Устройство для подогрева токопроводящей жилы Советский патент 1987 года по МПК H01B13/14 

Изобретение относится к кабельной промьпилениости, преднаякачано для нагрева до заданной темгтературы непрерывно движущейся проволоки и применяется в автоматических линиях при изготовлении изолированных жил.

Целью изобретения является повыше ние точности поддержания температуры подогрева.

На чертеже представлена функпио- нальная схема предлагаемого устройства.

Устройство для подогрева токопро- водящей жилы 1 содержит тахогенера- тор 2, силовой регулятор 3 напряжения, подключенный к замкнутому контуру 4 подогрева, образованному нагре- в-аемой проволокой и контактными элементами, источник 5 напряжения, под- ключенный к замкнутому контуру 6 измерительного тока, образованному нагретой -проволокой и контактными элементами, датчик 7 измерительного тока, выход которого через усилитель 8 и выпрямитель 9 подключен к первому входу суммирующего усилитр.пя 10, а к второму входу которого через второй выпрямитель 1 I подключен : aдaю- щий потенциометр 12 температуры подогрева. С целью повьциения точности поддержания температуры подогрева устройство снабжено нуль-органом 13 приводом 14, эталонным резистором 15 выполненным из материала подогреваемой проволоки, термостабильным потенциометром 16 и реле 17 минимального напряжения, подключенным на выход силового регулятора напряжения.

При этом устройство дополнительно содержит нелинейный преобразователь Г8, компенсационное устройство 19, термостабильные переменный 20 и постоянный 21 резисторы и сумматор 22 с двумя входами. В качестве токопро- водов к подогреваемой токопроводящей жиле используются контактные элементы 23-26.

Устройство работает следуюпщм образом. .

Температура подогрева жилы регу- .лируется изменением выходного напряженин силового регулятора 3, подключенного к замкнутому контуру 4, образованному нагреваемой жилой 1 и контактными элементами 23 и 24,

Силовой регулятор 3 обеспечивает поддержание заданного значения выходного напряжения.

Q

5 j .

5

0

5

0

5

0

Г- адаьячий сиг наи гю напряж« нР11о поступает на вход силогюг о регулятора 3.

Температура жилы 1 при определенном напряжении силового регулятора 3 зависит, в основном, от изменения скорости токопроводяшей жилы 1 и значительно меньше от температуры контактных элементов 23 и 24 и обводных роликов, изменения диаметра и удельной проводимости жилы 1, изменения температуры жилы 1 на выходе установки отжига, наличия воздушных потоков и т.д.

Поэтому задающий сигнал по напряжению есть сумма двух сигналов: основного и дополнительного. Основной сигнал поступает от тахогенератора 2, выходное напряжение которого пропорционально линейной скорости подогреваемой жилы 1, а дополнительный - от суммирующего усилителя 10. Основной сигнал обеспечивает регулирование напряжения силового регулятора 3 пропорционально корню квадратному от линейной скорости жилы, а дополнительный - коррекцию основного сигнала по температуре.

Дополнительны задаюишй сиг нал формируется на выходе суммирующего усилителя 10, на первый вход которого поступает сигнал обратной связи по температуре, а на второй вход - задаюищй сигнал, снимаемый с выхода потенциометра 12.

В качестве устройства, преобразующего температуру килы в электрический сигнал, является замкнутый контур 6, образованный нагретой проволокой и контактными элементами 25 и 26. -Электрическим сигналом в этом устройстве является измерительный ток, протекающий в замкнутом контуре 6 под действием подключенного к этому контуру источника 5 напряжения. Измерительный ток зависит от величины сопротивления замкнутого контура 6, которое, в свою очередь, зависит от температуры нагретой проволоки.

Измерительный ток преобразуется датчиком 7 тока в напряжение, которое усиливается усилителем 8 и подается через вьтрямитель 9 на первый вход суммирующего усилителя 10.

Перед пуском автоматической линии задающее напряжение по Т л1ературе подогрева Т выставляется потенциометром 12, При этом потенциометр 12

ныстав.пяется в положение, соответствующее коэффициенту К, , определяемому по градуировочной кривой К,ДТ). Затем потенциометр 16 устанавливается в положение, при котором показания нуль-органа 13 равны нулю. После этого автоматическая линия включается в рабочий режим. По окончании смены или при ремонте автоматической линии обесточивается реле 17 минимального напряжения и схема переключается в режим корректировки задающего сигнала по температуре. Задающее напряжение корректируется с помощью привода 1А, устанавливающего подвижный контакт потенциометра 12 в положение, при котором выходное напряжение нуль- органа 13 равно нулю.

Напряжение отрицательной обратной связи Up , приложенное к первому вхоравно:

(1)

ду суммируюг;его усилителя 10,

o, и 3м

к

где iiM/i- ток, измеряемый датчиком

тока; К - передаточньш коэффициент

датчика 7 тока, равный отношению выходного напряжения датчика 7 тока к к - коэффициент усиления усилителя 8.

Система автоматического регулирования устройства для поддержания температуры подогрева обеспечивает равенство задающего сигнала сигнала обратной связи ., т.е.

и „-К К. (2)

8Ьгх ИЗм

Величина тока датчиком 7 тока.

Мэм

измеряемого

равна величине ток

-MSM

протекающего по измерительному

контуру 6. Значение тока зависит не только от температуры Т подогрева жилы 1, но и от напряжения питания и источника 5 напряжения и сопротивления Rg токопроводящей жилы 1 при нулевой температуре.

Зависимость тока i чин имеет вид:

14 ЗМ

ОТ этих велии

изм

RO()

(3)

де d - температурный коэффициент.

Напряжение 11 изменяется при коле- gg аниях напряжения в сети. Сопротивение RP зависит от сечения токопроодящей жилы 1 и ее удельного сопроивления. Сечение жилы 1 изменяется пературе

Сечени 35 влияющие времени, скорректи в режиме токопрово износа вы 5-6 мес. а удельна дящей жил ляемой ка 5 делах 10, тической новками. автоматич чения ток ления зам шает 0,1% ному ухуд температу ниже ±2-3

В режи температу ратура жи

0

при износе выходной волоки, а ее проводимость - при установке на вход волочильной машины новой партии катанки. С изменением К изменяется ток в измерительном контуре 6 и система автоматического регулирования отрабатывает новое значение температуры нагрева проволоки, отличающееся от заданного. Поэтому точность поддержания температуры подогрева понижается.

При постоянных значениях К и к согласно выражениям (2) и (3) соблю- g дается пропорциональная зависимость между вых - изм Чтобы сохранить равенство (2) и тем самым обеспечить неизменность заданной температуры Т при изменении U и R, задающее напряжение должно изменится пропорционально изменению измерительного тока.

Напряжение U быстро изменяется по времени, поэтому задание должно кор- 5 ректироваться в процессе работы автоматической линии. С этой целью замкнутый контур 6 измерительного тока и задающий потенциометр 12 подключены к одному и тому же источнику 5 напряжения. При колебаниях напряжения задающее напряжение изменяется пропорционально измеряемому току и значение температуры подогрева жилы остается на заданном уровне.

Сечение и проводимость килы 1, 5 влияющие на К, мало изменяются от времени, поэтому их влияние можно скорректировать при остановке линии в режиме корректировки. Так, сечение токопроводящей жилы изменяется от износа выходной волоки на 5% через 5-6 мес. работы волочильной машины, а удельная проводимость токопроводящей жилы зависит от партии поставляемой катанки и колеблется в пре- 5 делах 10,6-1%. Время работы автоматической линии 8-12 ч между ее остановками. Поэтому в процессе работы автоматической линии изменение сечения токопроводящей жилы и сопротивления замкнутого контура 6 не превышает 0,1%, что не приводит к замёт- ному ухудшению точности поддержания температуры, которая должна быть не ниже ±2-3%.

0

0

0

пературе

В режимах установки задания по температуре и корректировке температура жилы-1 равна комнатной темTOЗначение напряжения задания по температуре и его корректировка устанавливаются подвижным контактом задающего потенциометра 12. Потенциометр 12 выполняет функцию регулируе- мого делителя входного напряжения и , подведенного к его неподвижным контактам. Коэффициент деления К этого напряжения определяет положение подвижного контакта и равен отношению выходного напряжения , снимаемого с подвижного и неподвижного контактов потенциометра 12, к входному напряжению IJgj,, подведенному к его неподвижным контактам, т.е.

К .

,и

(4)

вх

Перед пуском линии потенциометром 12 устанавливается задание по тем- пературе. При этом потенциометр 12 устанавливается в положение, соответствующее коэффициенту деления К, значения- которого определяются по градуировочной кривой К(Тр). .

Зависимость К,(Тп) с учетом выражений (2), (3) и (4) и равенства Uj,(U имеет вид:

К- 2 -к

1 K,(UdTj

(5)

При изменении R , на 4Rp изменяется измерительный ток в цепи обратной связи и, как следствие, температура жилы 1. Чтобы температура Т„ подогреваемой жилы 1 не изменилась, необходимо установить потенциометр 12 в положение, соответствующее коэффициенту деления

к -к

1 (,)()

(6)

В корректирующем режиме потенцио- UeTp 12 должен быть установлен в положение, соответствующее коэффициенту деления , равному К,.

Коэффициент К цможет быть получен если на вход потенциометра 12 подать напряжение Ug., пропорциональное величине Но/Тр , а на его выходе установить напряжение, пропорциональное зна

чению К + 4Rp.

Оба напряжения и g и Ug,устанавливаются по нуль-органу 13, с помощью которого выравниваются напряжения, подводимые к нуль-органу 13 по цепи задания и по цепи обратной связи.

Напряжение, подведенное к нуль- органу 13 по цепи обратной связи.

пропорционально измерительному току, протекающему в замкнутом контуре при комнатной температуре, и равно:

ик к

С R,()

(7)

Напряжение 11 выставляется потенциометром 16 после установки задания по температуре потенциометром 12 перед пуском линии.

Потенциометр 16 устанавливается в положение, при котором показания на выходе нуль-органа 13 равны нулю.

При этом напряжение на входе потенциометра 12 с учетом выражений (7), (4) и (5) равно:

и li и

V l-brfT /

(8)

где Т - комнатная температура в момент установки потенциометра 16.

Напряжение , выставляется потенциометром 12 в корректирующем режиме при изменении R,,: включается привод 14, который устанавливает напряжение на выходе потенциометра 12 с помощью нуль-органа 13 равным:

и .- Ук1к;

Vix ()(H-e/T,J

где комнатная температура в режиме корректировки.

Таким образом, нуль-орган 13 выполняет функции устройства сравнения сигналов, поступаю1цих на его входы и управляющего приводом 14, и нуль-индикатора, подключенного к выходу устройства сравнения сигналов и предназначенного для установки потенциометра 16.

При атом потенциометр 12 устанав- лив.ается в положение, соответствующее коэффициенту деления К, который можно определить по выражениям (А), (8) и (9):

Кп

K K(ilc/T on)

XR boHi+JT;) (

При неизменной комнатной температуре, т.е. (|,, коэффициент К равен заданному К, т.е. напряжение задания при следующем включении линии в рабочий режим изменилось пропорционально изменению выходного напряжения обратной связи и температу ра подогрева проволоки осталась равной заданному значению.

Комнатная температура Т не по- - стоянна и поэтому коэффициент деления К будет зависеть от температуры. Для устранения влияния температуры Х (на значения К ) на потенциометр 12 подается напряжение, пропорциональное величине l/l+dT.. Для зтого потенциометр 12 подсоединяется последовательно с резистором 15, выполненным из материала подогреваемой проволоки. При этом сопротивление этого резистора выбирается на два порядка больше, чем входное сопротивление R потенциометра 12. Тогда напряжение на входе потенциометра 12 с точностью 1% равно Ь j UR / (I+o/Tj )R j , т.е. напряжение на потенциометре 12 пропорционально величине l/l+dfT и положение потенциометра 12 при установке его в кор- ректируюр(ем режиме не зависит от колебания комнатной температуры.

При источнике 5 напряжения с переменным входным напряжением в качестве датчика 7 измерительного тока используется трансформатор тока с ферромагнитным сердечником. При изменении измерительного тока изменяется степень намагничивания сердечника трансформатора. При этом зависимость ij, от выходного напряжения датчика 7 тока изменяется согласно кривой намагничивания, имеющей нелинейный характер. Поэтому коэффициент К передачи в выражении () также

нелинейно зависит от i

UiM

При колебаниях напряжения U источника 5 напряжения ток 1|дз,и задающее напряжение Ug изменяются пропорционально величине U. Однако коэффициент к не остается постоянным, а изменяется в зависимости от iy. Поэтому приращения напряжений правой Uj, .и левой и частей равенств () и (2) при изменении напряжения питания не одинаковы, что вызывает отклонение измеряемого тока от заданного. Это, в свою очередь, приводит к изменению температуры нагрева проволоки по отношению к заданному значению Т

Дпя получения одинаковых приращений и и и зависимости этих напряжений от изменения напряжения питания должны быть одинаковыми. Для

этого к выходу потенциометра 12 подсоединен нелинейный преобразователь 18, имеюпщй коэффициент передачи , т.е. характеристика нелинейного преобразователя должна

быть подобна характеристике датчика тока.

Точность поддержания температуры подогрева зависит от чувствительности цепи обратной связи к изменению температуры подогреваемой жилы 1. % Чем вьше значение чувствительности по отношению к порогу нечувствительности элементов обратной связи, тем вьппе точность поддержания температуры подогрева жилы 1.

Чувствительность цепи обратной связи определяется как отношение изменения выходного сигнала цепи обратной связи ос т заданной температуре подогрева Т к изменению температуры лТ, т.е.

20

„ Uo.c.Tn-Uo.c.TnMT

цГ т

(10)

и

О.С

т jt- напряжение обрат- п -

ной

СВЯЗИ соответственно при темпе

ратуре Т и

.

С учетом выражения (1) равенство (10) можно записать в виде:

гг (iji3M Тп 1 M3(Tn- i) к/ 1 1N

N.-, -, t, 11;

« эмт iHSMViT- ток, измеряемый

датчиком тока соответственно при температурах Т„ и Тр+йТ.

Коэффициент к выбирается из условия получения наибольшего выходного напряжения усилителя 8 U при

измерении датчиком 7 тока i

,v«

ИэмТ-fi

, соответствующего температуре подогрева Т., т.е.

л

К

j(i.

I ИЗМ Т,

К

С учетом (12) выражение но записать в виде:

(12) (11) мож0

5

,, (1иЗм Тп-1и}мТп+4Т) UVH/1 а

к ... u-э;

Т измТп

При заданных значениях сопротивления R J замкнутого контура и наибольшего выходного напряжения усилителя U.JJ, чувствительность цепи обратной связи определяется величиной тока 1„з , измеряемой датчиком 7 тока.

Чувствительность цепи обратной связи и точность поддержания температуры повьшамтся при введении дополнительно компенсационного устройства 19, уменьшающего значение тока ,

Так, скомпенсировав ток, соответст- вуюи1Нй измерительному току при комнатной температуре, чувствительность увеличивается в 3,5 раза.

При использовании трансформатора тока в качестве датчика 7 тока фор- ма и фаза выходного его напряжения изменяется от степени намагничивания сердечника. Поэтому наиболее просто выполнить компенсационное устройство, когда оно подключено к входу датчика 7 тока. При этом компенсационное устройство 19 выполнено в виде дополнительной обмотки трансформатора тока, подключенного к источнику 5 напряжения. По дополнительной обмотке пропускается ток i-|, равный измерительному току при комнатной температуре. Величина тока 1ц устанавливается переменным резистором 20.

При этом сигнал обратной связи пропорционален разности двух токов:

Uo.,M ,

в этом случае, если задаюудай потенциометр 12 подключен к выходу нелинейного преобразователя, то при корректировке задания по температу- ,ре потенциометр 12 должен быть установлен в положение, соответствуюи(ее коэффициенту деления К, равному

К К

к

R Cl+rfTj

Г

(R +ЛК„)()

о о п-

Этот коэффициент отличен от ранее полученного К (выражение 6). Поэтому нарушается условие корректировки по изменению R. Для того, чтобы коэффициент к, был бы равен коэффициенту к,, на вход второго выпрямителя 11 подается сигнал, который является разностью двух задающих сигналов.

Первый сигнал снимается с постоянного потенциометра 21 и пропорционален току, протекающему по компенсационному устройству 19, а второй сигнал подается с выхода потенциометра 12 и пропорциона1тен заданному значению измерительного тока, соответствующего заданной температуре подогрева Х .

Для получения разности этих сигналов, напряжение, снимаемое с постоянного резистора 21, и напряжение, . снимаемое с выхОда потенциометра 12, подаются на сумматор 22.

56(}08

Предпагаемое по б|.гть применено в устройствах для подот ре- ва токопроводящей жилы,которые требуют высокую точность поддержания температуры при изменении напряжения питания, температуры жилы при входе ее в устройство подогрева и диаметра выходной волоки волочильной машины. С улучшением точностных показателей по температуре повышается качество наложения изоляции на токопроводящую жилу.

10

Формула изобретения

1. Устройство для подогрева токопроводящей жилы, содержащее тахогене- ратор, силовой регулятор напряжения, подключенный к замкнутому контуру подогрева, образованному нагреваемой проволокой и контактными элементами, источник напряжения, подключенный к замкнутому контуру измерительного тока, образованному нагретой проволокой и контактными элементами, датчик измерительного тока, усилитель, два выпрямителя, суммирующий усилитель, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель и первый выпрямитель подключен датчик измерительного тока, а к второму входу через второй выпрямитель подключен задаюищй потенциометр температуры подогрева, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры подогрева, оно снабжено нелинейным преобразователем, нуль-органом, приводом, эталонным резистором, выполненным из материала подогреваемой проволоки, термостабильным потенциометром и реле минимального напряжения, подключенным на выход силового регулятора напряжения, вход нелинейного преобразователя подключен к второму выпрямителю, а его выход - к второму входу .суммирующего усили1 еля, причем входы нуль-органа подключены к входам суммирующего усилителя, а его выход через нормально закрытый контакт реле минимального -напряжения подключен к приводу, кинематически соединенному с подвижным контактом задающего потенциометра, неподвижный контакт задающего потенциометра подключен через нормально открытый контакт реле минимального напряжения к источнику напряжения, а через нормально закрытый контакт реле минимального напряжеиия - к эталонному резистору, который вторым концом подсоединен к подвижному контакту термостабильного потенциометра, а его неподвижные контакты подключены к источнику напряжения. .

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в устройство введено компенсационное устройство, термостабильные переменный и . постоянный резисторы и Сумматор с двумя входами, при этом компенсационСоставитель В.Пучинский Редактор А.Лежнина Техред и.Попович

Заказ 5797/44 Тираж 697Подписное

ВКРШПИ Государственного комитета СССР - по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ное устройство подключено через последовательно соединенные термостя- бильные переменный и постоянный резисторы и нормально открытый контакт реле минимального напряжения к источнику напряжения, к выводу постоянного резистора, соединенного с переменным резистором, подключен первый вход сумматора, к второму входу которого подключен подвижный контакт задающего потенциометра, другой вывод постоянного резистора подключен к источнику напряжения.

Корректор Н.Король

Изобретение относится к кабельной промьшшенности, цредназначено для нагрева до заданной температуры (Т) непрерывно движущейся проволоки и применяется в автоматических линиях при изготовлении изолированных жил. Цель изобретения - повышение точности поддержания Т подогрева. Устройство содержит контуры 4 и 6 подогрева и измерительного тока, а также обратные связи по скорости перемещения токопроводящей жилы (ТЖ) 1 и измерительному току. Для достижения поставленной цели в устройство введены термостабилиаированные резисторы 16, 20 и 21, эталонный резистор 15, а также нелинейный преобразователь 18, реле 17 минимального напряжения и нуль-орган 13 с приводом 14. Перед пуском автоматической линии производится корректировка задающего сигнала по Т посредством нуль-органа и привода 14 движка потенциометра 12. В процессе работы устройства наличие нелинейного преобразователя 18, термостабилизиро- ванных резисторов 20 и 21 и компенсационного устройства 19 позволяет повысить точность поддержания Т подогрева ТЖ 1 при изменении напряжения питания, Т при входе в устройство подогрева и диаметра выходной волоки волочильной машины. С улучшением точностных показателей по Т повышается качество наложения изоляции на ТЖ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. G S (Л со СП О5 оо