: ІР х > - д}

х.х
-Рлх І1' х > і
ш 1 <—ялх іі' х < :-<зкр

1 := РЛ -г ЯСХ Я:= '
ІОГ у 5 2.. ()2
рог хе!.. рдкр - д)
ЕХ1Л «- З-цуИп + 2-Цу-г®я*у_1" М*у&у + Р4--гр'1у_і хї
РЛС <- 2-Рл -г 2-Рдз , - Рл -г Рл іР ті < х < т2 х.х V у-1 V V—I V V
РЛС , <—и,-Еп - |.1,,_,-Рл5 , ІР х > !
Х.Х-1 V 1 у

х.х—I
-Ря - Рлг , іі ті < х < т.
у у-1 у у
Р“.хт1 "(1ГРлу - Цу-гК«у_1 я X < (2-дкр Т д> РЛС , *—Рл - Рл5 , ІР ті <х<т2
Х.Хт! V У-1 У V
(2.21)
2.2. Модель тепловых процессов (тепловая модель)
2.2.1. Тепловая модель многослойной неподвижной трубы
Для неподвижной проводящей трубы при постоянстве ее физических параметров уравнение теплопередачи записывается следующим образом [26]:
дТ а д ( дТЛ <7 ср
3/ г дг і дг
(2.22)

- температуропроводность материала,
<7,, - удельная тепловая мощность, выделяющаяся в слоях трубы, полученная по результатам электромагнитного расчета (п. 2.1),