Системы высокочастотного индукционного нагрева заготовок перед пластической деформацией

• Автор: Осипов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

1. ТЕПЛОВЫЕ И ИМПЕДАНСНЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИ
ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ СТАЛЕЙ ПОД ПЛАСТИЧЕСКУЮ
ДЕФОРМАЦИЮ
1.1. Особенности нагрева заготовок перед пластической деформацией и
теплофизические свойства нагреваемых сталей
1.2. Режимы нагрева заготовок перед пластической деформацией
1.3. Исследование эквивалентной схемы системы “индуктор
нагреваемый объект”
1.4. Определение зависимости тока индуктора от температуры и расчет
глубины регулирования ПЧ
1.5. Выводы по главе
2. СИСТЕМЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА С ПЕРИОДИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ЗАГРУЗКИ ИНДУКТОРА
2.1. Принципы управления и способы регулирования ПЧ для
индукционного нагрева
2.2. Анализ многоячейковых структур ПЧ
2.3. Многоячейковые структуры ПЧ с регулируемой “скользящей”
ячейкой
2.4. Способы регулирования резонансной инверторной ячейки
2.5. Многоячейковые структуры ПЧ со “скользящей” ячейкой,
регулируемой ФШИМ
2.6. Выводы по главе
3. СИСТЕМЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА С МЕТОДИЧЕСКИМ
СПОСОБОМ ЗАГРУЗКИ ИНДУКТОРА
3.1. Определение зависимости импеданса системы “индуктор
нагреваемый объект” от количества нагреваемых заготовок и
аппроксимация профиля тока индукторной системы
3.2. Анализ вариантов реализации секционированных индукторных
систем
3.3. Исследование характеристик трансформатора при работе с повышенной реактивной составляющей напряжения
3.4. Выводы по главе
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УСТАНОВОК
ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
4.1. УИН с периодическим способом загрузки индуктора
4.2. Экспериментальное исследование многоячейковых резонансных
ПЧ со “скользящей” ячейкой регулируемой с помощью ФШИМ
4.3. УИН с методическим способом загрузки индуктора
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список источников
Приложения

Технологии, в основу которых положен высокочастотный индукционный нагрев материалов и изделий в настоящее время широко используются в промышленности. Большой коэффициент полезного действия, малые масса и габариты установок индукционного нагрева (УИН), а также ряд других не менее важных преимуществ позволяют успешно применять высокочастотный индукционный нагрев в различных технологических операциях, в том числе и для нагрева заготовок перед пластической деформацией (ковкой, штамповкой, прокаткой и т.д.).
Теорией и проектированием установок высокочастотного индукционного нагрева заготовок перед пластической деформацией занимаются многие ученые, известны работы Бабата Г.И., Немкова B.C., Слухоцкого А.Е. и др.
При нагреве под пластическую деформацию необходимо создать равномерное температурное поле по сечению заготовки, при этом теплопроводность нагреваемого материала является основным фактором, ограничивающим минимальное время нагрева и максимальную подводимую мощность. Использование при расчете этих параметров усредненных теплофизических характеристик приводит к существенным ошибкам при проектировании.
Высокая температура нагрева, необходимая для пластической деформации стальной заготовки, приводит к существенному изменению ее удельного сопротивления, магнитной проницаемости, а соответственно активной составляющей импеданса системы “индуктор - нагреваемый объект” и передаваемой в заготовку мощности. Для стабилизации мощности необходимо регулирование напряженности магнитного поля индуктора, что чаще всего реализуется путем регулирования его рабочего тока. Учитывая, что точный расчет импеданса системы “индуктор - нагреваемый объект” крайне затруднителен, задача аналитического определения требуемого тока индуктора и

тельствует о росте выходного напряжения с ростом количества ячеек находящихся в режиме вольтодобавки.
Альтернативой многоячейковому ПЧ (рис. 2.6) является структура последовательно-параллельного типа (рис. 2.7), которая позволяет суммировать в общем узле выходные токи ячеек, и также может применяться в системах индукционного нагрева [63].
Для этого первичные обмотки согласующих трансформаторов образуют последовательную цепь, ток в которой задается питающим источником тока. Поэтому эта структура является регулятором выходного тока, т.к. токи вторичных обмоток суммируются в нагрузке. Очевидно, что здесь применяются инверторы тока, имеющие ключи с односторонней проводимостью и двусторонней блокировкой, нагрузкой ПЧ является параллельный резонансный контур. Выходной ток ПЧ определяется, как и в предыдущем случае, комбинацией ячеек работающих в добавочном алгоритме, однако режим выхода тока ячейки из узла суммирования реализуется исключением обмотки трансформатора из первичной последовательной цепи, замыканием одной из стоек инвертора и размыканием другой. Максимальный выходной ток ПЧ определяется выражением