Исследование и разработка автоматизированных модульных индукционных нагревателей стальных изделий

• Автор: Ситько, Петр Александрович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Использование индукционных нагревателей стальных изделий в промышленности

1.1 Этапы развитие установок индукционного нагрева в

металлообрабатывающей промышленности

1.2 Модульная архитектура индукционных нагревателей

1.3 Постановка задачи

Выводы по главе

2 Методы моделирования электромагнитного и температурного полей в индукционных нагревателях

2.1 Математические модели электромагнитного и температурного полей

2.1.1 Модели электромагнитного поля

2.1.2 Модель температурного поля
2.2 Численные методы расчета электромагнитных и температурных полей
2.2.1 Метод решения внешней электрической задачи
2.2.2 Метод решения внутренней электротепловой задачи в поперечном сечении
2.2.3 Метод решения внутренней тепловой задачи в продольном сечении
2.3 Моделирование алгоритма управления индукционной системой модульной структуры при аварийном отключении одного из модулей
2.4 Метод моделирования системы управления индукционной системой модульной структуры с использованием одного индуктора в «активной зоне» ....38 Выводы по главе
3 Исследование нагрева стальных прутков в модульных индукционных установках непрерывного действия
3.1 Модульные индукционные установки в кузнечном производстве
3.2 Моделирование переходных процессов в индукционной системе модульной структуры при аварийных ситуациях
3.3 Моделирование переходных процессов в индукционной системе модульной структуры с использованием одного индуктора в «активной зоне»
Выводы по главе
4 Исследование нагрева пучка стальной проволоки в модульных индукционных установках непрерывного действия
4.1 Методы применяемые для нагрева проволоки
4.2 Исследование индукционного нагрева проволоки в пучках
4.3 Исследование динамических переходных процессов
Выводы по главе
5 Исследование нагрева стальной ленты в модульных индукционных установках непрерывного действия
5.1 Методы индукционного нагрева тонких лент
5.2 Моделирование индукционного нагрева ленты
5.3 Применение индукционного нагрева в линиях горячего цинкования
5.4 Разработка комплекса индукционного оборудования в линии цинкования
стальной ленты
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Анализ международных тенденций и прогнозов применения индукционного нагрева показывает устойчивое расширение применяемых индукционных технологий в металлургической и металлообрабатывающей промышленности. В развитых индустриальных странах в настоящее время до 95% нагрева в кузнечном производстве осуществляется индукционным способом.
Наблюдающийся в последнее время прогресс в разработках источников питания внес серьезные изменения в архитектуру и построение кузнечных индукционных нагревателей. Этот процесс напрямую связан с появившейся возможностью сильно уменьшить габариты источников питания, с резко возросшей удельной емкостью электротермических конденсаторов, а также снижением габаритов и повышением эффективности теплообменников. Управление нагревателем стало цифровым, и появилась возможность реализации управления им по модели. Все это привело к тому, что в настоящее время у ведущих компаний, производящих индукционное оборудование, индукционный нагреватель представляет собой набор модулей, со своими встроенными преобразователями частоты, станциями охлаждения, конденсаторными батареями, локальными контроллерами. Наращивание мощности и производительности индукционного нагревателя осуществляется увеличением числа модулей.
Достоинством модульных индукционных нагревателей для металлообрабатывающей промышленности является то, что такая структура значительно расширяет возможности управления нагревом и позволяет создать систему адаптивного многозонного нагрева заготовок, с несколькими индивидуально контролируемыми участками нагрева, питание которых происходит от индивидуальных преобразователей частоты. При проектировании индукционных нагревателей в основу проектного решения, как правило принимается анализ его работы в установившемся режиме, однако, в работе индукционного нагревателя значительное время занимают различного рода пеустановившиеся, переходные процессы. Поэтому для реализации преимуществ индукционных нагревателей

на всех индукторах до конца цепи. Такой алгоритм работает, если был отключен первый индуктор.
Если вышел из работы второй а индуктор, то требуется, в момент увеличения мощности стоящего за ним индуктора, подать на него 2*Д¥, а на следующем шаге уменьшить мощность до ¥„+ДУ, на последнем индукторе устанавливается такая же мощность.
Если вышел из работы третий индуктор (рис. 6), то на этапе увеличения мощности последнего индуктора требуется подать на него 3*ДУ, после этого в два этапа мощность на нем доводиться до ¥„+Д¥. Такое повышении мощности в этих двух случаях связано с тем, что при штатном увеличении мощности на ДУ индукционная система не успевает стабилизировать температуру, и соответственно чем дальше от начала вышедший из строй индуктор тем больше требуется увеличение мощности на первоначальном этапе. Самой тяжелой аварийной ситуацией является выход из строя последнего индуктора так, как в этом случае невозможно удержать постоянную температуру заготовки. В данной ситуации возможно только сократить временной интервал значительных колебаний температуры заготовки путем подачи на предпоследний индуктор мощности равной 2* У„, в момент отключения последнего индуктора. Далее мощность на предпоследнем индукторе надо уменьшать на Д¥ через каждый временной промежуток АТ до достижения на предпоследнем индукторе мощности У„+ Д¥. К тому же в этом случае после переходного процесса система стабилизируется на температуре несколько ниже требуемой и в систему необходимо подавать мощность больше, чем суммарная номинальная мощность индукционной установки.
Алгоритм подачи мощности в систему при включении индуктора без значительных колебаний температуры заготовки состоит в следующем. Во время включения требуемого индуктора на него требуется подать мощность, рассчитываемую по формуле ¥;=У1,*(п-і)/(п-1), где ¥,- мощность, подаваемая на включаемый индуктор; ¥„ - мощность в штатном режиме работы на индукторах; п - число индукторов в индукционной установке; і - порядковый номер включаемого индуктора, считая от стороны подачи заготовки.