2. Особенности управления дсп постоянного тока.

Регулирование напряжения на дуге осуществляется путём пере­мещения электродов. При этом происходит изменение сопротивле­ния дугового промежутка и, соответственно, тока. Токовый разба­ланс быстро отрабатывается тиристорным преоб­разователем. Регуляторы перемещения электродов идентичны, при­меняемым для печей переменного тока. Однако условия работы их существенно облегчены. Возмущения в процессе менее интенсив­ны, нет узких колодцев, взаимовлияния фаз и т.д. Параметры конт­роля в основном те же, что и в печи переменного тока: температура металла, химсостав, температура охлаждающей конструкции печи воды, параметры дутья и отходящих газов, давление и температура масла в трансформаторном агрегате, электрические параметры: то­ки (отдельно ток сводового электрода и токи подовых электродов), напряжение дуги, ток напряжения, мощность высокой стороны, счетчики активной и реактивной энергии. Однако есть и специфи­ческие измерения. Это - температура подовых изоляции, протока воды на охлаждение подовых электродов, темпе­ратура и давление циркуляционной воды на входе и выходе тепло­обменника тиристорного преобразователя.

Билет 4 вопрос 1

Микропроцессорные регуляторы с тиристорными усилителями

В настоящее время в России серийно выпускается микропроцессор­ный регулятор типа РММ. Ниже, приводится описание его работы

Аппаратная часть системы

Регулятор типа РММ включает процессорную плату, на которой раз­мешены микроконтроллер МК-51 и устройства ввода-вывода информа­ции, блоки гдата1сия (включая источник неотключаемого питания), сило­вые блоки, шунты или датчики тока, согласующие трансформаторы. Схемы формирования сигналов тока фаз, снимаемых с шунтов (или дат­чиков тока) представлены на рис. 38.

Схема измерения включает трансформатор тока, во вторичные об­мотки которого включены калиброванные шуты R_ш. Падение напряже­ния на шунтах пропорционально мгновенным значениям тока. Далее сигнал с шунта поступает на устройства гальванической развязки - оптоэлектронную пару Э, и Э₂»где кроме развязки от входной электричес­кой цепи происходит выпрямление сигнала (см. график Uа), масштаби­рование под стандартный входной диапазон используемых аналого-циф­ровых преобразователей (АЦП) - операционный усилитель Э₃ и сгла­живание сигнала с помощью согласующего устройства (операционного усилителя - Э₄) - U_вых . Подключение нескольких сигналов датчиков к АЦП осуществляется с помощью коммутаторов.

Аналогично преобразуются сигналы напряжения, которые также проходят через согласующие устройства (согласующие трансформаторы или делители) и сигналы таходатчиков, измеряющих скорость вращения двигателей. Сигналы нескольких датчиков, поочередно подключаемые

коммутатором к АЦП, далее поступают на параллельный порт микроко­нтроллера или микроЭВМ.

Обработка поступившей информации осуществляется в зависимос­ти от требований к ней в соответствии с программой, реализуемой алго­ритмом.

Количество отсчетов на протяжении одного периода промышлен­ной частоты 50 Гц определяется инерционностью используемых элемен­тов. Так, быстродействие АЦП (задержка 20 мкс) позволяет при измере­нии силы тока (три значения) и напряжения (три значения) получать 128 отсчетов на периоде по каждому сигналу. Суммированием этих сигналов можно получить действующие и среднее значения за период или боль­ший промежуток времени более точно, чем при аналоговом измерении при практически любой форме сигнала. Время усреднения сигнала при управлении соразмерятся с задержкой сигнала в цепи управления.

Эти сигналы с помощью коммутатора подключаются к аналого-цифровому преобразователю и поступают в микроконтроллер.

На выходе из микроконтроллера сигнал, время появления которого пропорционально разбалансу, усиливается и подается на тиристор сило­вого блока.

Программная часть системы.

Программа, реализующая алгоритм работы системы, размещается в I Г ЗУ контроллера. Схема алгоритма приведена на рис. 39.

Автоматически или вручную устанавливается заданная ступень напряжения трансформатора и задание тока регулятору 1_зад.

Перспективными датчиками тока являются датчики, использующие эффект Холла. Они могут измерять токи до 60000 А и имеют задержку т< 2-3 мкс.

При включении высоковольтного выключателя и нахождении пе­реключателя режима "Автоматический-ручной" в положении "Автома­тический" система начинает функционировать автоматически. Вычисля­ется разбаланс I, определяется соответствующая стадии зона нечувстви­тельности. При этом величина зоны нечувствителыюсти В меняется в зависимости от того, стоял или двигался исполнительный механизм. Когда параметр регулирования находится в пределах зоны нечувстви­тельности и исполнительный механизм находится в покое, зона нечув­ствительности больше ( В'' - рис. 40, рис. 41), чтобы избежать ненужных перемещений при малых разбалансах; когда исполиителъный механизм двигается, ликвидируя разбаланс, зона 11ечувствительности сужается, чтобы более близко подойти к заданному значению ( - рис. 40, рис 41).

В начале плавки токи фаз I равны нулю, возникающий разбаланс заставляет исполнительный механизм перемещать электрод вниз до ка­сания шихты (условие остановки электрода - I=0, U_ф=0 ). При этом электрод, первым достигший уровня шихты, остановится, так как при этом ток останется равным нулю (для его возникновения необходимо на­личие второй фазы, т.е. подход и второго электрода), напряжение фазы упадет до величины, близкой к нулю. Данный электрод не будет двигать­ся до тех пор, пока не появится ток в фазе. Предусмотрены форсирован­ные режимы перемещения электрода при коротких замыканиях (I^>Imax)и разрывах дуг (I = 0)а также остановка двигателя при отсут­ствии перемещения электрода (Uoc=0) и при наличии разбаланса (I неравно 0) - случай самопроизвольной остановки двигателя, например, при попада­нии непроводящих кусков шихты.

Наиболее важной для регулятора является его статическая характе­ристика - зависимость скорости перемещения электрода (двигателя) от величины разбаланса. Угол наклона этой линии к оси абсцисс опреде­ляет коэффициент усиления регулятора. Поскольку объект имеет пере­менный коэффициент передачи, изменяющийся по ходу процесса, то в принципе и регулятор должен подстраивать свой коэффициент усиле­ния и, соответственно, статическую характеристику под эти изменения. Обычно это осуществляется дискретно, при переходе от одной стадии к другой. Но даже внутри одной стадии на одной статической характерис­тике коэффициент усиления отличается в зависимости от величины раз­баланса.

Эти стадии характеризуются неустойчивоспъю горящей дуги на хо­лодный металл, в связи с чем возникают частые обрывы дуг и короткие замыкания. Основная задача регулятора в это время - быстрая ликвида­ция этих состояний, не допуская режима автоколебаний. Это обеспечи­вает пологость характеристики при небольших отклонениях от заданно­го режима и соответствующий характер отработки возмущений при зна­чительных разбалансах. Как указывалось выше, изменяется величина зоны нечувствительности В" и В' . Использование близких к макси­мальным значениям скоростей двигателей наряду с эффективным тор­можением (противовключением) позволяет быстро устранять возникаю­щие возмущения, в то же время не допуская "выбега" исполнительного механизма и предотвращая появление автоколебаний.

На рис. 41 приведена статическая характеристика регулятора для ста­дии закрытых Дуг, когда дуга, экранированная шихтой, горит на жидкий металл. В этот момент в печь вводится максимальная мощность. Стадия закрытых дуг характеризуется достаточно сильными возмущениями -продолжительными короткими замыканиями, вызываемыми обвалами шихты, которые во избежание срабатывания токовой защиты требуется устранять в кратчайшее время. Этому способствует соответствующий подъем на статической характеристике. Анализ сигналов тахогенераторов, с помощью которых измеряется частота вращения двигателей, и фак­тического напряжения, подаваемого на двигатель, позволяет диагности­ровать наличие токонепроводящей шихтыили неисправности механизма перемещения электродов и остановить двигатели: Uoc неравно 0 Uдв неравно 0 -ус­ловие остановки.

Во избежание пиковых бросков силы тока при включении двигате­лей используются специальные разгонные характеристики, что позволя­ет осуществлять плавный запуск двигателей.

На стадии открытых дуг форма статической характеристики также претерпевает изменения. В этой стадии практически отсутствуют корот­кие замыкания, связанные с обвалами шихты. Поэтому характеристика является практически пропорциональной. Зона нечувствительности ре­гулятора может быть еще меньше в связи с уменьшением градиента по­тенциала в столбе дуги.

Указанные статические характеристики находятся в памяти конт­роллера (в его банке) в виде таблиц, составленных с приемлемым шагом дискретности по разбалансу ∆I. Сигнал для перехода от одной статичес­кой характеристики к другой формируется вне регулятора, Это может быть сигнал датчика, сигнал переключения ступени напряжения или инициативный сигнал сталевара. Строго говоря, в таблицах содержится не непосредственно сигнал скорости или напряжения, подаваемого на двигатель, а угол зажигания тиристора или время от синхроимпульса, оп­ределяющего начало периода питающего тиристор напряжения φ(рис. 42). Очевидно, угол может меняться от 0 до 180° и чем он больше, тем меньше подаваемое на двигатель выпрямленное напряжение. Время при частоте 50 Гц изменяется от 0 до 10 мсек. Это время является заданием таймеру, на вход которого поступают импульсы от тактового генератора

контроллера и при насчитывании соответствующего времени из табли­цы таймер выдаст сигнал на управляющий электрод тиристора.

Билет 4 вопрос 2

2.1.5 Использование двигателей переменного тока в качестве исполнительных механизмов перемещения электродов

Двигатели переменного тока являются более экономичными, удоб­ными в эксплуатации, дешевыми «км двигатели постоянного тока. К то­му же они, не требуют дорогостоящих преобразователей переменного тока в постоянный. Главным их недостатком считалось невозможность в определенном диапазоне регулирование скорости вращения. В настоя­щее время разработаны способы частотного управления асинхронными двигателями взаимосвязанным изменением частоты f1 и напряжения пи­тания статора U1

Частотой f1 определяется значение скорости вращающегося поля статора ωo :

*-

где р-число пар полюсов. Соответственно, частотой f1 определя­ет и скорость вращения ротора (с учетом скольжения S ).Необходимость регулирования напряжения U1, в функции частоты f1, объясняет­ся следующим: ЭДС Е₁ обмотки статора пропорциональна частоте и по­току Ф : Е1=с .Ф.f1 .поэтому с*Ф=E1/f1.

При допущениях R1-сопро­тивление обмотки статора, XI - индуктивное сопротивление рассеяния).

Если изменять только частоту f1, то при ее уменьшении поток будет увеличиваться и двигатель насытится, а при ей увеличении поток бу­дет уменьшаться и следовательно, уменьшиться момент двигателя.

Дня получения постоянного максимальною момента Мк= const

Для изменения от 0 до номинального значения часто­та также будет меняться; .

Частотнос управление, основанное на взаимосвязанном ре­гулировании частоты и напряжения питания двигателя называют скалярным управлением. Скалярное управление обеспечивает удовлетворительные характеристики статических и "медленных" переходных режимов электропривода в ограниченном диапазоне регулирований (до 1:10), что впрочем оказывается достаточным для большинства общепромышленных электроприводов.

Более прогрессивным методом частотного управления асинх­ронным двигателем, обеспечивающим высокое качество статичес­ких и динамических характеристик электропривода в широком диапазоне регулирования, является векторное управление. Вектор­ное управление предполагает взаимную ориентацию векторов то­ка и потока в процессе регулирования. При этом контролируются величина и фазовый угол моментообразуюшей (активной) и потокообразующей (реактивной) составляющих тока статора. Для ана­лиза и синтеза алгоритмов векторного управления используются двухфазная модель обобщенной электрической машины и матема­тический аппарат координатных и фазных преобразований пере­менных.

Векторное управление применяется в высоко динамич­ных широко регулируемых электроприводах сложных произ­водственных машин и механизмов.

При управлении дуговыми печами вполне приемлемыми явля­ются частотные методы, основанные на взаимосвязанном регулиро­вании частоты и напряжения питания.

Обычно используются двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения или тока на осно­ве автономных инверторов. Такой преобразователь состоит из трех основных частей.

На рис. 44 В • выпрямитель, управляемый (тиристорный) или неуправляемый (диодный); Ф - фильтр постоянного напряжения; АИ - автономный инвертор.

Современные автономные инверторы напряжения выполняют­ся на основе либо тиристоров, либо биполярных транзисторов с изолированным затвором ЮВТ. Трехфазная мостовая схема инвер­тора представлена на рис. 45.

Основные элементы схемы: емкостной входной фильтр Сd включенные встречно-параллельно управляемые ключи VI...V6, диоды обратного тока Д1 ...Д6.

За счет поочередного переключения ключей VI ...V6 постоян­ное входное напряжение Ud преобразуется в переменное прямоу­гольно-импульсное выходное напряжение. Регулирование выход­ного напряжения может осуществляться двумя способами: ампли­тудными за счет изменении величины входного напряжения (М и широтно-импульсными (ШИМ) за счет программы переключения вентилей VI...Vб при Ud - const.

Пример получения из постоянного выпрямленного напряжения синусоиды показан на рис. 46. Как видно из рис 46. синусоида ап­проксимируется прямоугольными импульсами одинаковой ампли­туды и разной длительности.

Частота аппроксимирующих синусоиду импульсов 1 - 16 кГц. Чем выше частота, тем меньше искажения при аппроксимации и, соответ­ственно, потери в двигателе. Однако с повышением частоты увеличива­ются высокочастотные шумы и ухудшаются условия роботы ключей ин­вертора. Наиболее употребительный диапазон 2-8 кГц,

Аналогичные инверторы с мощными транзисторными ключами используются в настоящее время и для управления двигателями постоян­ного тока. Также используется широтно-импульсное управление, когда величина напряжения, подаваемого на двигатель, пропорциональна дли­тельности импульса. При частоте коммутации ключей 2-4 кГц получа­ется практически непрерывный ток якоря даже при малых значениях разбаланса и, соответственно, тока якоря двигателя перемещения электродовв ДСП (что практически недостижимо при использовании тиристорных усилителей).

Билет 5.