Файл: Солодухо Я.Ю. Автоматика электроприводов непрерывных станов горячей прокатки.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 1
1771 Заказ 4
Рис. IV-1. Зависимость выпрямленного напряжения от угла запаздывания зажигания:
й — характеристика ( / — при |
большой |
индуктивности; 2 — прн активной нагрузке; 3 — при отключении автома |
||||
та); б, в, |
г—линейные диаграммы напряжений; |
О —точка естественного зажигания |
в |
трехфазной схеме |
||
с |
уравнительным |
реактором; |
0\ — точка |
естественного зажигания в шестифазной |
схеме |
50 |
Сеточное управление ртутными выпрямителями |
|
2. Импульсные электромагнитные системы |
Для непрерывных станов нашли применение следующие че тыре импульсные электромагнитные системы сеточного управ ления: 1) с пик-генераторами; 2) с пик-трансформаторами; 3) с пик-дросселями и 4) с однололупериодными магнитными усилителями. Первые три системы широко освещены в техниче ской литературе, поэтому здесь дается лишь краткая их харак теристика. Новая система сеточного управления с однополупериодными магнитными усилителями, примененная в последние годы на ряде непрерывных прокатных станов, будет рассмотрена более подробно.
Все эти четыре системы сеточного управления регулируют выпрямленное напряжение путем изменения угла запаздывания зажигания ртутного выпрямителя.
В стадии исследования находится разработанная кафедрой электрооборудования промышленных предприятий Московского энергетического института система импульсного регулирова ния выпрямленного напряжения [66].
В этой системе величина среднего выпрямленного напря жения регулируется частотой и длительностью включения ртут
ного выпрямителя. |
п и к - г е н е р а т о р а м и . |
Эта система при |
С и с т е м а с |
||
меняется заводом |
«Уралэлектроаппарат». |
Импульс сеточного |
напряжения создается так называемым пик-генератором. Этот многообмоточный аппарат, создающий пик шириной до 120° с крутым фронтом, собирается из шести пик-трансформаторов, снабженных двумя первичными (рис. IV-2, а) и четырьмя вто ричными обмотками (рис. IV-2, б) каждый. В течение периода импульс шириной 30° индуктируется во вторичных обмотках то го пик-трансформатора, в котором поток проходит через нуль. Последовательное включение вторичных обмоток разных пиктрансформаторов обеспечивает импульс шириной 60, 90 или 120° Для получения импульса в 120° включают последовательно че тыре обмотки.
Угол запаздывания зажигания в прежних системах, приме нявшихся заводом «Уралэлектроаппарат», регулировался в ши роких пределах вращающимся трехфазным фазорегулятором, питающим пик-генератор, а в узких пределах (примерно 50°) — дросселем с подмагничиванием, позволяющим осуществить ав томатическое регулирование.
В изготовляемых заводом в настоящее время системах вра щающийся фазорегулятор «‘дроссель заменены одним статиче ским трехфазным фазорегулятором. Каждая фаза устройства представляет собой мост (рис. IV-2, в), двумя плечами которо го служат обмотки трансформатора, а двумя другими — актив-
Импульсные электромагнитные системы |
51 |
ное сопротивление R и регулируемое индуктивное L. В качест ве последнего используется дроссель насыщения с лодмагничиванием постоянным током. Нагрузка Я включается в диагональ моста.
е9
Рис. IV-2. Система сеточного управления с пик-генератором и статическим фазорегулятором:
а — первичные обмотки |
пик-генератора; |
б — вторичные |
обмотки пик-генератора; |
||
в — принципиальная схема одной фазы статического фазорегулятора; |
г — векторная |
||||
диаграмма |
статического |
фазорегулятора; |
Д Н — дроссель |
насыщения; |
Я — нагрузка |
(одна фаза |
пик-генератора); 01 7 — обмотка подмагничивания; R — омическое сопро |
||||
|
|
тивление; L — индуктивность |
|
|
Векторная диаграмма моста на рис. IV-2, г построена в пред положении, что напряжение U\ = U2. В действительности U\ вы бирается несколько больше, чем U% Этим компенсируется ак-. тивное сопротивление дросселя насыщения [16].
4*
52 Сеточное управление ртутными выпрямителями
Фазорегулятор типа ФС-1 завода «Уралэлектроаипарат» обеспечивает сдвиг фазы на 140° при мощности обмотки подмагничивания 45 вт [34]. Изменение фазы в полном диапазоне происходит за 0,06 сек., при условии пятикратной форсировки подмагничивающей обмотки дросселя насыщения (мощность управления 250 вт). Отсюда следует, что мощность усилителя регулятора скорости или напряжения, воздействующего на об
мотку подмагничивания |
фазорегулятора, |
должна |
быть значи |
||||||
тельной. |
|
|
|
|
|
|
|
и п е р |
|
С и с т е м а с п и к - т р а н с ф о р м а т о р а м и |
|||||||||
в и ч н ы м |
т о к о м |
т р е у г о л ь н о й |
ф о р м ы . |
Функции |
|||||
образования пика |
и регулирования угла запаздывания зажига |
||||||||
ния совмещаются |
при этой системе в одном |
аппарате — пик- |
|||||||
трансформаторе, |
снабженном |
обмотками |
подмагничивания. С |
||||||
помощью этих обмоток |
момент перехода |
потока |
через |
нуль |
|||||
сдвигается. |
|
|
|
|
и ширины |
пика получился |
бы |
||
Без уменьшения крутизны |
|||||||||
сравнительно узкий |
диапазон |
регулирования |
угла |
запаздыва |
ния а, так как этот диапазон лимитируется крутизной исполь зуемого участка синусоиды напряжения. Диапазон регулирова ния может быть увеличен, если питать пик-трансформатор то ком треугольной формы. Такая система (рис. IV-3) применяет ся заводом АТ (Германская Демократическая Республика).
Последовательно с пик-трансформаторами ПТ включены дроссели Д1 и Д2. Форма их суммарной кривой намагничива ния подбирается сходной с синусоидальной на участке от 0 до 90°, благодаря чему обеспечивается примерно треугольная форма тока в цепи обмоток OI.
Без большого ухудшения крутизны пика получается сдвиг 120—130° и этот сдвиг происходит за 0,04—0,05 сек. при мощно сти управления 300 вт. Несмотря на получающийся в описан ной системе узкий пик (шириной не более 40—50°), завод АТ поставляет такие системы управления для многих непрерывных мелкосортных и проволочных станов.
С и с т е м а с пи к-д р о с с е л я м и и с т а т и ч е с к и м ф а з о р е г у л я т о р о м . Система сеточного управления с пикдросселями и статическим фазорегулятором разработана в Со ветском Союзе ЦКБ Электропривод. За рубежом подобная си стема изготовляется фирмой АЕГ в Федеративной Республике Германии [44].
Импульс сеточного напряжения создается пик-дросселем, а угол запаздывания зажигания'регулируется статическим фазо регулятором.
Пик-дроссель состоит из последовательно включенных актив ного сопротивления R„ (нагрузки) и обмотки дросселя (рис. TV-4, а).
Рис. IV-3. Схема сеточного управления с пик-трансформаторами и треугольным первичным током: .
ПТ-1 — ПТ-6 — пик-трансформаторы; Д1, Д2 — дроссели; £ — конденсатор; 01 — первичная обмотка пик-трансформатора; ОН — вторичная обмотка; ОП — обмотка постоянного подмагничивания (смещения); ОР — обмотка регули
рующая
От статического фаюрегупяторо
Рис. IV-4. Система сеточного управления с пик-дросселями:
а — однофазная схема; |
б — диаграмма |
напряжений {/ |
— |
без |
подмаг^ичивания; 2 — с подмагничиванием); |
в — шестифазная схе |
ма; IT—ЗТ—сеточные |
трансформаторы; |
1ДН — ЗДН — |
дроссели |
насыщения; ОП — обмотка по^магничивания; |
1С\—ЗС\, 1Съ—ЗСч—со |
|
противления нагрузки; |
/С с —6Сс —сеточные сопротивления; |
/В С /— 3BCI, IBC2—3BC2—полупроводниковые вентили; |
IE—3E—конденсато |
|||
|
|
ры; |
/о — ток |
подмагннчнвания |
|
Импульсные электромагнитные системы |
55 |
Сердечник дросселя выполняется из материала, характери зующегося высокой начальной проницаемостью и кривой намаг ничивания с крутым коленом насыщения. Пока дроссель не на сыщен, поток в нем изменяется, создается э. д. с., которая урав новешивает напряжение питания. В цепи протекает незначитель ный ток намагничивания, поэтому напряжение на активном со противлении RH близко к нулю. В момент насыщения дросселя цепь приобретает активный характер и ток возрастает до вели чины, определяемой напряжением сети и сопротивлением на-, грузки, т. е.
^моксsin <i>t |
(IV-2) |
|
R„ |
||
|
Напряжение сети уравновешивается теперь падением напря жения на активном сопротивлении (рис. IV-4, б). Это падение напряжения и используется в качестве отпирающего импульса.
Импульс создается как в положительном, так и в отрицатель ном полупериодах, что используется в шестифазных нулевых схе мах (рис. IV-4, в).
Применение обмотки подмагничивания на дросселях позво ляет использовать дроссели, кроме своего прямого назначения (т. е. подачи отпирающих импульсов), также и для сдвигания импульсов по фазе примерно на 20°. Если этот угол достаточен, то можно отказаться от статического фазорегулятора. Схема, показанная на рис. IV-4,e, рассчитана на применение трех дрос селей в шестифазной схеме без использования подмагничивающих обмоток. При подмагничивании могут быть использованы либо положительные, либо отрицательные полупериоды. Соответ ственно этому схема, приведенная на рис. IV-4, в, пригодна толь ко для трехфазной системы при использовании подмагничивания.
Статический фазорегулятор, разработанный ЦКБ Электро привод (рис. IV-5), характеризуется двумя особенностями.
Первая особенность—исполнение дросселя насыщения в виде магнитного усилителя с внутренней обратной связью, что умень шает мощность управления до 0,4 вт вместо 45 вт, а при форси ровке до 2—2,5 вт вместо 250 вт.
Вторая особенность — увеличенный угол регулирования (тео ретически более 180°), получаемый с помощью добавочных обмо ток трансформаторов соседних фаз.
Время сдвига угла у этого фазорегулятора для полного от крытия ртутного выпрямителя составляет 0,06—0,07 сек. при мощности управления 2,5 вт.
Статическим фазорегуляторам с дросселями насыщения свой ственен недостаток, заключающийся в изменении фазы при ко лебаниях питающего напряжения. У фазорегулятора типа ФС-11 при изменении напряжения сети на (+ 10) —(—15)% и питании
fl |
|
|
с |
-ЛЛлД" |
ни |
т |
Lwv^ |
|
= т-з |
Рис. IV-5. Статический фазорегулятор с увеличенным |
углом |
регулирования и малой мощностью управления: |
|||
а — схема; б — характеристика фазорегулятора ФС-11, разработанного ЦКБ |
Электропривод; Т-1 — Т-3— трансформаторы; |
||||
ДИ-1 — ДН-3 — дроссели насыщения с внутренней положительной |
обратной |
связью; |
CI—C3 — сопротивления; ВС- t—ВС-3 — полу |
||
проводниковые вентили; ОС — обмотки смещения; |
ОУ— обмотки |
управления; |
UQ— напряжение сети; / см — ток в обмотках cmq* |
||
щення; ахоу ~ |
ампервнткн управления; |
v®— угол |
сдвига |
Системы, сеточного управления с однополупериодными усилителями 5 Т
обмоток смещения от той же сети через .полупроводниковые вы прямители самопроизвольный сдвиг угла достигает 20°. Этот сдвиг можно уменьшить в 3—4 раза, если снабдить каждый дроссель насыщения еще одной обмоткой управления (не пока зано на рис. IV-5), которые включить на разность стабильного, напряжения и выпрямленного напряжения сети, питающего фа зорегулятор. Дроссели насыщения фазорегулятора типа ФС-11 изготовляют с такими добавочными обмотками.
Следует обратить внимание еще на одно свойство рассмат риваемых фазорегуляторов: угол сдвига зависит у них от нагруз ки. Поэтому фазировку сеточных пиков и анодного напряжения ртутных выпрямителей следует проводить при горящей дуге, ког да протекают сеточные'токи.
Несмотря на указанные недостатки, система с пик-дросселя ми и статическим фазорегулятором является наиболее совершен ной из всех рассмотренных систем. Системы завода «Уралэлектроаппарат», равно как и завода АТ, уступают этой системе п» какому-либо из показателей: сложности, либо мощности управ ления, либо быстродействию.
3. Системы сеточного управления с однополупериодными магнитными усилителями
Системы сеточного управления с однополупериодными маг нитными усилителями были предложены приблизительно одно временно в ряде стран в течение 1953—1955 гг.
В Советском Союзе такая система с управлением на перемен ном токе была впервые разработана в Харьковском отделенииГПИ Тяжпромэлектропроект по предложению инженеров. И. В. Гаврилова и В. П. Шипилло [61, 68]. В США стала приме няться система с такими же усилителями для управления тира тронами [50]. Фирма Броун-Бовери также разработала подобнуюсистему сеточного управления с управлением на постоянном то ке [51] и с управлением на переменном токе [64].
А. Однополупериодные магнитные усилители с управлением на постоянном токе
Усилитель (рис. IV-6, а) состоит из дросселя насыщения ДН,. снабженного двумя обмотками (рабочей и управляющей), венти ля ВР и сопротивления нагрузки R„. Цепь рабочей обмотки1 дросселя питается от сети переменного тока, а управляющая об мотка — от сети постоянного тока.
Сердечник дросселя ДН выполняется из сплава, у которогоформа петли гистерезиса близка к прямоугольной.
Принцип действия дросселя основывается на том, что про текание тока нагрузки определяется магнитным состоянием сер
-58 |
Сеточное управление ртутными выпрямителями |
дечника дросселя ДН. Пока дроссель -не .насыщен, в нем .проис ходит изменение потока, и напряжение сети практически пол ностью уравновешивается э. д. с. самоиндукции^ наводимой в ра бочей обмотке дросселя. В рабочей обмотке протекает в это вре мя лишь очень малый ток намагничивания. Рассмотренная часть периода называется интервалом возбуждения. В момент насы щения сердечника поток его перестает изменяться и, следова тельно, исчезает э. д. с. самоиндукции. При этом ток нагрузки
.возрастает скачкообразно до величины, определяемой напряже нием сети и сопротивлением нагрузки, т. е.
• __ б^маис ЗШ Ц>t
Далее ток изменяется по синусоидальному закону. Эта часть периода называется интервалом насыщения.
При применении специальных материалов для изготовления сердечников ток нагрузки в -сотни раз больше тока намагни чивания.
Теория однополупериодных магнитных усилителей сложна. Однако она в значительной степени упрощена в некоторых ра ботах последних лет. Проведенный ниже анализ, выполненный методом обхода динамической петли гистерезиса [46], основыва ется на следующих допущениях:
а) динамическая петля гистерезиса имеет горизонтальные ветви насыщения (под динамической петлей гистерезиса пони мается кривая, снятая при периодическом изменении приложен ного магнитного поля с заданной скоростью; вследствие вихре- :вых токов возрастает намагничивающий ток по сравнению с на магничивающим током статической петли);
б) вентиль ВР характеризуется нулевым прямым и беско нечно большим обратным сопротивлением:
в) сопротивление рабочей обмотки равно нулю; г) в течение интервала возбуждения сопротивление нагруз-
:ки пренебрежимо мало по сравнению с реактивным сопротивле нием рабочей цепи; в течение интервала насыщения справедли во обратное положение, т. е. реактивное сопротивление рабочей цепи пренебрежимо мало по сравнению с /?н;
д) напряжение источника питания синусоидально.
Точка 1 (она же и точка 8) |
на рис. IV-6, б является исходной |
|
для дальнейших рассуждений. |
Предположим, что в момент t0 |
|
существует поток ФА, создаваемый ампервитками |
управления. |
|
На участке 1—2—3 (рис. IV-6, б, г) поток Ф1 не меняется, поэто |
||
му цепь рабочей обмотки носит активный характер |
и ток на |
грузки изменяется по синусоидальному закону /„ = ---^-кс- sin м/.