Определение характеристик индукционной тигельной печи для построения системы управления
Исследование и анализ принципа регулирования теплового режима работы индукционных тигельных печей с проводящим тиглем, питающихся от транзисторных преобразователей высокой частоты. Разработка лабораторной установки для плавки меди, магния и сплавов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.07.2018 |
| Размер файла | 669,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НИУ «МЭИ»
Определение характеристик индукционной тигельной печи для построения системы управления
УДК 621.365
Кувалдин А.Б., Федин М.А., Кулешов А.О., Агадуллин И.Р.
Россия, Москва
Аннотации
Предложен принцип регулирования теплового режима работы индукционных тигельных печей с проводящим тиглем, питающихся от транзисторных преобразователей высокой частоты. С использованием полученных результатов создана лабораторная установка для плавки меди, магния и сплавов, позволяющая моделировать режимы работы промышленных печей.
Ключевые слова: индукционная тигельная печь, проводящий тигель, двухпозиционное регулирование, температура металла, транзисторный преобразователь частоты, физическое моделирование.
A principle of regulation of thermal regime of coreless induction furnaces with conductive crucible, powered by a high-frequency transistor converters is proposed. With the use of the results of laboratory plant for melting copper, magnesium and alloys, can simulate modes of industrial furnaces.
Keywords: induction crucible furnace, conductive crucible melting of copper, two-position control, the temperature of the metal, frequency transistor inverter, physical modeling.
Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промышленности для плавки черных и цветных металлов, в частности качественных медных и магниевых сплавов. В зависимости от электрических свойств материала тигля различают ИТП с непроводящим и проводящим тиглем.
Рис. 1. Чертеж системы «индуктор - загрузка» печи с футеровкой: 1 - индуктор; 2 - тигель; 3 - металл; 4 - керамическая вставка; 5 - подина; 6 - крышка
Современные установки ИТП требуют автоматизации проводимого в них технологического процесса, контроля и управления электрических (напряжение, ток, мощность, cosц) и технологических (температура металла) параметров. Поскольку плавильные ИТП, в том числе ИТП с проводящим тиглем, являются достаточно инерционными в тепловом отношении объектами, целесообразно систему регулирования тепловым режимом строить по двухпозиционному принципу. Источниками питания таких печей, как правило, являются транзисторные преобразователи частоты, работающие как в продолжительном, так и в повторно-кратковременном режимах. Для выбора параметров системы регулирования печи необходима идентификация ИТП с проводящим тиглем как объекта системы управления с последующим встраиванием модели печи в структурную модель системы регулирования в MATLAB/Simulink [1 - 3].
В качестве объекта исследования выбрана ИТП с графитовым тиглем для плавки меди. Для экспериментальных исследований в НИУ «МЭИ» создан лабораторный стенд на базе ИТП с проводящим тиглем для плавки меди мощностью 2,5 кВт, питающейся от транзисторного преобразователя высокой частоты [3]. индукционный тигельный печь
На рис. 1 показан чертеж печи с футеровкой с указанием геометрических размеров системы «индуктор - загрузка». На рисунке уровень металла в тигле (отметка 57 мм) соответствует 1 кг меди. Электрический расчет печи проведен в универсальном конечно-элементном пакете программ ELCUT 6.0.
Табл. 1. Основные результаты расчета печи с графитовым тиглем и результаты эксперимента
|
Параметр системы «индуктор - загрузка» |
Расчет |
Эксперимент |
|
|
Частота f, кГц |
22 |
22,26 |
|
|
Ток индуктора I1, А |
212 |
219 |
|
|
Напряжение индуктора U1, В |
57 |
63 |
|
|
Мощность в индукторе P1, Вт |
210 |
216 |
|
|
Мощность в тигле P2, Вт |
1540 |
1495 |
|
|
Мощность в меди P3, Вт |
70 |
63 |
|
|
Электрический КПД |
0,87 |
0,86 |
|
|
cosц |
0,126 |
0,125 |
В табл. 1 представлены интегральные характеристики системы «индуктор-загрузка», полученные в ELCUT, а также результаты эксперимента.
Основываясь на результатах расчетов и экспериментов, проведена идентификация ИТП с проводящим тиглем как объекта управления. С помощью пакета MATLAB/Simulink составлена структурная модель двухпозиционной системы регулирования температуры ИТП в режиме нагрева, расплавления и выдержки расплава меди.
Рис. 2. Переходные процессы изменения температуры садки (1) и сигнала с термопары (2)
Для регулирования температуры используется цифровой регулятор OMRON E5CC. Настройки используемого регулятора температуры позволяют задавать температуру нагрева и ширину петли гистерезиса, определяющую размах колебаний температуры в процессе регулирования. В системе регулирования, основанной на прямом измерении температуры, используется погружная многоразовая хромель-алюмелевая термопара (типа K) с защитным чехлом, выдерживающим несколько погружений в жидкий металл.
На рис. 2 приведены переходные процессы изменения температуры садки печи и сигнала с термопары, рассчитанные теоретически в MATLAB и подтвержденные экспериментально. Задание по температуре печи - 1200°С, ширина размаха колебаний - 10°С (1190 - 1200°С). Как видно из графиков рис.2 печь работает в режиме, близком к предельному, поскольку интервалы, соответствующие работе печи, существенно превышают интервалы пауз в работе установки в режиме квазиустановившихся колебаний температуры. В данном случае инерционность датчика температуры незначительно влияет на характер переходных процессов, поскольку постоянная времени используемой термопары невелика. Для проверки точности измерения температуры с помощью термопары применялся тепловизор Flir T425 .
А, б
Рис. 3. Тигель с жидким расплавом меди: фотография (а), термограмма (б)
Рис. 3 соответствует времени нагрева около 19 мин. Первоначальная загрузка медной шихты производилась в холодный тигель, затем через некоторое время по мере расплавления и осаживания шихты были произведены две дозагрузки. Суммарная масса расплавленной меди составила около 1 кг, общее время расплавления - около 19 мин, температура перегрева - 1200 °С. С использованием модели в пакете MATLAB проведена настройка регулятора для выплавки меди: температура задания - 1200 °С, размах колебаний температуры в процессе регулирования - 10 °С (от 1190 до 1200 °С). Переходные процессы совпадают с теоретическими, полученными в MATLAB MATLAB/Simulink, с точностью не менее 5% [3].
Результаты экспериментальных исследований могут быть применены для определения характеристик промышленной печи для плавки меди ёмкостью 0,4 т, работающей на частоте 500 Гц.
Список литературы
1. Гитгарц, Д.А. Автоматизация плавильных электропечей с применением микро - ЭВМ [Текст] / Д. А. Гитгарц - М.: Энергоатомиздат, 1984.
2. Кувалдин, А.Б., Идентификация индукционных тигельных миксеров как объектов параметрической системы управления [Текст] / А.Б. Кувалдин, М.А. Федин // Индукционный нагрев. - №1 (23), 2013. С. 19 - 24.
3. Федин, М.А. Выбор принципа регулирования и разработка систем управления индукционных тигельных печей с проводящим тиглем [Текст] / М.А. Федин // Индукционный нагрев.- №1 (27), 2014. С. 24 - 28.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание явления электромагнитной индукции. Сущность опыта Фарадея и его применение в металлургии. Выплавка стали в индукционных печах. Индукционные печи промышленной частоты. Плавка в печи с кислой футеровкой. Плавка в вакуумных индукционных печах.
реферат [239,8 K], добавлен 01.12.2008Описание работы и конструкции печи. Тепловой расчет нагрева металла в индукционной печи. Конструктивный, теплотехнический и электрический расчеты. Определение охлаждения индуктора. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей.
контрольная работа [68,0 K], добавлен 17.07.2010Обоснование реконструкции насосных установок. Определение мощности электродвигателей, выбор системы регулирования электропривода центробежного насоса, расчет характеристик. Экономическая эффективность установки частотных тиристорных преобразователей.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 03.07.2011Рассмотрение технологической схемы теплоутилизационной установки. Расчет печи перегрева водяного пара и котла-утилизатора. Составление теплового баланса воздухоподогревателя, определение коэффициента полезного действия и эксергетическая оценка установки.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 03.10.2014Расчет колпаковой печи: теплообмена под муфелем при нагреве, температурного поля в рулоне, определение числа печей в отделении, составление теплового баланса. Подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки.
курсовая работа [68,2 K], добавлен 06.12.2012Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.
курсовая работа [377,3 K], добавлен 07.08.2013Разработка лабораторной установки для исследования характеристик электродвигателей постоянного тока с различными видами возбуждения. Элементы конструкции тягового электродвигателя. Угловая скорость вращения якоря. Способы регулирования возбуждения.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.03.2013Конструкции методических печей. Сухая очистка газов. Применение батарейных циклонов. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет горения топлива. Приход тепла в рабочее пространство печи. Технико-экономические показатели работы печи.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.04.2014Изучение современного состояния электропривода переменного тока. Разработка лабораторного стенда с преобразователем частоты АП-100. Проведение монтажа и наладки лабораторной установки. Методика исследования электропривода с преобразователем частоты.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 10.05.2015Определение расхода охладителя для стационарного режима работы системы и расчет температуры поверхностей стенки со стороны газа и жидкости. Расчет линейной плотности теплового потока, сопротивления теплопроводности, характеристик системы теплоотвода.
курсовая работа [235,2 K], добавлен 02.10.2011Исследование понятия дисперсии, зависимости показателя преломления света от частоты колебаний. Изучение особенностей теплового излучения, фотолюминесценции и катодолюминесценции. Анализ принципа действия призменного спектрального аппарата спектрографа.
презентация [734,5 K], добавлен 17.04.2012Исследование особенностей электрического нагрева, печей с теплогенерацией в газообразном рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов. Описания печей с теплогенерацией при ударе ускоренного потока электронов о поверхность нагреваемого тела.
реферат [18,8 K], добавлен 17.10.2011Историческая справка. Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение в природе. Получение, физические свойства, применение. Метод электролитического осаждения. Построение физико-математической модели. Определение характеристик.
курсовая работа [125,4 K], добавлен 24.12.2005Определение основных геометрических параметров деталей лабораторной установки, предназначенной для создания и измерения растягивающего усилия. Работа с математической моделью рукоятки, винта, гайки, пружины, передачи. Расчет подшипников и рычага.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 27.02.2015Технологические процессы при электротермии. Параметры установок печей. Составление группового графика нагрузки. Выбор комплектной трансформаторной подстанции. Расчет тока короткого замыкания на шинах. Разработка схемы управления, защиты и сигнализации.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.01.2011Назначение и применение преобразователей частоты Danfoss. Применение преобразователей частоты для привода вентилятора и дымососа. Выбор составляющих стенда: электродвигатель, генератор, нагрузка. Электрический монтаж оборудования, установка VLT 5004.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 03.05.2012Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества. Главные особенности калориметрического метода. Методические рекомендации к выполнению лабораторной работы "Определение коэффициента теплопроводности металлов".
курсовая работа [79,4 K], добавлен 05.07.2012История открытия броуновского движения, основные закономерности, методы наблюдения. Экспериментальное обоснование формулы Эйнштейн-Смолуховского. Разработка компьютерной программы для проведения виртуальной лабораторной работы по броуновскому движению.
дипломная работа [527,1 K], добавлен 15.12.2010Исследование переходных и установившихся процессов в системе автоматического регулирования температуры в производственной печи на основе методов компьютерного моделирования. Расчет значения параметров элементов по задающему и возмущающему воздействию.
лабораторная работа [182,5 K], добавлен 22.10.2015Изучение особенностей и условий получения совместных режимов работы двух двигателей, соединенных общим механическим валом. Возможность получения специальных механических характеристик при наложении движущего режима и режима динамического торможения.
лабораторная работа [802,9 K], добавлен 28.08.2015
