Устройство для автоматического регулирования процесса непрерывно-последовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей при отпуске Советский патент 1985 года по МПК H05B6/06 

11 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 ним 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 со динены через диоды с управляю1Щ1м выходом блока регулирования возбуждеНИН и через логические элементы И с входом блока согласования Щ , Данный регулятор позволяет повысить качество регулирования возбуж дения, увеличить срок службы перевключателей, конденсаторов. Известна установка для автоматического регулир-ования процесса непрерывно-последовательного индукцион ного нагрева ферромагнитных сталей, содержащая датчики тока и напряжения индуктора, выходы которых подклю чены к входам фазочувствительного (Преобразователя, связанного вьрсодом с входом усилителя, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного механизма перемещения изделия через индуктор 2j . Известное устройство позволяет повысить качество и точность регули Iрования при закалке деталей из ферромагнитных сталей. Однако отпуск таких деталей с пр менением указанных устройств не поз воляет получить требуемого современ ной технологией качества термообработки. Это объясняется тем, что отпускная температура соответствует минному зависимости фазового угла индуктора от температуры. Поэтому регулирование на основании сравнени 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 ности регулирования температуры изделий и достижения инвариантности к возмущениям. 9 Указанная цель достигается тем, , что в устройстве для автоматического регулирования процесса непрерьтнопоследовательного индукгщонного нагрева ферромагнитньпс 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 управлякщему 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 соединен с входом исполнительного механизма 7 перемещения изделий 8 через индуктор 1. Фазочувствительный преобразователь 4 может быть выпол-нен следуюп м образом. На входах преобразователя установoieHH операционные усилители постоянного тока (ОУПТ) 9 и 10, выходы которых через конденсаторы 11 и 12 свя-, заны 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 ;люча 18 и 19, выходы которых через Элементы памяти, вьшолненные 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 25-27 соединены с первым входом элемента И 28, выход которого подключен к входу счетного триггера 29. К выходу триггера 29 подключены вход элемента 30 и

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 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 вто рого 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 за,цержки с входами сборки 31.

Работа устройства основана на следуюпщх закономерностях: минимум функции ((Q) (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 в зависимости а(9) объясняется тем, что при нагреве происходит увеличение удельного электросопротивления стали, а магнитная проницаемость вначале остается практически неизменной. При этом фазовый угол уменьшается. Уменьшение магнитной проницаемости при приближении температуры стали к температуре магнитных превращений сказьтается сильнее роста удельного сопротивления и фаэовый угол начинает увеличиваться. Как видно из графика фиг. 1 этот переход достаточно плавный. Градиент зависимости Cf(Q) по Q на данном участке незначи.тельньй. Поэтому управление в режиме :стабилизации фазового угла на этом :участке даже при незначительном изменении зависимости CpCS) вследствие действия помех вызывает значительные 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.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы в виде 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, заправляющего 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.З. 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 вьшолняют роль нуль-органов. С выходов ОУПТ 9 и 10 прямоугольные импульсы, продифференцированные с помощью конденсаторов 11 и 12,управляют работой RS-трйггера 13. Скважность импульеов на выходе триггера 13 пропорциональна фазовому углу индуктора. Эти импульсы сглаживаются активньм 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 ин-

- . . л ..

дуктора.

. Блок 5 поиска минимума фазового угла индуктора реализует непрерывный поиск с реверсом.Генератор ТсИ товых импульсов, выполненный на элементах И-НЕ 34-36,вьфабатывает импульсы. С помощью элементов 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 времени значения фазового угла индуктора Далее эти значения сравниваются с помощью ОУГГГ 24 и элементы И-НЕ 25-27 управляемые RS-триггером 42, вьзделяют.знак приращения фазового угла индуктора во времени. Возрастание фазового угла индуктора формирует сигнал реверса, которьй, пройдя через элемент 28, изменяет состояние счетного триггера 29 н начинается изменение скорости пер&4ещения детали в прЬтйвопояожную-сторонуi чем до момента реверса. Для увеличения помехоустойчивости системы, в случае если за период тактового генератора фазовый угол не начнет уменьшаться, реверс осуществляется принудительно импульсом генератора через конденсатор 43 и элемент И 28. Регулирование скорости производится соответствуювщм изменением состояния счетчика 32 и цифроаналогового преобразователя 33 В качестве цифровых; элементов можно использовать микросхемы 133 11 296 серии, ОУТ1Т 140 серии, ключи 590 серии, цифроаналоговый преобразователь , 572 серии. Усилитель 6 (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 устройства для автоматического регулирования процесса непрерьгано-последовательного индукционного нагрева ферромагнитных сталей при отпуске позволит повысить качество продукции, производительность труда и оборудования, улучшить условия труда. Качество продукции повьшается за счет повышения качества нагрева деталей и более точного соблюдения температурного режима термообработки. Уменьшение брака обусловливает повьнпение производительности труда и оборудования.

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.

fJmm

Фиг,г