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

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГЗТШРОВАНИЯ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНДУКЦИОННОГО ФЕРРОМАГШТдаК СТАЛЕЙ ПРИ ОТПУСКЕ , содержащее датчики тока и наiпряжения индуктора, выходы которых ;подключены к входам фазочувствительного преобразователя, связанного выходом с входом усилителя, выход которого подключен к управлякяцему взсоду исполнительного нёханизма перемещения изделий через индуктор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры изделий и достижения инвариантности к возмущениям, указанная связь выхода фазочувствительного : преобразователя с входом усилителя ; осуществлена введенный блок по .иска минимума фазового угла. САЭ S5 со ю QO Темпецапщт в Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (1!)

4 (51) Н 05 В 6/Об

ФигХ

ГООУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ ОСОР

AG ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЖРЬПЧФ (21) 3575593/24-07 (22) 08.04.83 (46) 23.01.85. Вюл. Р 3: (?2) К.А. Валентинович, Н.И. Кузнецов, H.È. Лицин и А.Я. Садиков (71) Пермский политехнический институт (53) 621.365(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 443499, кл. Н 05 В б/06, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 440812,-кл. Н 05 В 6/06, 1972. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГЛКРОВАНИЯ ПРОЦЕССА НЕПРЕ-.

РЫВНО-НОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНДУКЦИОННОГО

НАГРЕВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ОТПУСКЕ, содержащее датчики тока и на;пряжения индуктора, выходы которых

;подключены к входам 4азочувствительного преобразователя, связанного выходом с входом усилителя, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного механизма перемещения изделий через индуктор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьикения точности регулирования температуры изделий и достижения инвариантности к возмущениям, указанная связь выхода фазочувствительного.преобразователя е входом усилителя осуществлена через введенный блок поиска минимума Фазового угла.

1 113б3

Изобретение 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- 10 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 возбуждения, увеличить срок службы пере- 20

"ключателей, конденсаторов.

Известна установка для автоматического регулирования процесса непрерывно-последовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей, 25 содержащая датчики тока и напряжения иидуктора, выходы которых подключены к входам фазочувствительного преобразователя, связанного выходом с ВхОдОМ усилителя выхОд KQTop0I О 30 подключен к управляющему входу исполнительного механизма перемещения изделия через индуктор (2) .

Известное устройство позволяет повысить качество и точность регули35 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 мини ууму 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 точ- 55 ности регулирования температуры изделий и достижения инвариантности к

Возмущениям.

29 2

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического. регулирования процесса непрерывнопоследовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей при отпуске, содержащем датчики тока и напряжения индуктора, выходы которых подключены к входам фазочувствительного преобразователя, связанного выхОдом с ВхОдОм усилителя, ВыхОд КОТОрого подключен к управляющему входу исполнительного механизма перемещения изделий через индуктор, указанная связь выхода фазочувствительного преобразователя с входом усилителя осуществлена через введенный блок поиска минимума фазового угла °

На фиг.1 изображена зависимость фазового угла индуктора от температуры нагреваемого изделия; на фиг.2— блок-схема устройства; на фиг.З— примеры реализации фазочувствительного преобразователя и блока поиска минимума 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 преобразователю

4, который через блок 5 поиска ми-нимума .фазового угла индуктора и усилитель 6 соединен с входом исполнительного механизма 7 перемещения изделий 8 через индуктор

Фазочувствительный преобразователь

4 может быть выполнен следующим образом.

Ба входах преобразователя установ,лены операционные усилители постоянного тока (ОУПТ) 9 и 10., выходы которых через конденсаторы 11 и 12 связаны с входами первого RS-триггера 13, следом за которым включен активный сглаживающий фильтр на элементах

14 — 17.

На входе блока 5 поиска минимума фазового угла стоят два аналоговых ключа 18 и 19, выходы которых через элементы памяти, выполненные в одном канале на элементах 20 и 21, а в другом на элементах 22 и 23, где 20, 22 — конденсаторы, а 21 — 23 ОУПТ, подключены к ОУПТ 24. Выходы ОУПТ 24 через элементы И-НЕ 25-?7 соединены с первым входом элемента И 28, выход которого подключен к входу счетного триггера 29. К выходу триггера 29 подключены вход элемента И-НЕ 30 и

1136329

3 первый 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 RS-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.

Работа устройства основана на следующих закономерностях: минимум функ- ции фО)(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-ó5 ной. При этом фазовый угол уменьшается ° Уменьшение 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-45 .тельный. Поэтому управление в режиме, .стабилизации фазового угла на этом .участке даже при незначительном изменении зависимости {p(e) вследствие 1действия 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 индукто-55 ра является, кроме того, желательным с точки зрения обеспечения наилучшего режима работы питающей сети.

-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 — фазо вому 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 относительно индуктора 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, которые выполняют роль нуль-органов. С выходов ОУПТ 9 и 10 прямоугольные импульсы, продифференцированные с помощью конденсаторов 11 и 12,управляют работой RS-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 инl дуктора.. Блок 5 поиска минимума фазового угла индуктора реализует непрерывный поиск с реверсом. Генератор т;стовых импульсов, выполненный на элементах

И-НЕ 34-36,вырабатывает импульсы. С помощью элемент7в 37 — 41 формируются две синхросерии, управляющие работой аналоговых ключей 18 и 19, RS-триггера 42. Элементы памяти 20-21 и 22-23 запоминают последовательные во вре11363 мени значения фазового угла нндуктора.

Далее эти значения сравниваются с помощью ОУПТ 24 и элементы И-HE 25-27, управляемые RS-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 противопояожную сторону, чем до момента реверса. Для увеличения помехоустойчивости сисгемы, в случае .если

sa период тактового генератора фазо- 1З вый угол не начнет уменьшаться, реверс осуществляется принудительно импульсом генератора через конденсатор 43 и элемент И 28. Регулирование скорости производится соответствую- ge щнм изменением состояния счетчика 32 и цифроаналогового преобразователя 33,, В качестве. цифровых элементов можно использовать микросхемы 333

29 б серии, 0УПТ 140 серии, ключи 590 серии, цифроаналоговый преобразователь, 572 серии.

Усилитель б (фиг.2) подбирается в зависимости от типа исполнительного механизма 7 (фиг.2). Это усилитель постоянного тока в случае коллекторного двигателя, или тиристорный преобразователь для асинхронного двигателя.

Применение предлагаемого устройст- ва для автоматического регулирования процесса непрерывно-последовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей при отпуске позволит повысить

l качество продукции, производитель-. ность труда и оборудования, улучшить условия труда. Качество продукции повышается за счет повышения качества нагрева деталей и более точного соб« людения температурного режима термообработки. Уменьшение брака обусловливает повышение производительности труда и оборудования °

1136329

ЯИИПК Заказ 10304/45 г аи 795 до писное

1 ! ! ! ! ! ! !

I ! ! .! ! ! ! ! ! ! ! ! Ь-! ! ю !

Я атайт, г.Ужгород, .Ул.Проектная, 4! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

l ! !

l ! ! ! ! ! !

I ! !