Устройство для автоматического регулирования процесса непрерывно-последовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей при отпуске

1 113 бЗИзобретение относится к электротермии и может быть использовано при термообработке длинномерных изделий.Известен автоматический регулятор электрического режима индукционной плавильной печи, содержащий датчики тока, напряжения и соединенный с ними датчик Фазы с запоминающим устройством, блоки автоматического регулирования возбуждения, согласования ге нератора 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 элементы И .с входом блока согласования 1 .Данный регулятор позволяет повысить качество регулирования возбуж" дения, увеличить срок службы пере "ключателей, конденсаторов.Известна установка для автомати" ческого регулирования процесса непрерывно-последовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей, 25 содержащая датчики тока и напряжения индуктора, выходы которых подключены к входам фазочувствительного преобразователя, связанного выходом с входом усилителя выход которого30 подключен к управляющему входу исполнительного механизма перемещенияизделия через индуктор 1.21.Известное устройство позволяет повысить качество и точность регули 35 рования при закалке деталей из Ферромагнитных сталей,Однако отпуск таких деталей с применением указанных устройств не позволяет получить требуемого современной технологией качества термообработки. Это объясняется тем, что отпускная температура соответствует минигггуму зависимости фазового угла индуктора от температуры. Поэтому регулирование на основании. сравнения с эталонным углом в данной ситуации приводит к неоднозначности, Кроме того, данный участок зависимости особенно подвержен влиянию возмущений - нестабильности напряжения и частоты питания индуктора, диаметра детали.Цель изобретения " повышение точности регулирования температуры изделий и достижения инвариантности к возмущениям. 29 2Указанная цель достигается тем,что в устройстве для автоматическогорегулирования процесса непрерывнопоследовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей при отпуске, содержащем датчики тока и напряжения индуктора, выходы которыхподключены к входам Фазочувствительного преобразователя, связанного выходом с входом усилителя, выход которого подключен к управляющему входуисполнительного механизма перемещения изделий через индуктор, указан"ная связь выхода фазочувствительногопреобразователя с входом усилителяосуществлена через введенный блокпоиска минимума Фазового углаНа Фиг,1 изображена зависимостьфазового угла индуктора от температуры нагреваемого изделия; на фиг.2 -блок-схема устройства; на фиг.З -примеры реализации фазочувствительного преобразователя и блока поискаминимума фазового угла,Устройство содержит индуктор 1, к которому подключены датчик 2 тока индуктора и датчик 3. напряжения. Выходы датчиков 2 и 3 подключены к фазочувствительному преобразователюкоторый через блок 5 поиска ми- . нимума Фазового угла индуктора и усилитель 6 соединен с входом исполнительного механизма 7 перемещения изделий 8 через индукторФазочувствительный преобразователь 4 может быть выполнен следующим образом.На входах преобразователя установ,лены операционные усилители постоянного тока (ОУПТ) 9 и 10., выходы которых через конденсаторы 11 и 12 связаны с входами первого НБ-триггера 13,следом за которым включен активныйсглаживающий фильтр на элементах14 - 17.На входе блока 5 поиска минимумаФазового угла стоят два аналоговыхключа 18 и 19, выходы которых черезэлементы памяти, выполкенные в одномканале на элементах 20 и 21, а вдругом на элементах 22 и 23, где 20,22 - конденсаторы, а 21 - 23 ОУПТ,подключены к ОУПТ 24. Выходы ОУПТ 24через элементы И-НЕ 25-27 соединеныс первым входом элемента И 28, выходкоторого подключен к входу счетноготриггера 29. К выходу триггера 29подключены вход элемента И-НЕ 30 и1136329 3первый вход сборки двух элементов И-НЕ 31, выходы которых соединены с входами счетчика 32, связанного с цифроаналоговым преобразователем 33. Выход этого преобразователя 33 служит 5 выходом блока 5 поиска минимума Фазового угла.Генератор тактовых импульсов на элементах И-НЕ 34 - 36 через элемент И-НЕ 37, конденсаторы 38, 39 и резисторы 40 и 41 связан.с входами второго К 8-триггера 42, инверсный выход которого подключен к входу элемента И-НЕ 26, а прямой - к другому входу элемента 26 и через конденсатор 43 - к второму входу элемента И 28. Выхо-. ды конденсаторов 38 и 39,подключены к входам элемента И-НЕ 44, связанного через элемент 45 задержки с входами сборки 31.2 а Работа устройства основана на следующих закономерностях: минимум Функ- циифО)(фиг.1) соответствует оптимальной температуре отпуска деталей, причем положение минимума инвариантно к настройке колебательного контура, состоящего из индуктора и компенсирующих конденсаторов, диаметру детали, нестабильности напряжения питания индуктора, Наличие экстремума 30 в зависимости(8) объясняется тем, что при нагреве происходит увеличение удельного электросопротивления стали, а магнитная проницаемость вначале остается практически неизмен-З 5 ной, При этом фазовый угол уменьшаетсяУменьшение магнитной проницаемости при приближении температуры стали к температуре магнитных превращений . сказывается сильнее роста удельного 40 сопротивления и Фазовый угол начинает увеличиваться. Как видно из графика фиг. 1 этот переход достаточно плавный. Градиент зависимости ф(9) по 9 на данном участке незначи.тельный. Поэтому управление в режиме, .стабилизации Фазового угла на этом .участке даже при незначительном изменении зависимости ф(9) вследствие 1 действия помех вызывает значительные.50 изменения температуры. При ручном поддержании минимума фазового угла индуктора удалось обеспечить точность поддержания температуры в пределах +15 С. Минимум фазового угла индуктора является, кроме того, желательным с точки зрения обеспечения наилучшего режима работы питающей сети. 4-Устройство работает следующим образом.Сигналы в ниде переменного напряжения с выходов датчиков тока 2 и напряжения 3 подаются на входы Фазочувствительного преобразователя 4. Напряжение на выходе фазочувствительного преобразователя 4 пропорционально углу сдвига фаз между током и на,пряжением питания индуктора - фазовому углу индуктора. С выхода фазочувствительного преобразователя 4 сигнал поступает на вход блока поиска минимума фазового угла индуктора 5. Выход блока 5 соединен с входом усилителя 6, управляющего исполнительным механизмом 7, обеспечивающим перемещение детали 8 относительноиндуктора 1 таким образом, чтобы значение Фазового угла индуктора было близко к минимуму.Датчики напряжения 3 и тока 2 представляют собой трансформаторы напряжения и тока соответственно. Блоки 4 и 5 могут быть реализованы, например, так, как это показано на Фиг.3. Их работа происходит следующим образом. Синусоидальные сигналы с трансфор:маторов тока 2 и напряжения 3 подаются на входы операционных усилителей постоянного тока (ОУПТ) 9 и 10, кото" рые выполняют роль нуль-органов. С выходов ОУПТ 9 и 10 прямоугольные импульсы, продифференцированные с помощью конденсаторов 11 и 12,управляют работой КБ-триггера 13. Скважность импульсов на выходе триггера 13 пропорциональна Фазовому углу индуктора. Эти импульсы сглаживаются активным Фильтром на элементах 14-17. Частота среза этого Фильтра много ниже частоты напряжения питания индуктора. Таким образом, на выходе Фильтра имеется аналоговый сигнал, пропорциональный фазовому углу индуктора., Блок 5 поиска минимума Фазового угла индуктора реализует непрерывный поиск с реверсом. Генератор т"хтовых им. пульсов, выполненный на элементах И-НЕ 34-36,вырабатывает импульсы. С помощью элементов 37 - 41 формируются две синхросерии, управляющие работой аналоговых ключей 18 и 19, КБ-триггера 42. Элементы памяти 20-21 и 22-23 запоминают последовательные во вре 11363 мени значения фазового угла нндуктора. Далее эти значения сравниваются с помощью ОУПТ 24 и элементы И-НЕ 25-27, управляемые КЗ-триггером 42, выделяют,знак приращения фазового угла 5 индуктора во времени. Возрастание фазового угла индуктора Формирует сигнал реверса, который, пройдя через элемент 28,изменяет состояние счетного триггера 29 и начинается 16 изменение скорости перемещения детали в противоположную сторону, чем до момента реверса. Для увеличения помехоустойчивости сисгемы, в случае .если за период тактового генератора фазо вый угол не начнет уменьшаться, реверс осуществляется принудительно импульсом генератора через конденсатор 43 и элемент И 28, Регулирование скорости производится соответствую- Эр щнм изменением состояния счетчика 32 и цифроаналогового преобразователя 33В качестве. цифровых элементов можно использовать микросхемы 333 29 бсерии, ОУПТ 140 серии, ключи 590 серии, цифроаналоговый преобразователь,572 серии.Усилитель б (фиг.2) подбираетсяв зависимости от типа исполнительногомеханизма 7 (фиг.2). Это усилительпостоянного тока в случае коллекторного двигателя, или тиристорный преобразователь для асинхронного двигателя,Применение предлагаемого устройст-ва для автоматического регулированияпроцесса непрерывно-последовательногоиндукционного нагрева ферромагнитныхсталей при отпуске позволит повыситьФкачество продукции, производитель-.ность труда и оборудования, улучшитьусловия труда. Качество продукцииповышается за счет повышения качестванагрева деталей и более точного соблюдения температурного режима термообработки. Уменьшение брака обуслов"ливает повышение производительноститруда и оборудования