RS59877B1 - Oprema za električnu / elektronsku kontrolu za grejanje metalnih radnih komada - Google Patents

Description

Opis

Oblast pronalaska

[0001] Predmetni patent, koji se odnosi na procesnu industriju, odnosi se na električnu / elektronsku opremu koja omogućava sigurno praktično zagrevanje metalnih komada Džulovim efektom.

Prethodno stanje tehnike

[0002] Električna struja, kada prolazi kroz provodnik, izaziva porast temperature koja se može izračunati "Džulovim zakonom", poznatim i kao Džulov efekat ili termički efekat, u čast Džejms Preskot Džula (1818-1889), koji je ovu pojavu proučavao 1840. Ovaj zakon fizike izražava odnos između generisane toplote i električne struje koja prolazi kroz provodnik u datom vremenu. Na primer: otpornik je uređaj koji pomoću protoka struje integralno transformiše električnu energiju u toplotu.

[0003] U trenutnom stanju tehnike, primena Džulovog efekta u industriji se praktično svodi na proizvodnju različitih električnih uređaja kao što su lampe i osigurači, gde Džulov zakon, zajedno sa drugim fizičkim zakonima, omogućava izračunavanje dimenzija pogodnih za ispravan rad takvih uređaja.

[0004] Ova pojava se široko koristi u proizvodnji kućanih aparata kao osnova za električne uređaje za grejanje kao što su električni pegle, električni tuševi, aparati za ravnanje kose, električne rerne itd., gde su svi u osnovi sastavljeni od električnog otpora koji se tokom prolaska električne struje, zagreva se pretvarajući električnu energiju u toplotnu, odnosno u toplotu. Još jedna praktična primena Džulovog efekta u svakodnevnom životu su sijalice sa usijanim vlaknom, koje je u 19. veku izumeo Tomas Edison. Ova sijalica ima u svojoj unutrašnjosti volframovo vlakno, metal sa vrlo visokom tačkom topljenja, koji se tokom prolaska električne struje zagreva, sposobno da dostigne temperaturu od 2500 ° C, postajući usijano i emitujući svetlost.

[005] Industrijski, ovaj efekat se takođe koristi u zavarivanju metalnih radnih komada, gde električna struja (pomoću Džulovog efekta) zagreva jednu tačku između dve ploče do tačke topljenja metala, zavarujući oba; kao i u proizvodnji osigurača, koji su uređaji koji se sastoje od metalnog vlakna niske tačke topljenja, a koji se koristi za zaštitu električnog kola prekidajući bilo koji električni tok koji prelazi određenu vrednost. Ovi uređaji, koji se koriste kao graničnici električne struje koja struji kroz električno kolo, mogu se naći u automobilskim vozilima, domovima, električnim uređajima itd.

[0006] Međutim, Džulov zakon se malo koristi u industriji, praktično ograničava njegovu upotrebu u proizvodnji toplote u industrijskim pećima i ne nalazi primenju u zagrevanju metalnih elemenata za toplotnu obradu zbog njegovih rizičnih nedostataka. A to je u velikoj meri posledica činjenice da primena električne energije u proizvodnji toplotne energije odgovara gubicima, a u nekim situacijama izvoru manje ili više ozbiljnih oštećenja, posebno kada postoji kratki spoj ili loš kontakt. U ovom slučaju, potrebno je koristiti ispravno baždarene provodnike kao podršku struji, i obezbediti odgovarajuću zaštitu i izolaciju, kao i efikasne sisteme za kontrolu struje, nešto što je teško postići.

OPIS PRONALASKA

[0007] S tim u vezi, ovaj patent obezbeđuje aparat koji proširuje opseg primene Džulovog zakona omogućavajući njegovu primenu u direktnom zagrevanju metalnih radnih komada za toplo kovanje u kalupu ili u termičkoj obradi ovih radnih komada, između ostalih mogućih industrijskih primena, jer nudi manje vremena zagrevanja, jer se praktično sva upotrebljena energija pretvara u toplotu. Ova oprema vrši preciznu kontrolu temperature radnog elementa koji se kuje u kalupu u realnom vremenu, obradom podataka, temperature koja omogućava automatsko podešavanje vrednosti električne frekvencije i napona

[0008] Ovo je niskoenergetska oprema, gde se sva napajanje stvara u intermedijarnom elektronskom kolu regulatora napajanja, pomoću prekidača IGBT-a (bipolarnog tranzistora sa izolovanim gejtom). To je kompaktna oprema koja se zbog svoje male zapremine može monitrati u malom prostoru, sa velikom brzinom zagrevanja, a omogućava postizanje stepena zagrevanja metalnih komada do 400 ° C / sek, pa do dvostruko brže kako se zagrevanje izvodi indukcijum i 61 put brže nego toplotnim zračenjem.

[0009] Električna / elektronska oprema za zagrevanje metalnih radnih komada, predmet ovog patenta, može se bolje razumeti pozivanjem na priložene slike, koje su deo ovog opisnog izveštaja i sadrže pozivne oznake zajedno sa opisom njihovih tehničkih karakteristika. Ove slike ne ograničavaju ni njihovu konfiguraciju u pogledu dimenzija, proporcija, mogućih tipova završne obrade, ni opsega njihove praktične primene.

KRATAK OPIS CRTEŽA

Na slici 1 prikazan je opšti dijagram opreme.

Na slici 2 detaljno je prikazan interni dijagram regulatora zagrevanja.

Slika 3 prikazuje ilustraciju u tri prikaza energetskog transformatora.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

[0011] Prema ovim slikama i njihovim pozivnim oznakama, ovaj patent se odnosi na električnu / elektroničku opremu za zagrevanje radnih komada (1) koja se sastoji od sledećeg: podesivog izvora (2) napajanja; regulatora (3) zagrevanja i prikupljanja podataka; i strujnog transformatora (4). Vidi sliku 1.

[0012] Ova električna / elektronska oprema za zagrevanje radnih komada (1) se napaja elektrenergetskom mrežom (R) svojih instalacionih prostorija, koja obezbeđuje transformatoru svu potrebnu energiju tokom zagrevanja, generišući napon i frekvenciju, koja može biti bilo trofazna i / ili jednofazna, podesiva različitim unapred podešenim parametrima radi kontrole procesa zagrevanja pomoću regulatora (3) grejanja i prikupljanja podataka pomoću podesivog izvora (2) napajanja. Takva kontrola u zatvorenom krugu (pomoću PID - Proportional Integral Derivative Controller) vrši se nakon prijema signala iz unapred podešenih parametara regulatora (3) grejanja i prikupljanja podataka radi obezbeđivanja električne energije (napona i struje) neophodne za postizanje homogenog zagrevanja radnog komada (5).

[0013] U ovoj električnoj / elektronskoj opremi za zagrevanje radnih komada (1) podesivi izvor (2) napajanja se sastoji od: ispravljačkog kola (21), koje pretvara "AC" energiju ("naizmenične struje") u "DC" struju (jednosmernu struju) ); filtera (22) formiranog od kondenzatora za poravnavanje izlaznog kola; preklopnog sklopa (23) koji je mreža "IGBT'S" naponskih tranzistora koji deluju kontrolnom metodom "modulacije širine impulsa" (PVM), gde se "DC" brzo uključuje i isključuje pomoću tranistora kako bi nastao promenljiv frekvencijski i naponski izlaz; mikroprocesorske jedinice (24) koja je odgovorna za regulaciju " ispaljivanja” IGBT'S.

[0014] Dati podesivi izvor (2) napajanja takođe može da sadrži "DC" ili "AC" izlaz (jednosmerna ili nazimenična struja), u zavisnosti od potrebe i njegove funkcije, nakon što primi naredbu "start/po;etak" grejanja i regulator (3) prikupljanja podataka direktno je isporučen na podesivi napon alternativnih frekvencija radnog komada (5), čija je veličina povezana sa kontrolnom referencom koju je utvrdio regulator (3) za grejanje i prikupljanje podataka, kompenzujući tako moguće razlike u električnom kolu, mogućnost dobijanja napona i linearni profil struje na izlazu; dalje, dozvoljavajući mogućnost kreiranja upravljačkog programa u kojem se frekvencija i napon mogu nezavisno kontrolisati unutar svog radnog opsega.

[0015] Dati regulator (3) grejanja i prikupljanja podataka je mikroprocesorski uređaj sastavljen od ulaza (31), u obliku senzora (32) temperature ili termičkih kamera, uređaja za merenje električne struje, uređaja za električni napon itd .; procesorske jedinice (33), koja sakuplja i obrađuje sve unapred postavljene ulaze i parametre i obezbeđuje izlazne vrednosti prema unapred postavljenoj logici ("algoritam"); digitalnih / analognih izlaza (34), koji obezbeđuju signale potrebne za upravljanje podesivim regulatorom (2) napona tokom grejanja; CIP (Protokol za kontrolu i informacije; engl.Control and Information Protocol) komunikacionog standarda "Ethernet IP", koji omogućava povezivanje sa nadzornim sistemima za daljinsko nadgledanje i pokretanje, videti sliku 2.

[0016] Regulator (3) za grejanje i sakupljanje podataka zasnovan je na pokretanju namenskog programa prethodno sačuvanog u memoriji procesne jedinice (33), koji deluje tako da kontroliše uniformnu raspodelu energije koja se koristi za zagrevanje. Pored ulaza 31 i izlaza 34, postoji i „HMI“ (korisnički interfejs) (35), koji omogućava umetanje određenih parametara za kontrolu toplote dobijene u procesnoj jedinici (33).

[0017] Upotrebljeni energetski transformator (4) ima specifične konstrukcijske karakteristike, pri čemu se sekundarni namotaj (41) razlikuje od primarnog namotaja (42). Ovi namoti su fizički izolovani jedan od drugog i sastoje se od ravnih provodnika i zaobljenih uglova, uglavnom od dva jednostavna zavojka koji su odgovorni za provođenje električne struje u opremi i odnos „transformacije“ primarnog (41) i sekundarnog ( 42) je definisan brojem namotaja (brojem zavojaka). Svaki namotaja ima svoj ulaz (43) i izlaz (44) za povezivanje (serijski ili paralelno) na podesivi izvor (2) napajanja električne / elektronske opreme za grejanje radnih komada (1).

[0018] Hladnjak (4) energetskog transformatora sadrži ekstrudirane šupljine u sekundarnom jezgru (41) kroz koje teče ohlađena voda (45). Konstrukcija mu je ojačana i nema pokretnih delova. U suštini, koriste se dve vrste materijala: konvencionalni silikonski čelik i čelik sa orijentisanom strukturom, obično poznat kao "Hypersil " (silikonski čelik visoke propusnosti), videti sliku 3.

[0019] Svrha energetskog transformatora (4) je da konvertuje vrednosti napona i struje koje su dobijene od podesivog regulatora (2) napajanja u nivoe koji su primenjeni direktno na radni komad (5) koji se greje iz definisanog (primarnog / sekundarnog) odnosa transformacija.

[0020] U praksi se električna / elektronska oprema za grejanje radnih komada (1) može koristiti u bilo kojem industrijskom proizvodnom procesu ili sistemu koji zahteva brzo, homogeno i kontrolisano zagrevanje metalnih limova za toplo kovanje u kalupu ili toplotnu obradu metalnih radnih komada (5), između ostalih industrijskih primena, jer nudi manje vreme grejanja i potpunu iskorišćenost korišćene energije, jer se praktično sva primenjena energija pretvara u toplotu.

Claims (5)

Patentni zahtevi

1. Električna / elektronska kontrolna oprema za zagrevanje metalnih radnih komada (1) koja sadrži sledeće delove:

podesivi izvor (2) napajanja, regulator (3) grejanja i prikupljanja podataka, energetski transformator (4); podesivi izvor (2) napajanja koji sadrži ispravljač (21) koji pretvara "AC" energiju u "DC", filter (22), preklopni sklop (23), mikroprocesorsku kontrolnu jedinicu (24) i opciono "DC" ili "AC" izlaz; kontroler (3) za prikupljanje podataka i grejanje sadrži ulaze (31), senzore (32) procesnu jedinicu (33), digitalne / analogne izlaze (34), naznačena time, što

navedeni preklopni sklop (23) je mreža IGBT ili bipolarnih tranzistora napajanja sa izolovanim gejtom kojima upravlja modulacijom širine impulsa ili kontrolnim PVM postupkom, navedeni tranzistori uključuju i isključuju „DC“, dobijajući promenljivu frekvenciju i napon i navedeni IGBT ili bipolarni tranzistori napajanja sa izolovanim gejtom, koji kontroliše mikroprocesorska jedinica (24);

navedeni regulator (3) za prikupljanje podataka i grejanje koji sadrži HMI ili koisnički interfejs (34) i standardnu "Ethernet IP" komunikaciju;

navedeni transformator (4) sa sekundarnim namotom (41) i primarnim namotom (42) od kojih svaki ima odgovarajući ulaz (43) i izlaz (44) spojen na podesivi izvor (2) napajanja konvertujući vrednosti napona i struje u toplotu ; i

dati transformator (4) koji sadrži ekstrudirane šupljine za cirkulaciju ohlađene vode (43) u svom sekundarnom jezgru (41).

2. Električna / elektronska upravljačka oprema prema zahtevu 1, naznačena time, što od regulatora (3) kontrole grejanja i prikupljanja podataka, podesivi izvor (2) napajanja obezbeđuje energetskom transformatoru (4) svu potrebnu energiju tokom grejanja i odgovoran je za snabdevanje svih potražnji za energijom za grejanje.

3. Električna / elektronska upravljačka oprema prema zahtevima 1 i 2, naznačena time, što podesivi izvor (2) napajanja generiše podesive napone i frekvencije, koje mogu biti ili trofazne i / ili jednofazne, kroz različite unapred postavljene parametre

4. Električna / elektronska upravljačka oprema prema zahtevu 1, naznačena time, što podesivi izvor (2) napajanja vrši upravljanje "PID" zatvorenom petljom - proporcionalni integrisani proizvodni regulator (PID regulator) koji prima signale od regulatora ( 3) grejanja i prikupljanja podataka, preko unapred podešenih parametara.

5. Električna / elektronska upravljačka oprema prema zahtevu 1, naznačena time, što regulator (3) grejanja i prikupljanja podataka je mikroprocesorski uređaj sastavljen od ulaza (31) u obliku temperaturskih senzora (32) ili toplotnih kamera, uređaji za merenje električne struje i napona itd., procesna jedinica (33), digitalni / analogni izlazi (34), CIP (protokol za kontrolu i infromacije) komunikacioni standard „Ethernet IP“ i „HMI“ (korisnički interfejs) (35).