SU764898A1 - Способ автоматического измерени и регулировани электронагрева - Google Patents

Description

1

Изобретение отнрситс  к электро- технике и может исцопъзоватъс  в установках стабилизации процесса контактной сварки.

Известен способ регулировани  про- 5 цесса электронагрева, основанный на измерении термо - ЭДС, в паузах между импульсами сварочного тока ij .

Измеренное значение термо - ЭДС несет информацию о температуре зоны Ю сварки и используетс  дл  управлени  подводимой к электродам мощностью.

Недостатком данного способа  вл етс  ограничение толщины свариваемых поверхностей, так как при больших 15 толщинах температура в зоне сварки существенно отличаетс  от температуры свободной поверхности, измеренной . указанным способом.

Известен способ автоматического 20 измерени  и регулировани  электронагрева , основанный на выключении сварочного тока при достижении мгновенного значени  выдел емой между электродами мощности заданной величины 2 .25

Недостатком этого способа также  вл етс  ограничение толщины свариваеюлх поверхностей, так как при больших толщинах резко возрастает инерционность свариваемого объекта 30

и становитс  невозможным точное определение величины мощности электрического тока, выдел емой именно в зоне сварки.

Известны также способы многопозициенного измерени  и регулировани  температуры, которые основаны на измерении длительности сигнала рассогласовани , сравнении его с заданным, формировании управл ющего воздействи , измерении времени переходного процес са и изменении мощности, подводимой к нагреваемому объекту З и 4 .

Недостатками зтих способов  вл етс  сложность вычислени  дифференциального уравнени , что вли ет на быЬтродействие системы автоматического управлени  процессом нагрева, а также отсутствие возможности учета распределени  температуры в нагреваемом объекте непосредственно в процессе нагрева.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ автоматического измерени  и регу ировани  электронагрева, включающий измерение параметров режима сварки и регулирование мощности, подводимой к зоне сварки |5 . Известный способ предусматривает определение первой производной от выдел емой в сварочном контакте электри ческой энергии и корректирование по характеру производной величины подводимой к сварочной цепи мощности. Недостатком этого способа стабилизации теплового режима сварки  вл етс  зависимость температуры свариваемы поверхностей от площади контакта и свойств свариваемых поверхностей при неизменной энергии, выдел емой в сва рочном контакте. Дл  стабилизации температуры зоны сварки в качестве контролируемого па раметра используют температуру наруж ной поверхности свариваемого объекта при этом рассто ние между зоной свар ки и контролируемой зоной разбивают на п -ое число дискретных элементов, вычисл ют распределение температуры контролируемом объекте в направлении от зоны сварки к наружной поверхнос ти, определ   температуру каждого эл мента по формуле: ,.,.,,VT,,.), л1 -об . где А А Т: - температура одног о из элемен тов; ot - температуропроводность свариваемого объекта в направлении от зоны сварки и свободной поверхностиf ut- величина шага интегрировани  по времени; АХ- величина шага интегрировани  по координате в направлениих зоны сварки к наружной поверх ности; j - номер интегрировани  по времени; 1 - номер элемента, наход т температуру зоны сварки, котора  соответствует первому дискретному элементу, сравнивают полученный результат сзаданным, определ ют необходимую мощность по формуле: .), где К - суммарный коэффициент переда чи системы автоматической стабилизации температуры зон сварки; - температура первого дискретного элемента; TO заданна  температура зоны сварки, и по ее результату регулируют режим электронагрева объекта. На фиг. 1 дана эквивалентна  схем устройства, реализующего предлагавмый способ; на фиг. 2 - схема, по сн юща  дискретное распределение температуры в свариваемом объекте. Устройство, реализующее способ состоит из усилител -коммутатора 1 аналого-цифрового преобразовател  2, микропроцессорного устройства 3 и цифрового регул тора 4 мощности. Вход усилител -коммутатора соединен со свариваемым объектом 5 и одним из сва .роч«ых электродов 6. При осуо1ествлении способа регулировани  процесса электронагрева определ кзт температуру наружной поверхности при помощи измерени  термо - ЭДС, между сварочными контактом и наружной поверхностью свариваемого объекта. Сигнал термо - ЭДС усиливают усилителем - коммутатором 1 в,промежутках между сварочными импульсами и преобразуют в цифровую форму аналогоцифровым преобразователем 2. Определенное таким образом значение температуры наружной поверхности свариваемого объекта в цифровой форме вводитс  в микропроцессорное устройство 3, в котором осуществл етс  дискретное распределение температуры по толщине свариваемого объекта. Распределение температуры от зоны сварки к наружной поверхности свариваемого объекта осуществл етс  посредством пересчета значений температур элементов дискретной разбивки от элемента, соответствующего зоне сварки 7 с координатой х к элементу, соответствующему наружной поверхности 8 с координатой х, , наход щейс  в контакте со сварочным электродом 6. Процесс распределени  температуры в микропроцессорном устройстве повтор етс  циклически. Температура первого элемента , соответствуюгцего зоне сварки, на Последующем цикле задаетс  по формуле: Т k (), как резух(ьтат сравнени  рассчитанной Температуры элемента, соответствующего наружной поверхности на предыдущем цикле Tf, . и ее измеренного значени  Т. Точность сопр жени  дискретного распределени  с реальным свариваемым объектом определ етс  коэффициентом К. Определенное по результатам распределени  значение температуры зоны сварки сравнивают с введенным в микропроцессор заданным значением температуры . Вычисленное в микропроцессорном устройстве значение разности рассчитанной по результатам распределени  и заданной температуры зоны сварки передают в цифровой регул тор 4 мощности. В цифровом регул торе 4 мощности управл ют сварочгмми импульсами, измен   величину их мощности пропорционально значению входного сигнала. Практическа  реализаци  способа регулировани  процесса электронагрева возможна в технологических процессах контактной сварки при толщинах листа от 3 до 10 мм. При этом число дискратных элементов разбивки выбираетс  в пределах от 6 до 20.

При минимальной толщине листа, равной 3 мм, врем  одного полного цикла расчета распределени  температуры не должно превышать 0,01 с. Значение коэффициента К может измен тьс  от 50 до 500. При больших значени х зтого коэффициента возможен неустойчивый режим регулировани  процесса.. Значение коэффициента К выбираетс  с учетом конкретных условий технологического процесса. Его значение должно обеспечивать не менее, чем двухкратную по сравнению с номинальной, величину мощности сварочного импульса, в начальный момент разогрева.

Например, при сварке стальных деталей толщиной 4+4 мм значение Этого коэффициента выбираетс  равным 100, число дискретных элементов разбивки 12, врем  одного полного цикла расчета распределени  температуры 7 мс, диаметр круглых сварочных электродов 14 мм. При применений данного способа регулировани  процесса электронагрева дл  указанного объекта сварки, продолжительность сварочного цикла сокращаетс  с 4,5 до 2,8 с.

Потребление эле1стрической энергии уменьшаетс  на 30%, уменьшаетс  вли ние качества подготовки свариваемых поверхностей. Устранение излишнего перегрева свариваемых поверхностей снижает коробление объекта сварки.

Claims (5)

1. Формула изобретени 

   Способ автоматического измерени  и регулировани  электронагрева, включающий измерение параметра режима сварки и регулировани  мощности, подводимой к зоне сварки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  стабильности температуры непосредственно в зоне сварки, в качестве контролируемого параметра используют температуту наружной поверхности свариваемого объекта, при этом рассто ние между зоной сварки и контролируемой зоной разбивают на « -ое число дискретных элементоб, вычисл ют распределение температуры в контролируемом объекте в направлении от зоны сварки к наружной поверхности по формуле: ,T,j, -(1-2 А) .Т; , А(Т. ,р,

   At -Ot

   где А

   i. - температура одного из элементов;

   оС - температуропроводность свариваемого объекта в направлении от зоны сварки к наружной поверхности; it - величина шага интегрировани 

   по времени;

   5 А, Х- величина шага интегрировани 

   по координате в направлении отг зоны сварки к наружной поверхности ;

   номер шага интегрировани  по

   J

   0 времени; номер элемента,

   и наход т температуру зоны сварки, котора  соответствует первому дискретному элементу, сравнивают полученный результат с заданным, определ ют необ5 ходимую мощность по формуле:

   N-MT,,J,,-T),

   где К суммарный коэффициент передачи системы автоматической ста0 билизации зоны сварки; температура первого дискретно ,)И го элемента; TOзаданна  температура зоны сварки,

   и по ее результату регулируют режим

   электронагрева объекта.

   Источники информации,

   прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

   № 336120, кл. В 22 К 11/10,

   0

   В 23 К 11/24, 1972. ..
2. 2. Авторское свидетельство СССР 429915, кл. В 23 К 11/10, 1974.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 377747, кл. q05D 23/49, 1973.

   №
4. 4.Кузьмин М. П. Электрическое моделирование нестационарных процессов теплообмена М. Энерги , 1974, с. 15-19.
5. 5.Авторское свидетельство СССР

   0 № 404587, кл. В 23 К 11/24, 1973.

   7