9. Исследование параметров установки

Для оценки параметров установки при закалке в индукторе, предназначенном для втулки 90 мм, деталей меньших диаметров были проведены расчеты. Результаты рассмотрим на графиках.

Размеры деталей и индукторов приведены в таблице.

Таблица 9.1 – Параметры втулок и соответствующих им индукторов

Обозначение втулки	d втулки, мм	М втулки, кг	l втулки., мм	d индуктора, мм
24-22-3	70	2,59	190	100
240-22-9А	85	5,12	184	105
403-22-9	90	5,12	215	110

Таблица 9.2 – Результат расчетов для индуктора, диаметром 110мм, с различными втулками.

Диаметр втулки, мм	Эл. КПД, %	Тепл. КПД, %	Полный КПД, %	Коэф. мощ-ти	Удель.расход э/э
70	0.8	0.6	0.5	0.27	0.446
85	0.815	0.68	0.58	0.3	0.46
90	0.84	0.74	0.66	0.36	0.49

Таблица 9.3 – Потребление электроэнергии при закалке втулок разных диаметров в индукторе 110мм.

n, шт dвтл	70	85	90
10	11,93	11,33	10,76
20	23,87	22,68	21,54
50	59,69	56,71	53,87
100	119,40	113,43	107,75
200	238,79	226,85	215,50
500	596,99	567,14	538,78
1000	1193,99	1134,29	1077,57
5000	5969,95	5671,45	5387,87
10000	11939,15	11342,19	10755,08

Рисунок 9.1-Потребление электроэнергии при закалке втулок разных диаметров в индукторе 110мм.

Рисунок 9.2–Зависимость электрического, теплового и полного КПД от

диаметра втулки.

Рисунок 9.3 - Зависимость коэффициента мощности и удельного расхода электроэнергии от диаметра втулки.

Из полученных графиков видно, что нагрев меньших по размерам втулок не целесообразен, доходя до некоторого предела удельный расход энергии увеличивается и при проведении нагрева на таких режимах наблюдается довольно значительный перерасход энергии.

Низкий приводит к повышению затрат и потреблению энергии, мощности передающейся по сети

Снижение диаметра втулки введет снижению теплового КПД индуктора,вызванным увеличением тепловых потерь через воздушный зазор между индуктором и заготовкой. Воздушный зазор снижает КПД индуктора за счет увеличения индуктивного сопротивления

При применении заготовок разного диаметра желательно применение диаметров близких к размерам индуктора.

10. Выбор системы автоматического регулирования

Задача управления индукционной установкой в общем случае состоит в получении нужного распределения температуры по сечению и длине нагреваемого изделия за заданное время.

При необходимости поддерживать тепловой режим с высокой точностью, а также при наличии значительных возмущений случайного характера используют САР с датчиками температуры. Однако температура поверхности нагреваемого образца, которая измеряется существующими датчиками, не всегда является достаточно представительным параметром регулирования. Поэтому в ряде случаев для обеспечения нужного конечного результата процесса целесообразно вести регулирование непосредственно по технологическим параметрам нагреваемого образца.

Таким образом, несмотря на многообразие технологий с применением индукционных ЭТУ и вытекающих из них требований, в общем случае задача САР сводится к стабилизации или управлению по программе или управления от внешнего параметра одним или несколькими параметрами, определяющими режим ЭТУ.

Общая структура, конструктивные и схемные особенности САР индукционных ЭТУ существенно зависят от типа источника питания.

Можно сформулировать две основные задачи управления электрическим режимом индукционных ЭТУ:

1) Поддержание максимально возможной мощности с ограничением параметров электрического режима областью допустимых значений;

2) Стабилизация или изменение электрического режима по внешнему параметру или по программе.

При решении этих задач приходится, как правило, использовать несколько видов управляющих воздействий.

Регулирование можно осуществляться с помощью различного рода управления: изменения питающего напряжения, изменения частоты, изменения настройки контура и изменения сопротивления контура.

Когда необходимо по технологии снижать потребляемую мощность по внешнему параметру, то это может быть выполнено как с помощью изменения частоты или настройки контура, так и при изменении напряжения. Однако в первом случае возможный диапазон изменения мощности ограничивается предельным током источника при изменении настройки и граничными значениями угла отпирания инвертора при изменении частоты. Поэтому в большинстве случаев регулирование мощности осуществляется с помощью изменения питающего напряжения.

Система регулирования электрического режима индукционной ЭТУ в общем случае должна включать в себя:

1) Регулятор, осуществляющий (граничное регулирование, стабилизацию или регулирование но внешнему параметру путем изменения питающего напряжения;

2) Регулятор, осуществляющий поддержание резонансной настройки колебательного контура путем изменения частоты или емкости;

Регулятор нагрузки, обеспечивающий согласование параметров источника питания и контура.

Конкретная структура системы управления определяется в основном чипом источника питания.

Регулятор электрического режима ППЧ

Система управления преобразователем (рисунок 10.1) состоит из блока управления инвертором (БУИ), блока управления выпрямителем (БУВ) и автоматическою регулятора. БУИ обеспечивает режим самовозбуждения инвертора, поддерживая заданное значение угла β между выходным током и напряжением в широком диапазоне изменения параметров нагрузки и частоты. Выходными сигналами БУИ являются кривая выходного напряжения u(ωt) и кривая u(ωt-π/2). Выходная система БУИ путем фиксации прохождения выходных сигналов через нуль и логической функции совпадения формирует управляющие импульсы, существующие в интервалах времени от (2n+1)π/4 до nπ. Эти импульсы управляют работой двух генераторов пилообразного напряжения, блокируя один из них и запуская второй перед ним фронтом и сбрасывая второй и запуская первый задним

Рисунок 10.1 - Структурная схема регулирования электрического режима

полупроводникового преобразователя частоты

фронтом. Пилообразные напряжения сравниваются, и в момент их равенства формируется импульс открывания тиристоров инвертора.

Автоматический регулятор электрического режима преобразователя частоты должен обеспечить, резонансное и граничное регулирование с помощью изменения частоты и напряжения. На рисунок 10.1 приведена структурная схема регулятора. Выходные величины U и I, а также дополнительные ограничения (например, напряжения на элементах схемы колебательного контура) подаются на блоки выбора наибольшего значения сигналов, с выхода которых на блоки сравнения с опорными напряжениями E₀₁ и E₀₂ поступает тот из сигналов, который больше. Это позволяет путем выбора уровня обратных связей осуществлять регулирование по любому из параметров с отсечкой - ограничением по остальным. С выхода блоков сравнения управляющий сигнал поступает на блоки управления БУВ и БУИ, обеспечивающие нужный угол управления α выпрямителя В и угол β (частоту ω) инвертора И. Характеристики блоков управления обеспечивают ограничения по нижнему значению угла α и по нижнему и верхнему значениям, угла β (частоты ω). Отсечки - ограничения вначале воздействуют на угол β (частоту ω ), а при выходе на нижнее или верхнее ограничения по частоте - на угол α. Это обеспечивается тем, что опорное напряжение Е₀₂ несколько превышает напряжение Е_01.

Система управления, регулирования и защиты (СУРЗ) преобразователя частоты (рисунок 10.2) должна выполнять следующие функции:

1) формировать импульсы управления тиристорами выпрямителя и инвертора: формирование осуществляется системой управления выпрямителем (СУВ) и системой управления инвертором (СУИ);

2) регулировать электрический режим преобразователя: регулирование производится системой автоматического регулирования (САР);

3) защитить преобразователь при авариях, защита осуществляется системой защиты (СЗ).

Из силовой схемы преобразователя на системы САР и СЗ подаются сигналы, пропорциональные основным электрическим параметрам преобразователя. САР в свою очередь воздействует СУВ и СУИ на фазу управляющих импульсов выпрямителя и на частоту управляющих импульсов инвертора. СЗ при повышении допустимых значений параметров отключает преобразователь, запрещая через СУВ подачу импульсов на тиристоры выпрямителя.

Возникающие в процессе работы преобразователя перегрузки по току и напряжению можно разделить на эксплуатационные и аварийные. Эксплуатационные вызываются непредвиденным изменением параметров в процессе нагрева. Они, как правило, медленно изменяются во времени и устраняются САР, использующей отсечки - ограничения тока и напряжения. Аварийные перегрузки вызываются повреждением в силовой части преобразователя и нагрузки. Они быстро увеличиваются во времени, что требует отключения преобразователя.[8]

СЗ должна отключать преобразователь при следующих видах аварии: 1) при нарастании тока I_d возникающем при коротких замыканиях и срывах инвертирования;

2) при нарастании инвертированного напряжения U_и, возникающем например, в динамических режимах.

Рисунок 10.2 - Структурная схема управления, регулирования и защиты ППЧ.

Каждое звено ППЧ (управляемый выпрямитель, инвертор) связано с системой управления посредством размножителей импульсов управления (РИУ), основными функциями которых являются включение в общем случае группового соединения тиристоров и электрические разделения потенциалов силовой схемы и схемы управления.

11. эКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.