Устройство для автоматического регулирования температуры заготовки при непрерывно-последовательном индукционном нагреве

Патент 1023672

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕ.МПЕРАТУРЫ ЗАГСТОВКИ ПРИ НЕПРЕРЫВНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ,содержащее в каждой фазе датчики тока и напряжения индуктора, выходы которых подключаны к входёш фазочувствительного ,преобразователя, связанного выходом с одними на все фазы последователь .но-соединенными блоком сравнения с задатчйком. Усилителем и исполннтельным механизмом перемещения заготовок, от ли ч а ю Dt е ё с я тем, что, с цельно овыщення 1сачества нагрева заготовок в установке с многофазным индуктором, путем повыиения точности регулирования указанная связь фазочувствйтельных преоб)азователей с блоком сравнения осуществлена через сумматор с регулируемыми входныкш коэффициентами ..

COOS, СОВЕТСКИХ

СОЦИЯЛИСТИЧЕ(НИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О) Э

Ьф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21) 3361136/24-07 (22) 09,12 ° 81

:(46) 15.06,83.: Вюл. 9 22, :(72) Н.М. Лицин. и A. ß. Садиков (71) Пермский политехнический институт (53) 621.365.52(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 443499, кл. Н 05 В 6/06, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 440812, кл, Н 05 В 6/06, 1972. .(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 2ЕМПЕРАТУРЫ ЗАГО- 1ОВКИ ПРИ НЕПРЕРЫВНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ

ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ, содержащее в каждой фазе датчики тока и напряже„„SU„„3 023672 А 50 Н 05 S 6/06, Ц 05 Э 23/19 ния иидуктора, выходы которых подключены к входам фазочувствительного . преобразователя, связанного выходом с одними..на все фазы последовательно.соединенными блокой сравнения с эадатчиком, усилителем и исполнительным механизмом перемещения заготовок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества нагрева заготовок в: установке с многофазным индуктором, путем повыаения точности регулирования указанная связь фаэочувствительных преобразователей с блоком сравнения осуществлена через сумматор с регулируемыми входными коэффициентами.

10.2 36 72 ключены к входам фазочувствительного преобразователя, связанного выходом с одними:на все фазы последовательно соединенными блоком сравнения с задатчиком, усилителем и исполнитель30 ным механизмом перемещения заготовок.

Известное устройство позволяет повысить качестве и точность регулирования на устаноьках с однофаэным 35 индуктором $2) .

Однако применение указанных устройств на установках с многофазным многосекционным индуктором при непрерывно-последовательном нагреве 40 не обеспечивает требуемой современной технологией точности и качества регулирования.

Если для управления испОльзуется первая по направлению движения сек- 45 ция, то регулирование осуществляется на основании температуры части детали, находящейся в этой секции.

При этом основная часть энергии вводится в деталь в последующих секциях, 50 где не производится измерений, и температура детали при выходе из индуктора имеет значительный разброс.

Не обеспечивается точность регулирования. При использовании для управления процессом нагрева последующих по направлению движения секций происходит следующее. Деталь на большой скорости проходйт секции индуктора, пока не .достигает той, которая используется для управления.так 60 как деталь не успевает разогреться, то ее конец останавливается в этой .секции и начинается разогрев части детали, вошедшей в индуктор. Когда температура достигает заданной, угол 65

Изобретение стносится к электро- . термии и может быть использовано при термообработке длинномерных изделий, Известен автоматический регулятор электрического режима индукционной " плавильной печи, содержащий датчики 5 тока, напряжения и соединенный с ними датчик фазы с запоминающим устройством, блоки автоматического регулирования возбуждения, согласования генератора с цепью нагрузки и пере- 10 ключения конденсаторной батареи, причем выходы датчиков тока и напряжения соединены через диоды с управляющим выходом блока регулирования возбуждения и через логические элементы

И со входом блока согласования.

Данный регулятор позволяет повы сить качество регулирования, увели чить срок службы переключателей, конденсаторов (1J .

Наиболее близким к изобретению является устройство для автоматического регулирования температуры заготовки при непрерывно-последовательном индукционном нагреве, содержащее в каждой фазе датчики тока и напря- 25 жения индуктора, выходы которых подмежду током и напряжением питания секции индуктора, используемой для управления, достигает эталонного значения и начинается перемещение детали. При этом часть детали, разогретая в предыдущих секциях, на большой скорости проходит управляющую секцию и останавливается только по достижении холодной частью детали управляющей секции индуктора.

При таком характере регулирования не обеспечивается требуемое качество нагрева. Кроме того, оказывается затруднительно выполнение. некоторых сопутствующих операций, например закалки.

Целью изобретения является повышение качества нагрева на установках с многофазным индуктором за счет повышения качества и точности регулирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического регулирования температуры заготовки при непрерывно-последовательном индукционном нагреве, содержащем в каждой фазе датчики тока и напряжения индуктора,.выходы которых подключены к входам фаэочувствительного преобразователя, связанного выходом с одним на все фазы последовательно соединенными блоком сравнения с задатчиком, усилителем и исполнительным механизмом перемещения заготовок, указанная связь фазочувствительных преобразователей с блоком сравнения осуществлена через сумматор с регулируемыми входными коэффициентами.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг,2 один из вариантов выполнения датчиков тока и напряжения и фазочувствительного преобразователя в одной фазе; на фит . 3 вЂ” принципиальная схема суМматора; на фиг. 4 вЂ” то жб, бло» ка сравнения.

Схема (фиг. 1) включает заготовку 1, индуктор из трех секций 2-4, датчики тока индуктора 5-7, датчики напряжения индуктора 8-10, фазочувствительные преобразователи 11-13, сумматор 14 с регулируемыми входными коэффициентами К, К, К,.блок сравнения 15, усилитель 16, исполнительный механизм 17, связанный с заготовкой 1

Фазочувствительный преобразователь

11 содержит нуль-органы на операционных усилителях 18 и 19 (например, К140УДб), два формирователя 20-24 и

25-29, й- S-триггер 30 (на микросхемах серий 133, 134, 155)

Сумматор 14 содержит элементы

2И-.НЕ 31, генератор 32, делители 3335, счетчик 36, элемент И 37 и формирователь импульса синхронизации 38.

4 незначительную нагрузку, фаза напря:жения во вторичной обмотке трансформатора практически совпадает с фазой .: напряжения ОА в первичной обмотке.

Вход датчика тока индуктора 5 подключен в токовую сеть питания секции.индуктора 2. Так как сопротивление резистора.много меньше индуктивного сопротивления вторичной обмотки трансформатора, то фаза напряжения на вторичной обмотке практически совпадает с фазой тока Зд, протекающего через первичную обмотку.

Фазочувствительный преобразователь работает следующим образом.

Благодаря большому коэффициенту усилителя 18 и 19 си??усоиальные напряжения, поступающие на их вход, преобразуются в сигнал прямоугольной формы со сдвигом фаз, соответствующим сдвигу фаз синусоидальных сигналов, Формирователи 20-24 и

25-29 вырабатывают по передним фронтам импульсов, поступающих на их входы, короткие импульсы управления

RS-триггером 30. В результате на .выходе RS-триггера 30 имеется сигнал, скважность импульсов которого соответствует сдвигу фаз между напряжением и током питания индуктора. Этот сигнал является выходным сигналом

З© фазочувствительного преобразователя 11.

На входы сумматора 14 (фиг. 3) подаются сигналы с выходов блоков

11-13. Информационным параметром этих сигналов является скважность импульсов. Так как питание установки осуществляется от трехфазной сети, то импульсы от блоков 11-13 разделены во времени (т.е. не происходит их взаимное наложение).

Входные импульсы поступают на элементы 2И-HE 31. На вторые входы элементов 2И-НЕ 31 подаются импульсы от генератора. 32. Частота генератора много больше частоты входных импульсов, поэтому на выходах элементов "

2И-ЙЕ 31 присутствуют серии импульсов с частотой генератора. Серии импульсов от элементов 2И-НЕ 31 подаются соответственно на делители 33-35, выполненные по идентичным схемам.

Работа делителей рассматривается на примере 33.

Коэффициент деления К задается путем за??иси в реверсивном счетчике

36 числа N,? в двоичном коде с помощью тумблеров. Коэффициент деления

К.(делителя связан с N соотношением

3 10236

Блок сравнения 15 содержит задат,чик 39, счетчики 40-42, R- S-триггер

43, счетчики 44-46, цифро-аналоговый преобразователь 47,.операционный усилитель 48, усилитель 49, ключи

50-51. 5

Устройство работает следующим образом.

Деталь 1 в исходном состоянии находится вне секций 2-4 индуктора..

При этом на выходе фазочувствитель- 30 ных преобразователей 11-13 имеются сигналы, пропорциональные углу между током и напряжением питания индуктора (у,, (p, y соответственно и имею???ими максимальное значение при пустом индукторе. На выходе сумматора

14 имеется сигнал, пропорциональный величине (2 4

14 (+ "о к„к к

35 3? l4

Усилитель 16 усиливает сигнал U s и управляет работой исполнительного механизма 17. Исполнительный механизм 17 обеспечивает скорость перемещения детали 1, пропорциональную 35 величине 0 °

Таким образом, при нахождении детали 1 вне индуктора,она с максимальной скоростью начинает перемещаться к индуктору 2-4 и останавливается, 40 когда ее конец войдет в индуктор 2-4 на глубину, обеспечивающую равенство

U3? - 0I . При этом деталь 1 разогревается. Температура детали повыаается, электропроводность и магнитная прони- 4 цаемость уменьшается. Это приводит к изменению g2, (f»,? и деталь. перемещается в индукторе 2-4 со скоростьюj пропорциональной U(yi

Входные коэффициенты К, К2,К (коэффициенты деления) подбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальное значение входного коэффици-ента для последней К (выходной) секции индуктора и избежать при этом колебательного процесса регулирования 55 скорости перемещения детали (фиг. i).

Б наиболее распространенном случае

К = К = К8 1. Величина Кд выбирается от типа исполнительного механизма, усилителя мощности и т.д. 60

На вход датчика напряжения индуктора 8, представляющего собой понижающий трансформатор, подается напряжения питания секции индуктора 2, Так как трансформатор работает на и 2 ) (3 9

В блоке сравнения 15 производится сравнение сигнала выхода сумматора

14 с эталонным сигналом задатчика, соответствующему оптимальному режиму термообработки. На выходе блока сравнения 15 имеется сигнал

Серии импульсов с делителей объедйня- ются на элементе И 37 и являются выходным сигналом сумматора 14. Кроме того, формируется сигнал синхронизации, представляющий собой короткий

1023672

Вхо импульс, следующий один раз в период напряжения питания индуктора. Импульс синхронизации вырабатывается формирователем 38 и также поступает к блоку сравнения 15.

Эталонный сигнал (фиг. 4) задается с помощью переключателей 39 в двоичном коде. Сравнение производится в цифровой .форме на реверсивных счетчиках

40-42 путем предварй тельной з аписи эт а- лонного числа и вычитания текущего значения угла. Если текущее значение. угла превышает эталонный сигнал, то в момент обнуления счетчиков 40-42 происходит срабатывание R-S-триггера

43 и счетчики 40-42 после того рабо- 15 тают в режиме прямого счета. Таким образом, в момент поступления импульса синхронизации от блока 14 в счетчиках

40.-.42 записан код, соответствующий абсолютной величине сигнала разности 20 между эталонным и текущим значением контролируемой величины. Состояние

R- S-триггера 43 несет информацию о знаке разности. Эта информация записывается в D-триггерах 44-46 и хра- 25 нится там .в течение всего периода измерения. С выходсв 44-46 информация поступает на цифровые. входы цифроаналогового преобразователя (ЦАП)

47 работающего совместно с операционйым усилителем 48. На выходе 48 формируется аналоговый сигнал, соответствующий модулю величины разности между эталонным и: текущим значением контролируемого параметра. Знак величины разности вырабатывается путем подачи сигнала с выхода усилителя 48 на прямой или инверсный входы усилителя 49 через ключи 50 и 51, На выходе усилителя 49 имеется сигнал, пропорциональный величине разности между текущим и эталонным значениями контролируемого параметра. Этот сиг-.. нал является выходным сигналом блока сравнения 15. В качестве ПАП может применяться микросхема К572ПА1А,операционные усилители К140УД6, К140УП8, цифровые микросхемы 133, 134, 195 серии.

Тип усилителя 16 определяется параметрами исполнительного механизма

17. В качестве усилителя 16 могут быть использованы стандартные усилители постоянного тока (уПТ).

Применение йредлагаемого устройства для автоматического регулирования температуры при непрерывно-последовательном индукционном нагреве позволяет повысить качество продукции, производительность труда и оборудова» ния, улучшить условия труда. Качество продукции повышается за счет повышения качества нагрева деталей и более точного соблюдения температурного режима термообработки. Уменьшение брака обуславливает повышение производительности труда и оборудования.

10236 72. чае.

Составитель О. Турпак

Техред с. мйгунова корректор В. Бутяга

Редактор A. Гулько

Филиал ПНП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4243/51 Тираж 845 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5