Устройство для измерения полезной мощности индуктора Советский патент 1988 года по МПК G01R21/08 

со 00

00 00

Изобретение относится к высокочастотной сварке труб и может быть использовано для контроля активной мощности, выделяющейся в кромках трубной заготовки. Цель - повышение точности измерения полезной мощности за счет учета потерь мощности во . внутреннем магнитопроводе, Устройство содержит две группы преобразователей, обеспечивающих измерение мощности по всему сечению магнитопрово- да, используя информацию по магнитному потоку от двух измерительных катушек, охватываювщх магнитопро- вод. Одна из катушек расположена под индуктором, а вторая - на торце маг- нитопровода со стороны, противоположной точке схождения свариваемых кромок. Полезная мощность определяется вычитанием мощности, выделяемой во внутреннем магнитопроводе, из активной мощности электромагнитной системы, измеренной ваттметром. 2 ил. i (Л

N)

11

Изобретение относится к высокЪ- частотной сварке труб, может быть использовано для контроля полезной активной мощности, выделяющейся в кром ках трубной заготовки, и является дополнительным к основному изобретению по ант, св. N 781706.

Цель изобретения - повышение точности измерения полезной мощности ин дуктора для нагрева свариваемых кромок трубной заготовки при высокочастотной сварке труб.

На фиг, 1 представлена функционалная схема предлагаемого устройства измерения полезной мощности индукторов; на фиг, 2 - схема расположения измерительных катушек на магнитопро- воде и кривая изменения магнитной индукции по его длине.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Протекающий по индуктору ток создает магнитный поток, проходящий в сварочной злект ромагнитной системе, .который можно разделить на рабочий магнитный поток и поток рассеяния, Рабочий магнитньй поток проходит в зазор между свариваемыми кромками, по магнитопроводу и замыкается во внешнем пространстве. Часть мощности вьщеляющейся в электромагнитной системе, расходуется на нагрев магни- топровода, температура которого стабилизируется за счет введения интенсивного принудительного охлаждения. Значение мощности, вьщеляющейся в магнитопроводе, вычисляется следующим образом.

Весь магнитопровод разбивается на N участков, а значение магнитной индукции на них усредняется, В зависимости от требуемой точности расчета выбирается продолжительность участков, а абсолютное значение магнитной И1ГДУКЦИИ в поперечном сечении расматриваемого участка вычисляется с помощью функции, описывающей ее изменение по длине магнитопровода. Полученная таким образом мощность потерь на отдельных участках магнитопровода суммируется и затем вычитается из мощности, выделяющейся в электромагнитной системе при прохождении по ней рабочего магнитного потока. Полученное значение характеризует величину полезной активной мощности, выделяющейся в свариваемых кромках трубной заготовки.

При описании распределения величины магнитной индукции по длине магнитопровода используется кусочно-линейная аппроксимация кривой. Весь магнитопровод разбивается на две области: первая из которых простирается от переднего торца магнитопровода до оси индуктора, вторая - от оси индуктора до конца активной части магнитопровода в области схождения свариваемых кромок,

В первой области значение магнитной индукции определяется выражением

х

(f, -ф.)

Ти

+ ф.

J/S.

(1)

а во второй

Ч --гг И

где (р| - магнитный поток, измеренный первой измерительной катушкой;

Pj - магнитный поток, измеренный второй измерительной катушкой;

S - площадь сечения активной части магнитопровода; 1ц - длина магнитопровода 1 - расстояние от второй измерительной катуигки до первой; X - переменная.

В зависимости от требуемой точности расчета потерь обе области разбиваются на определенное количество участков, число которых определяет количество преобразователей в первой и второй группах. На каждом участке значение магнитной индукции усредняется. Мощность потерь на отдельных .участках с достаточной практической точностью можно определить по следующей формуле

р.

Р (---)2 Rr,

(3)

где Р. - искомые удельные потери при

индукции;

Р - удельные потери при индукции.

Для каждого участка разбиения задается свое значение координаты центра X и по формулам (1) или (2), в зависимости от области, к которой принадлежит данный участок, определяется значение магнитной индукции В, а по формуле (3) производится расчет удельных потерь Р; , Умножением удельных потерь мощности Р; на массу соответствующего участка разбиения магнитопровода определяются потери мощности на нагрев магнитопровода на соответствующем участке разбиения. Определение В и Р; произ водится преобразователем, соответствующим данному участку разбиения магнитопровода.

Устройство (фиг, 1) содержит индуктор 1, охватываюг р й трубную заго- товку, и ваттметр 2, к токовым клеммам которого подключен датчик тока 3 индуктора 1, а к потенциальным клеммам - выход основной измерительной катушки 4, которая размещается также как и дополнительная катушка 5 на магнитопроводе 6, располагаю- ч щемся внутри трубной заготовки 7 со свариваемыми кромками В, Выходы новной 4 и дополнительньй 5 катушек подключены к первому и второму входа первого блока 9 вычитания соответственно. Кроме этого, дополнительной измерительной катушки 5 соединен с вторыми входами первой группы преобразователей Ю, а к ее вторым входам подключен выход первог блока 9 вычитания, К входам второй группы 11 преобразователей подключен выход основной измерительной катушки 4, Выходы первой и второй групп 10 и 11 преобразователей соединены через сумматор 12 с вторым входом второго блока 13 вычитания, первьш вход которого соединен с аналоговым выходом ваттметра 2.

Устройство работает следующим образом.

Индуктор 1, охватывайщий трубную заготовку 7, создает магнитный поток, состоящий из потока рассеяния и рабочего магнитного потока, про-, ходящего по магнитопроводу 6, в зазоре между свариваемыми кромками и замыкающегося во внешнем пространстве , Ваттметр 2, к токовым клеммам которого подключен выход датчика 3 тока, а к потенциальным. - выход основной измерительной катушки 4, определяет мощность, выделяющуюся в кромках трубной заготовки 7 и магнитопроводе 6, так как величина угла, на которьп сдвинуто по фазе напряжение

Q

0 5 о Q

5

на основной измерительной катушке относительно тока индуктора, определяется только поглощением мощности в магнитопроводе и свариваемых кромках. Для определения мощности, выделяющейся в магнитопроводе, последний разбивается на две области, каждая из которых представляется в виде ряда участков, затем для каждого участка вычисляется мощность потерь в магнитопроводе 6, Для определения потерь мощности в первой области выходы основной 4 и дополнительной 5 измерительных катушек подключаются ко второму и первому входам первого блока 9 вычитания, на выходе которого реализуется разность сигналов, получаемых с измерительных катушек, пропорциональная разности магнитных потоков, проходящих через сечения, в которых установлены измерительные катушки 4 и 5, В соответствии с алгоритмом расчета (1) указан- ньй сигнал поступает на первые входы блоков вычитания первой группы 10 преобразователей, к вторым входам которых подключен выход дополнительной измерительной катушки 5, Выбор коэффициентов усиления усилителей каждого из преобразователей первой группы 10 осуществляется в соответствии с площадью поперечного сечения магнитопровода 6, протяженностью первой области и размером соответствующего участка магнитопровода.

Для определения потерь мощности во второй области магнитопровода, на участке между основной измерительной катушкой 4 и торцом магнитопровода 6, находящимся в области точки схождения свариваемых кромок, выход основной измерительной катушки подключен к входам усилителей второй группы 11 преобразователей. Их коэффициенты усиления выбираются, также как и в.первом случае, в соответствии с площадью поперечного сечения магнитопровода 6, протяженностью второй области и размером соответствующего участка (2),

На выходе усилителей первой группы Ю преобразователей и усилителей второй группы 11 преобразователей вьфабатывается СИГУ: г, пропорциональный значению магнитной индук- ; ции на каждом из участков разбиения магнитопровода 6, После этого сигналы поступают на вхо513

ды блоков возведения в квадрат в соответствии с выражсшием (3), на выходе которых получается величина,, пропорциональная мощности, вьщеляю0(ей ся на отдельных участках. Сумматор 12 суммирует все пол гченные от от- дельных преобразователей сигналы, вы- рабатьгеая интегрального оценку потерь мощности во всем магнитопроводе, ко- торая затем в блоке 13 вычитания вы- читаеся из сигнала ваттметра. Сигнал на выходе блока 13 вычитания пропор- |ционален мощности, вьзделяющейся толь- ко в свариваемых кромках трубной за- |готовки.

I Таким образом, предлагаемое уст- 1ройство позволяет измерять мощность, Iвыделяющуюся непосредственно в свари- |ваемых кромках трубной заготовки, |Эта мощность является основным ин- |формационным параметром процесса :сварки и может использоваться в сие- теме автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки. Бо- лее точное измерение полезной мощности индуктора позволяет повысить точность регулирования, что в конечном 1счете повышает качество сварного соединения.

ров

Исшп

I

{H}-f |{ШМ

mf

46

.Формула изобретения

Устройство для измерения полезной мощности индуктора по авт.ев,№ 781706 отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения полезной мощности индукционного.нагрева свариваемых кромок трубной заготовки за счет учета потерь мощности во внутреннем магнитопроводе, введена дополнительная измерительная катушка, расположенная на торце активной части магнитопровода со стороны, противоположной точке схождения свариваемых кромок, причем выводы первой и второй измерительных катушек подключены к первым входам первой группы преобразователей через первый блок вычитания, а к вторым входам этой группы преобразователей подключен выход второй измерительной катушки, входы второй группы преобразователей соединены с выходом первой измерительной катушки, выходы обеих групп преобразователей через сумматор соединены с вторым взсодом второго блока вычитания, первый вход которого соединен с аналоговым выходом ваттметра.

12

h- 13