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

СОЮЗ, СОВЕТСКИХСОЦИЯЛИСТИЧЕ(НИХРЕСПУБЛИК 5 В б/Обр Ц 05 Э 23/19 Э(5 Й КОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И (ЛНРЬГГИЙ ГОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗ ОБРЕОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пермский политехнический институт(53) 621.365.52(088,8)ф (56) 1, Авторское свидетельство СССРВ 443499, кл. Н 05 В б/06, 1970,2. Авторское свидетельство СССРР 440812, кл, Н 05 В б/06, 1972.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАГО-ТОВКИ ПРИ НЕПРЕРЫВНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМИНДУКПИОННОМ НАГРЕВЕ, содержащее вкаждой фазе датчики тока и напряжеЯО, 1023672 А ния индуктора, выходы которых подключены к входам фазочувствительного .,преобразователя, связанного выходом с одними .на все фазы последователь,но.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 черезсумматор с регулируемыми входными коэффициентами.ФИзобретение относится к электро- .термии и может быть использовано притермообработке длинномерных изделий,Известен автоматический регуляторэлектрического режима индукционной "плавильной печи, содержащий датчики 5тока, напряжения и соединенный с ними датчик фазы с запоминающим устройством, блоки автоматического регулирования возбуждения, согласованиягенератора с цепью нагрузки и переключения конденсаторной батареи, причем выходы датчиков тока и напряжения соединены через диоды с управляющим выходом блока регулирования возбуждения и через логические элементыИ со входом блока согласования,Данный регулятор позволяет повы. ",сить качество регулирования, увели.чить срок службы переключателей, конденсаторов 1 .Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для автоматического регулирования температуры заготовки при непрерывно-последовательном индукционном нагреве, содержащеев каждой фазе датчики тока и напряжения индуктора, выходы которых подключены к входам фазочувствительногопреобразователя, связанного выходомс одними:на все фазы последовательносоединенными блоком сравнения с задатчиком, усилителем и исполнитель 30 ным механизмом перемещения заготовок. температура достигает заданной, угол 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 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 индук" тора, 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 между током и напряжением питаниясекции индуктора, используемой дляуправления, достигает эталонногозначения и начинается перемещениедетали. При этом часть детали, разогретая в предыдущих секциях, набольшой скорости проходит управляющую секцию и останавливается толь"ко по достижении холодной частьюдетали управляющей секции индуктора.При таком характере регулированияне 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 счетповышения качества и точности регулирования.Указанная цель достигается тем,что в устройстве для автоматическогорегулирования температуры заготовки при непрерывно-последовательноминдукционном нагреве, содержащем вкаждой 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 иисполнительным механизмом перемещения заготовок, указанная связь фазочувствительных преобразователей сблоком сравнения осуществлена черезсумматор с регулируемыми входнымикоэффициентами.На Фиг. 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг,2один из вариантов выполнения датчиков тока и напряжения и фазочувствительного преобразователя в однойфазе; на фит, 3 - принципиальная схема суМматора; на фиг. 4 - то жб, блока 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 1, К, К,.блок сравнения 15, усилитель 16, исполнительный механизм 17, связанный с заготовкой 1фазочувствительный преобразователь 11 содержит нуль-органы на операционных усилителях 18 и 19 (например, К 140 УДб), два Формирователя 20"24 и 25-29, й-триггер 30 (на микросхемах серий 133, 134, 155)Сумматор 14 содержит элементы 2 И-.НЕ 31, генератор 32, делители 33- 35, счетчик 36, элемент И 37 и Формирователь импульса синхронизации 38.724незначительную нагрузку, фаза напряжения 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 навторичной обмотке практически совпадает с фазой тока 3, протекающегочерез первичную обмотку.Фазочувствительный преобразователь работает следующим образом.Благодаря большому коэффициентуусилителя 18 и 19 синусоиальные напряжения, поступающие на их вход,преобразуются в сигнал прямоугольной Формы со сдвигом Фаз, соответствующим сдвигу фаз синусоидальныхсигналов, Формирователи 20-24 и25-29 вырабатывают по передним фронтам импульсов, поступающих на ихвходы, короткие импульсы управленияК-триггером 30. В результате на.выходе В 5-триггера 30 имеется сигнал,скважность импульсов которого соответствует сдвигу Фаз между напряжением и током питания индуктора. Этотсигнал является выходным сигналомЗО фазочувствительного преобразователя 11,На входы сумматора 14 (Фиг, 3)подаются сигналы с выходов блоков11-13. Информационным параметромэтих сигналов является скважностьимпульсов. 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 2 И-НЕ 31. На вторые входы элементов 2 И-НЕ 31 подаются импульсыот генератора, 32. Частота генераторамного больше частоты входных импуль"сов, поэтому на выходах элементов "2 И-ЙЕ 31 присутствуют серии импульсов с частотой генератора. Серии импульсов от элементов 2 И-НЕ 31 подаются соответственно на делители 33-35,выполненные по идентичным схемам.Работа делителей рассматриваетсяна примере 33.Коэффициент деления К задаетсяпутем записи в реверсивном счетчике36 числа М, в двоичном коде с помощью тумблеров, Коэффициент деленияК,( делителя связан с М соотноше- нием 3 10236Блок сравнения 15 содержит задат,чик 39, счетчики 40-42, В-триггер 43, счетчики 44-46, цифро-аналоговый преобразователь 47,.операционный усилитель 48, усилитель 49, ключи 50-51. 5Устройство работает следующим образом.Деталь 1 в исходном состоянии находится вне секций 2-4 индуктора. При этом на выходе фазочувствитель ных преобразователей 11-13 имеются сигналы, пропорциональные углу между током и напряжением питания индуктоРач 2 ф соответственно и имеющими максимальное значение при пустом индукторе. На выходе сумматора 14 имеется сигнал, пропорциональныйвеличине(2414ф "око О = Оз - О 4 Усилитель 16 усиливает сигнал О и управляет работой исполнительного механизма 17Исполнительный механизм 17 обеспечивает скорость перемещения детали 1, пропорциональную 35 величине О.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 ОЗ О. При этом деталь 1 разогревается. Температура детали повидается, электропроводность и магнитная прони цаемость уменьшается. Это приводит к изменению 2, ф , д и деталь.перемещается в индукторе 2-4 со скоростью, пропорциональной О.Входные коэффициенты К, К 2,К (коэффициенты деления) подбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальное значение Входного коэффициента для последней К(выходной) секции индуктора и избежать при этом колебательного процесса регулирования 55 скорости перемещения детали (фиг. 1). Б наиболее распространенном случае К = К= К 81. Величина К выбирается от тица исполнительного механизма, усилителя мощности и т.д. 60На вход датчиканапряжения индуктора 8, представляющего собой понижающий трансформатор, подается напряжения питания секции индуктора 2, Так как трансформатор работает на Серии импульсов с делителей объедйня- ются на элементе И 37 и являются выходным сигналом сумматора 14. Кро" ме того, Формируется сигнал синхронизации, представляющий собой короткий65 В блохе сравнения 15 производится сравнение сигнала выхода сумматора 14 с эталонным сигналом задатчика, соответствующему оптимальному режиму термообработки. На выходе блока сравнения 15 имеется сигналимпульс, следующий один раз в период напряжения питания индуктора. Импульс синхронизации вырабатывается формирователем 38 и также поступает к блоку сравнения 15,5Эталонный сигнал (фиг. 4) задается с помощью переключателей 39 в двоичном коде. Сравнение производится в цифровой .форме на реверсивных счетчиках 40-42 путем предварйтельной записи эта- лонного числа и вычитания текущего значения угла. Если текущее значение. угла превышает эталонный сигнал, то в момент обнуления счетчиков 40-42 происходит срабатывание Ртриггера 43 и счетчики 40-42 после того рабо 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 Р- -триггера 43 несет информацию о знаке разности. Эта информация записывается в 0-триггерах 44-46 и хра нится там.в течение всего периода измерения. С выходов 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 путемподачи сигнала с выхода усилителя 48на прямой или инверсный входы усилителя 49 через ключи 50 и 51, На выходе усилителя 49 имеется сигнал,пропорциональный величине разностимежду текущим и эталонным значениямиконтролируемого параметра. Этот сиг-.нал является выходным сигналом блокасравнения 15. В качестве ПАП можетприменяться микросхема К 572 ПА 1 А,операционные усилители К 140 УД 6, К 140 УД 8,цифровые микросхемы 133, 134, 195серии. 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.1023672. яга Филиал ПОП фНатентф, г. Ужгород, ул. роектна Редактор А.Заказ 4243/ Составитель О. Турпакко Техред С.Мйгунова Корректор В Тираж 845ИИПИ Государственногопо делам изобретений35, Москва, Ж, Рауш Нодписнокомитета Сссроткрытийская наб., д.4