1. Микропроцессорные регуляторы электрического режима дсп: принцип работы, структурная схема, стат. Характеристики.

Статическая характеристика и структурная схема.

Статическая характеристика представляет собой зависимость выходной величины какого-либо объекта от входной в установившемся состоянии. При анализе системы регулятор часто рассматривается вместе с исполнительным механизмом.

На рис.1.3 представлена структурная схема системы регулирования.

Как видно из рисунка на регулятор вместе с исполнительным механизмом, двигателем постоянного тока(выделено пунктиром),поступает сигнал разбаланса ΔI=I-Iзад. Выходной величиной является скорость перемещения двигателя V или пропорциональная ей величина напряжения U,подаваемого на регулирующую обмотку двигателя. Параметр регулирования этого регулятора дифференциальный A=aI-bUф, но принимая Uф постоянным, т.е. не учитывая колебания сетевого напряжения, можно считать параметром регулирования ток. В данной работе фиксируется напряжение подаваемое на двигатель. Таким образом, статическая характеристика представляет зависимость U от ΔI (или от I, поскольку Iзад величина постоянная).

Схема замещения объекта.

Поскольку при управлении электрическим режимом в дуговой сталеплавильной печи имеем электрическую цепь, в которой, перемещая электрод, изменяем длину межэлектродного промежутка и, тем самым, его сопротивление и падение напряжения на нем, то можно составить электрическую схему с некоторым приближением, замещающую объект управления. Схема замещения объекта при работе с регулятором представлена на рис.1.1

рис.1.1 Схема замещения объекта.

R2-собственно задатчик разбаланса, управляется вручную, R3-изменяется “приводом электрода” через редуктор. Условие баланса: при любом положении ползунка потенциометра R2 должно сохраняться заранее заданное соотношение: R1/(R2+R3)=const

Билет 6 вопрос 1

Программное управление

Автоматические регуляторы поддерживают заданные значения тока или импеданса, но сами задания также как и ступени напряже­ния трансформатора определяются и вводятся либо вручную стале­варом, либо автоматически.

Автоматическое изменение напряжения, т.е. изменения мощ­ности, вводимой в печь, имеет давнюю историю. В 50-х юлах XX века появились программные устройства, которые изменяли элект­рический режим по определенной программе. Использование по­добных устройств определялось неэффективной работой обслужи­вающего печь персонала (особенно в вечерние и ночные смены). Программные устройства осуществляли переключение режима че­рез определенные временные интервалы или по израсходовании оп­ределенного количества энергии. Программы составлялись на осно­вании статистической обработки удачно проведенных плавок и по своему характеру являлись статическими. Они обычно варьирова­лись по группам марок стали, по каждой группе присутствовала жесткая программа, изменения в которой могли быть осуществлены лишь неоперативно, обычно перепайкой диодной матрицы.

Статические системы программного управления достаточно долго использовались на ряде заводов (системы ИЛУ. СПУ). Одна­ко подобное управление стало неэффективным при использовании высокомощных печей. Статические методы формирования прог­раммы базировались на некоторую усредненную плавку. Реальные плавки могли существенно отличатся от средней по характеру про­текания процесса, а при статическом управлении и в условиях вво­да большой мощности в печь возникали положения, приводившие к аварийным ситуациям. Так. например, неточное определение нача­ла стадии открытых дуг при расплавлении шихты могло повлечь за собой прожог футеровки или аварийное повышение температурь) охлаждающей панели воды.

Поэтому на смену статическим пришли динамические методы управления, основанные на "стадийном* представлении процесса расплавления.

Подобное "стадийное" управление основывается на предполо­жении о неизменности условий внутри стадий. Поэтому задача уп­равления сводится к определению границ стадий и выбору рацио­нальных электрических режимов для каждой стадии. Пример тако­го управления для периода расплавления в ДСП приводится ниже. В течение периода выделено 5 стадий: зажигание дуг, проплавление колодцев, стадия закрытых дуг, стадия открытых дуг, доплавление.

Первая стадия - заглубление электродов в шихту (рис. 47). В момент зажигания дуг. когда электроды еще не заглублены в шихту, излучение дуг может воздействовать на свод и футеровку стен. Длится стадия недолго - дуга сравнительно быстро экранируется шихтой. Для уменьшения облучения свода и футеровки стен, в эту стадию работают на сравнительно коротких дугах. Из-за малой дли­тельности об часто не выделяют, принимая во внимание ограниче­ния следующей стадии.

Вторая стадия - проплавление колодцев. В эту стадию также нельзя задать максимальные электрические параметры. Если вести плавку на больших токах, прожигаются узкие колодцы.

Электроды проходят колодец быстро, при этом образуется ма­ло жидкого металла, и электрические дуги могут повредить футе­ровку подины при отсутствии конечных выключателей, ограничи­вающих перемещение электрода. Кроме того, узкие колодцы мо­гут привести к поломке электродов из-за возможности их гори­зонтальных перемещений. Поэтому, на этой стадии работают на длинных дугах.

Третья стадия - стадия закрытых дуг или основная стадия. На ЭТОЙ стадии имеется возможность для введения максимальной мощности в печь; дуга горит на жидкий металл, а стены экраниро­ваны шихтой. Шихта интенсивно расплавляется как за счет излуче­ния дуг. так и за счет воздействия поднимающейся массы жидкого металла.

Четвертая стадия характеризуется наличием открытых дуг. В ней еще много нерасплавленной шихты, особенно на откосах, но шихта уже не экранирует дуги. Поэтому в эту стадию работают на коротких дугах.

Выделяют также пятую стадию, в течение которой происходит нагрев металла до заданной температуры. На этой стадии длина дуг становится ещё" более короткой.

В принципе каждая стадия определяет ограничения на ввод максимальной мощности в печь. Так, при зажигании дуг вводить ограничения вынуждает близость свода, при проплавлении колод­цев - прожигание слишком узких колодцев без образования ванны жидкого металла - в связи с этим потери мощности и вероятность поломки электрода; в стадию закрытых дуг - ограничений нет, в стадию открытых дуг и доплавления - свечение открытой дуги на стены печи.

Билет 6 вопрос 2

Существенной особенностью дугового разряда в ВДП является непрерывное перетекание расплавленного металла в виде капель

через разрядный промежуток. Это приводит к частичному шунти­рованию дуги каплями и снижению се сопротивления. При чрез­мерно короткой дуге возможно полное перемыкание дугового про­межутка - так называемое "капельное короткое замыкание'". Шунти­рование разряда каплями приводит к тому» что напряжение на дуге не остается неизменным, а имеет импульсные снижения.

В 1958 г. Изаксон-Демидов определил зависимость между ве­личиной межэлектродного промежутка и средним значением час­тоты (интервалов следования) импульсов напряжения дуги и ука­зал на возможность использования этой зависимости для целей регулирования дугового промежутка Зависимость эта носит нели­нейный характер и обусловлена вероятностными процессами пе­рехода катодного пятна на образующуюся каплю. Случайный ха­рактер процесса выражается в том, что для каждого конкретного межэлектродного промежутка при прочих равных условиях суще­ствует максимум кривой распределения интервалов следования импульсов напряжения.

Дисперсия интервалов зависит от абсолютного значения сред­ней частоты и от длины межэлектродного промежутка; абсолютное значение средней частоты импульсов колеблется от десятков до со­тен импульсов в минуту. Усреднение значений для получения близ­ких к наиболее вероятному Значению интервалов возможно лишь ад длительные промежутки времени.

Неравномерность распределения импульсов во времени не позволяет осуществлять регулирование непосредственно по час­тоте следования импульсов, так как это привело бы к хаотичес­ким колебаниям длины дуги вокруг заданного значения.

Поэтому сигнал, пропорциональный средней частоте следова­ния импульсов, используется для коррекции установки регуляторов по напряжению (регулятор АРДЦ) или сопротивлению печи (регу­лятор РВДП-9). В качестве корректирующего параметра частота следования импульсов используема _и в известных зарубежных разработках.

Однако частота следования импульсов имеет зависимость от длины дуги, а не от длины дугового промежутка. Но между дли­ной душ и дуговым зазором может быть большая разница, в за­висимости от положения катодного пятна на поверхности элект­рода, что иллюстрирует рис. 3, характерный для сильноточной вакуумной дуги, переметающейся но электроду с большой ско­ростью.

В условиях вакуумной луговой плавки электрическая дуга под воздействием магнитных полей может вытесняться на периферию электрода, что приводит к его неравномерному оплавлению и еще большему несоответствию между длиной, дугового промежутка и длиной дуги (рис. 3).

Кроме тою, как показывают многом меленные исследования, ха­рактеристики импульсов имеют сложную связь с дуговым зазором. На них накладываются влияния формы электрода, состояние ванны, температуры электрода, силы тока и некоторых других факторов.

По-видимому, влияние этих факторов чрезвычайно существен­но, в результате этого на многих печах, где установлены указанные выше регуляторы, отказались от коррекции по частоте следования импульсов из-за того, что регулятор в отдельных случаях растяги­вал длину промежутка, в других, наоборот, сужал до капельных ко­ротких замыканий.

Следствием этих причин явились также неудовлетворительные результаты (учитывал опыт эксплуатации регулятора ЛРДВ), кото­рые были получены при использовании другого признака, характе­ризующего дугу: формы и длительности импульса напряжения, воз­никающего при полном перемыкании каплей дугового промежутка. Если длина промежутка равна или меньше длины образующихся капель, то на вершине импульса появляется характерная площадка и длительность импульсов возрастает. В этом случае возможны воз­мущения тока и возмущения ванны металла даже при использова­нии стабилизированных источников питания. Анализ амплитуд им­пульсов, возникающих при полном шунтировании каплей дугового промежутка даст возможность получить информацию и об истин­ном напряжении на электродах печи, не зависящем от сопротивле­ния печи вне этого промежутка. Этот метод предназначался для обнаружения нижнего предела допустимой границы межэлектродного промежутка. Следует отметить также тс трудности, которые возни­кают при использовании в качестве параметра регулирования вели­чины, имеющей, статистический характер распределения импульсов. Необходимо определенное время усреднения и вследствие это­го запаздывание в регулировании особенно нежелательное при плавке малых электродов, где процесс изменения длины промежут­ка происходит относительно быстро, дисперсия импульсов, необхо­димость настройки - нахождение зависимости числа импульсов от данной марки металла и пр.

Принципиальное значение имеет также способ задания выб­ранных параметров регулятору. Исследования показали, что непос­редственное задание как сопротивления и напряжения, так и часто­ты следования импульсов не обеспечивает стабильных свойство слитков и не позволяют исключить субъективных факторов на каче­ство металла.

Единственным объективным параметром электропечи, не за­висящим от разброса свойств электрода, является длина дуги, отс­читываемая по перемещению электрода с момента появления тока в печи. Сопротивление, напряжение и частота следования импуль­сов должны определяться схемой автоматически при достижении заданной длины дуги. Зажигание дуги осуществляется опускани­ем электрода до короткого замыкания при заранее поданном на печь напряжении холостого хода. Следует отметить, что в подав­ляющем большинстве случаев зажигание дуги происходит без ко­роткого замыкания пробоем дугового промежутка. Расстояние между электродами, при котором происходит пробой, может сос­тавлять иногда, ветчину, сравнимую с дуговым промежутком при плавке. Это явление объясняется наличием острых выступающих неровностей электрода, где возникает концентрация поля, присут­ствием мелких частиц металла на поддоне, кусочков стружки и т.д., способных под действием поля перемещаться между электро­дами при их сближении. Отсчет заданной длины промежутка по перемещению электрода с момента появления тока дуги в таком случае теряет смысл. Однако другого способа объективного зада­ния геометрических размеров промежутка до настоящего времени нет.

Все это позволяет сделать вывод, что измерение длины межэле­ктродного промежутка во всех существующих системах регулиро­вания осуществляется со значительными погрешностями.