Файл: Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками.pdf

где V— скорость перемещения электрода, определяемая как сумма скоростей, сообщаемых исполнительным механизмам регу­ лятора и скорости при колебательном движении электрода, определяемой эластичностью звеньев механизма;

t — время разгона или торможения системы.

Таким образом, при расчете динамики систем регулирования дуговых сталеплавильных печей необходимо учитывать ограничен­ ность области существования дуги, исходя из условия (1-36). Любая система регулирования для удовлетворительной работы должна быть устойчивой. Динамическая система называется устойчивой, если она, будучи выведена из некоторого заданного установившегося состояния, а затем предоставлена самой себе, стремится возвра­ титься к прежнему состоянию.

Влияние числа последовательных звеньев и постоянных времени отдельных звеньев на устойчивость системы регулирования обще­ известно; устойчивость системы при данном коэффициенте усиления тем больше, чем меньше последовательных звеньев в системе и чем больше отношение наибольшей постоянной времени к значению, следующей за ней постоянной времени.

Чтобы повысить устойчивость системы регулирования, прихо­ дится усложнять ее, вводя различные дополнительные корректи­ рующие звенья и связи. Для дуговых сталеплавильных печей вводят обратные связи по скорости исполнительного механизма, по производ­ ной от силы тока дуги и напряжения фазы печи и др.

Как известно, зависимости полезной мощности печи и ее полной активной мощности от силы тока, а, следовательно, и от положения электрода имеют явно выраженный максимум. Поэтому между пере­ мещением электрода и этими параметрами нет однозначной связи. Следовательно, одна и та же полезная мощность (или активная мощность печи) могут поддерживаться регулятором как по левую, так и по правую сторону максимума. Самопроизвольный переход на работу из одной точки в другую приведет к снижению к. п. д. и коэффициента мощности печи. Поэтому мощность печи как полез­ ная, так и активная, не может быть выбрана в качестве регулируе­ мого параметра.

Наилучшим параметром регулирования может быть разность

где а и b — постоянные коэффициенты, зависящие от коэффициен­ тов трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения и регулировочных сопротивлений;

гд0, гд — заданное и текущее значения полного сопротивления дуги.

Широкое распространение получили дифференциальные регу­ ляторы мощности, параметром регулирования которых является

30

Г л а в а II

ТИПЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ МОЩНОСТИ

1. Электромашинные регуляторы мощности

Большинство дуговых сталеплавильных печей Советского Союза оснащены автоматическими электромашинными регуляторами типа РМД. Основной частью этих регуляторов является электромашинный усилитель (ЭМУ), представляющий собой видоизменение генератора постоянного тока. Принцип действия ЭМУ с поперечным полем со­ стоит в том, что внутри одной коллекторной машины постоянного тока объединены два каскада усиления [10]. ЭМУ обычно выполняют с несколькими обмотками управления (от двух до четырех), что позволяет использовать их для суммирования сигналов, введения дополнительных связей и т. д.

На рис. 13 для одной фазы печи показана принципиальная схема автоматических регуляторов с электромашинными усилите­ лями (ЭМУ) [6]. Сигнал, пропорциональный силе тока дуги, от транс­ форматора тока ТТ через автотрансформатор А Т и выпрямитель В г поступает на мост сравнения IT — 1Н, на который, но сположи-

32

тельным знаком приходит сигнал, пропорциональный напряжению на дуге (через предохранитель 2, сопротивление R, разделительный трансформатор Т р г и выпрямитель В 2).

Разность этих сигналов поступает на обмотки управления ОУг— ОУ2 ЭМУ, который питает якорь двигателя постоянного тока ДВ, перемещающий электрод 3. Обмотки 4 и 5 стабилизирующего транс­ форматора Тр а обеспечивают введение гибкой отрицательной обрат­ ной связи по напряжению ЭМУ. Срезающие вентили Дн—Дтумень­ шают коэффициент усиления системы при больших рассогласованиях. Обмотка 6 служит для введения жесткой обратной связи, а обмотки 7 и 8 стабилизирующего трансформатора — для введения сигнала производной от силы тока дуги.

Включенный параллельно выпрямителю В г автотрансформа­ тор А Т служит задатчиком режима (регулятором тока) и одновре­ менно является дросселем, который насыщается при коротких замы­ каниях в печи и тем самым снижает напряжение на зажимах транс­ форматора тока, срезая пики, опасные для выпрямителя В г.

Сопротивление R снижает подаваемое на выпрямитель ß 2 напря­ жение и изменяется при переключении ступеней напряжения печного трансформатора.

При нормальном режиме работы печи через срезающие вен­ тили Д н—Д т ток не проходит, так как этому препятствует поляр­ ность выпрямителей. При увеличении силы тока печи напряжение на резисторе 1Т возрастает, а на резисторе 1Н уменьшается. При определенном увеличении силы тока через Д т начинает проходить ток, т. е. шунтируется часть резистора 1Т. Происходит уменьшение

наклон статической характеристики регулятора (рис. 14, а, кривая 2 вместо кривой 1), начиная от возмущений, характеризуемых точ­ ками Аа и Бб. Если подобрать положение движков цепей выпрями­

соответствовало напряжению пуска двигателя Де, то можно перейдя на характеристики 2, сохранить прежнюю зону нечувствительности. Следовательно, это устройство позволяет достигнуть большой чув­ ствительности регулятора при неподвижном двигателе и снизить коэффициент усиления после его пуска, что обеспечивает апериоди­ ческое или близкое к нему регулирование.

Чтобы пульсации тока ^100 Гц от выпрямителей В г и В 2 не искажали работу вентилей Д ти Д н, в регулятор введены фильтры, в качестве которых используют первичные обмотки 4 и 7 стабилизи­ рующего трансформатора (см. рис. 13). Стабилизирующий трансфор­ матор является дифференцирующим звеном, обусловливающим введе­ ние коррекции регулирования по величине изменения скорости регулируемого параметра.

Р и с. 14. Характеристика регулятора РМД:

а — статическая; б — действие обмоток стабилизирующего трансформатора; / — сила тока печи; U п. с — напряжение, снимаемое с потенциометра сравнения; Uст — напряжение вто­ ричной обмотки стабилизирующего трансформатора; Uо. у — результирующее напряжение на управляющей обмотке с усилителя; А — Б — возникновение возмущения; Б — В — процесс регулирования

На рис. 14, б показано действие обмоток стабилизирующего трансформатора.

Электромашинные регуляторы типа РМД позволяют работать при скорости перемещения электродов до 3,0 м/мин и зоне нечув­ ствительности ±7— 10%. Этими регуляторами оснащено подавляю­ щее число отечественных дуговых печей. Однако их нельзя признать достаточно современными и удовлетворительно работающими, так как: а) регулятор недостаточно надежен, слабым звеном является электромашинный усилитель, имеющий малый срок службы и тре­ бующий тщательного ухода в эксплуатации, б) зона нечувствитель­ ности регулятора велика и не может быть снижена.

2. Электронные регуляторы

Электронные схемы являются практически безынерционными, не имеют контактов и вращающихся элементов, поэтому их применение в регуляторах мощности для дуговых печей является более перспек­ тивным. ВНИИАчерметом совместно с заводом «Электросталь» разработан быстродействующий электронно-электромашинный регу­ лятор типа БЭЭР, который характеризуется малой зоной нечувстви­ тельности (±3% ) и высоким быстродействием.

Скорость перемещения электродов при регуляторах БЭЭР дости­ гает 3—4 м/мин и может быть доведена до 5—6 м/мин при ослаблении поля двигателя [11].

34

В регуляторе типа БЭЭР статическая характеристика имеет релейный характер. Принципиальная схема одной фазы усовершен­ ствованного регулятора типа БЭЭР приведена на рис. 15.

Измерительный блок регулятора состоит из двух трансформато­ ров Трх и Тр2, выпрямителей Д х и Д 2, включенных в мостовую схему, сопротивлений цепи сравнения R x и R 2 и фильтра Ф4. На трансфор­ маторы Трі и Тр2 поступает напряжение, пропорциональное соот­ ветственно силе тока и напряжению дуги.

Разность напряжений подается на вход транзисторной части блока через фильтр Фх — ненасыщенный трансформатор напряжения с коэффициентом трансформации, равным единице, обмотки которого включены последовательно и встречно. Конденсатор С исключает постоянную составляющую в первичной обмотке трансформатора.

Транзисторная часть регулятора имеет два одинаковых канала, каждый из которых состоит из несимметричного триггера (соответ­

нагрузкой которого является обмотка ЭМУ — управления электромашинного усилителя ОУ-1 или ОУ-2.

Для повышения устойчивости регулятора в схеме предусмотрена обратная связь по квадрату скорости, включающая мостовую схему, образованную сопротивлением обмотки якоря двигателя R 3, низко­ омным сопротивлением Д4 и потенциометром R&, включенным на выход ЭМУ. Для балансировки моста предусмотрен потенциометр Ra- Напряжение на выходе мостовой схемы пропорционально скорости двигателя и через нелинейное сопротивление RH3 и делитель Re подается в схему сравнения. Параметры нелинейного сопротивле­ ния Дн э (тирита), имеющего квадратную характеристику, позволяют получить на выходе делителя Re напряжение, пропорциональное квадрату скорости.

Для подавления остаточного напряжения электромашинного усилителя, а также форсирования переходных процессов в схеме предусмотрена обратная связь по напряжению ЭМУ, осуществляе­ мая с помощью обмотки ООС.

Схема регулятора предусматривает регулирование величины пусковой силы тока якоря двигателя. При заметном увеличении силы тока регулятор начинает перемещать электрод вверх: при этом транзистор Т 12 открывается и через обмотку управления ОУ-2 течет ток, который определяет как значение выходного напряже­ ния ЭМУ, так и амплитуду пусковой силы тока в якоре двигателя.

Работа автоматического регулятора осуществляется следующим образом. Когда в печи поддерживается номинальный электрический режим дуг, падения напряжений на сопротивлениях R x и R 2 равны и противоположны по знаку и, следовательно, результирующее напряжение равно нулю, и выходные транзисторы Т7 и Т 12 закрыты.

В случае отклонения режима от заданного, например при обвале шихты в период плавления, появляется напряжение разбаланса. Если оно больше порога срабатывания, триггер Т8, Т<, опрокиды-

вается, а триггер Т 3, Г4 не изменяет своего состояния, так как поло­ жительное напряжение разбаланса будет еще больше его открывать; в результате выходной транзистор Т 12 полностью открывается и через обмотку ОУ-2 управления ЭМУ идет ток. При этом на выходе ЭМУ появляется полное напряжение, и двигатель М начинает пере­ мещать электрод вверх до восстановления заданного электрического режима. Питание регулятора осуществляется через силовой транс­ форматор ТрЗ с выпрямительными мостами Д 3, Д4, Д ъ. Автомати­ ческий регулятор можно применять на дуговых сталеплавильных

печах емкостью от 0,5 до 100 т.

Быстродействие регуляторов БЭЭР позволяет существенно умень­ шитьчисло отключений печного трансформатора при перегрузках по току, увеличить среднее значение мощности печи и уменьшить науглероживание металла.

3. Регуляторы с магнитными усилителями

Общий недостаток всех систем автоматических регуляторов с электромашинными усилителями — это значительное число элек­ трических вращающихся машин с коллекторами и щетками требую­ щих весьма тщательного ухода при работе, а также сравнительно частой замены изнашивающихся частей. Кроме того, такие регуля­ торы довольно дороги и во время работы создают заметный шум. Поэтому ведутся работы по созданию систем автоматических регуля­ торов без применения вращающихся коллекторных электрических машин. К такого рода стационарным устройствам относятся регуля­ торы с магнитными усилителями.

На рис. 16 показана принципиальная схема регулятора с магнит­

ными усилителями К Регулятор состоит из датчика тока ТТ и напряжения ТН дуги,

сравнивающего устройства СУ, знакочувствительного полупровод­ никового усилителя ПУ, реверсивного моста РМ, выполненного на магнитных усилителях УМВ и УМН, тахометр ического блока ТБ

иисполнительного трехфазного асинхронного электродвигателя Д. Полупроводниковый знакочувствительный усилитель выполнен

на триодах Т и Т 3, Тъ и Т 2, Г4, Г6 и работает в режиме ключа. Клю­ чевой режим триодов Т 3, Тъ и Т4, Тв осуществляется положительной обратной связью по выходному току, снимаемой с сопротивлений Д 4

и R 2.

Для повышения чувствительности, а также для перевода вход­ ного триода Т j (Т 2) в ключевой режим, в усилителе применена допол­ нительная положительная обратная связь, снимаемая с нагрузоч­ ного сопротивления R 3 (R4) триода Т 3 (Т4) и передаваемая на вход усилителя по цепочке из параллельно соединенных сопротивле­

ния R6 (Re) и конденсатора С4 (С2).

Дублирующая обратная связь обеспечивает надежный релейный режим работы усилителя даже тогда, когда нарушается настройка

37