книги из ГПНТБ / Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками

падение напряжения в токоведущих частях печи (штоке, электроде, слитке)

Проведенный анализ сравнения различных параметров регули­ рования показывает [12], что регулирование режима ВДП измене­ нием длины дуги даже при стабилизированной силе тока дуги по любому электрическому параметру (Un, Rn + Ra) не позволяет добиться стабилизации длины дуги, мощности в дуге и скорости плавки вследствие изменения по ходу плавки сопротивления расхо­ дуемого электрода. Для поддержания постоянной длины дуги необ­ ходимо вводить в регулятор сигнал коррекции, чтобы учесть изме­ нение сопротивления токоведущих частей печи в ходе плавки.

В качестве корректирующего в регуляторе по напряжению или по сопротивлению печи используют сигнал, пропорциональный средней частоте следования импульсов [96, 97].

На рис. 86 приведена блок-схема автоматического управления процессом плавки в ВДП, обеспечивающая стабилизацию силы тока / д и длины Ья дуги [12]. При зажигании дуги на выходе мостовой измерительной схемы появляется сигнал небаланса, который через регулятор длины дуги 2 включает привод перемещения электрода на подъем. Этот же сигнал запускает блок 3 отсчета заданной длины дуги Ь3. Последний в момент достижения L3 отключает регулятор 2 на все время прогрева. Программатор тока 4 постепенно изменяет уставку регулятора тока 5 и повышает / д до номинальной.

В момент начала расплавления расходуемого электрода появ­ ляются первые капли металла и первые импульсы напряжения печи. При получении сигнала включается блок автобалансировки 6, кото­ рый изменяет сопротивление R 2 измерительного моста таким обра­ зом, чтобы сбалансировать схему. После этого включается регуля­ тор длины дуги. При необходимости возможно дальнейшее повыше­ ние силы тока / д; далее регулирование ведется по сопротивлению печи. Через некоторое время включается блок коррекции уставки по частоте импульсов 7, который запоминает эту частоту, соответ­ ствующую заданной длине дуги, и далее определяет отклонение текущей средней частоты импульсов от той, которая соответствовала заданной длине дуги. В функции этого отклонения блок коррекции изменяет сопротивление R 2, т. е. уставку схемы таким образом, чтобы сохранить среднюю частоту следования импульсов напряже­ ния неизменной.

После окончания сплавления электрода дается сигнал на вывод лунки. При этом отключается регулятор длины дуги, а программатор тока постепенно снижает силу тока. В конце вывода лунки печь отключается. Таким образом, как и прогрев электрода, вывод лунки

180

происходит при неизменной длине дуги. В .случае возникновения ионизации блок подавления ионизации 8 дает сигнал или на умень­ шение длины дуги Ьд, или на отключение регулятора 2, что автома­ тически исключает растягивание дуги.

3. Автоматические регуляторы тока для ВДП

Регулятор тока должен обеспечивать программное изменение силы тока и стабилизацию ее на требуемом уровне. Поддержание неизменной силы тока в ВДП обеспечивается соответствующим воздействием на источник силового питания печи.

Применяют два типа таких источников: машинные преобразова­ тели типа ГПН, построенные по схеме двигатель переменного тока — генератор постоянного тока, и выпрямительные агрегаты на полу­ проводниковых вентилях типа ВАКП. Регулирование силы тока преобразователями типа ГПН осуществляется воздействием на об­ мотку независимого возбуждения или на обмотку самовозбуждения. Последний способ позволяет достигнуть большей точности регули­

181

рования. Вследствие инерционно­ сти преобразователей в таких схе­ мах питания не удается отрегули­ ровать быстрые возмущения, выз­ ванные капельными короткими замыканиями, «ионизацией» и др. Техническая характеристика пре­ образователей типа ГПН приве­ дена в табл. 15

сельсином в трансформаторном режиме, выходное напряжение ко­ торого пропорционально интегралу рассогласования. Напряжение сельсина через согласующий трансформатор подается на вход исполнительного магнитного усилителя.

Примером параметрического стабилизатора тока на полупровод­ никовых выпрямителях является схема источника питания, предло­ женная МЭИ.

Схема источника питания в однофазном исполнении приведена на рис. 88, а [12]. Принцип действия ее основан на том, что средняя точка резонансной цепи через сопротивление нагрузки подключается к третьей фазе трехфазной сети. При этом нулевая точка звезды фаз­ ных напряжений перемещается в соответствии с изменением сопро­ тивления нагрузки (рис. 88, б). Сила тока и напряжение на нагрузке описываются уравнениями:

іА ~ і г = const; (ѵі-7)

•

182

Величина емкости и индуктивности рассчитывается по формулам

где S — кажущаяся мощность, потребляемая нагрузкой

Iх_

С= соХ’ L = (О

Схема включения нагрузки постоянного тока через трехфазный трансформатор приведена на рис. 89.

Основным недостатком схемы является трудность регулирования ее выходных параметров. Синхронное изменение емкости и индуктив­ ности технически осуществить трудно.

Отечественной промышленностью разработаны и эксплуатируются серийные выпрямительные агрегаты, созданные ВНИИЭлектроаппарат и ХЭМЗ (г. Харьков). Агрегаты выпускаются на силы токов 12,5, 25 и 37,5 кА при одинаковом выходном напряжении 75 В.

Р и с . 89. Параметрический стабилизатор тока (а) и схема включения нагрузки постоянного тока через трехфазный трансформатор (б)

183

Р и с . .90.. Принципиальная схема стабилизированного по току источника питания ВДП на полупроводниковых выпрямителях (СФУ^ и С Ф У 2 — си­ стемы фазового управления; У — усилитель)

Принципиальная схема стабилизированного по току источника питания ВДП ца полупроводниковых выпрямителях изображена на рис. 90. Агрегатгсостоит из силового трансформатора Тр, вклю­ ченного по схеме с уравнительным реактором УР, дросселей насы­ щения ДРН, включенных в каждую фазу низкой стороны, группы кремниевых выпрямителей Д, смонтированных на водоохлаждаемых шинах, сглаживающих реакторов СРХи СР2.

Дроссел^-наоыпщния включены в печь каждой вторичной обмотки

сигнал от измерительного устройства. Трансформаторы постоянного тока ТП Т-1 и ТПТ-2 установлены на шинах выпрямленного тока каждой звезды, они служат для измерения выпрямленного тока звезды выпрямительной группы. Автоматический регулятор тока

І84

агрегата включает контур регулирования по суммарному току и контур выравнивания тока между выпрямительными группами.

Сила тока в каждой выпрямительной группе измеряется транс­ форматорами постоянного тока — измерительным элементом авто­ матического регулятора тока. Выходной ток измерительных Элемен­ тов поступает на суммирующий трансформатор постоянного тока ТПТ-3, а выходной ток с последнего— на элемент сравнения /ЭС, представляющий собой магнитный усилитель, в котором', сравни­ вается суммарная сила тока выпрямительного агрегата с сигналом задания.

Выходное напряжение усилителя МУХ, соответствующее откло­ нению силы суммарного тока выпрямительного агрегата от заданной через суммирующие элементы 1СЭ и 2СЭ, воздействует на обе группы каналов системы фазового управления, включающей блок фазо­ смещающего устройства и блок формирования импульсов, приводя действительную силу тока в соответствии с заданной.

Входные напряжения измерительных элементов ТП Т-1 и ТПТ-2 подаются также на элемент сравнения 2ЭС второго магнитного уси-; лителя, в котором эти сигналы сравниваются. Напряжение коррек­ ции, снимаемое с выхода этого усилителя, пропорциональное раз­ ности сил токов обеих выпрямительных групп, подается с разными знаками (± А U) на вход суммирующих элементов 1СЭ и 2СЭ, пред­ ставляющих собой эмиттерные повторители.

Схема обеспечивает стабилизацию силы тока с точностью 1—-2%.- Недостатком агрегата является низкий коэффициент., мощности. -

4. Автоматические регуляторы длины дуги для ВДП

Автоматические регуляторы длины дугового промежутка впервые в СССР были применены для печей типа ЦЭП. Перемещение элек­ трода в этих печах осуществляется одним реверсивным электродви­ гателем постоянного тока, управляемым по системе Г—Д элекгромашинным усилителем. В качестве параметра регулирования ис­ пользуется средняя величина напряжения печи. Эти регуляторы

по частоте импульсов типа ЦЭП-367М. Основной канал управления, осуществлял регулирование по напряжению на печи; сигнал Un усиливался усилителем и подавался на обмотку управления ЭМУ._ На другую обмотку управления подавался сигнал коррекции, про­ порциональный средней частоте следования импульсов напряжения,

К недостаткам регулятора ЦЭП-367М следует отнести неудачное конструктивное оформление схемы, применение аналоговых пррпорциональных усилителей, применение электронных ламп.

Для регулирования плавки в ВДП в Челябинском НИИ метал-, лургии разработан регулятор типа АРВДП-3, который успешно ис­ пользуется на нескольких заводах [98]. Регулятор АРВДП-3 пред­ назначен для вакуумных дуговых печей, питаемых от машинных гене­ раторов, он обеспечивает высокую точность стабилизации силы тока

185

источника, входящего в состав этого блока. Сигнал разбаланса цепи сравнения усиливается усилителями б и 5. На вход усилителя 6 подаются сигналы задания средней скорости и сигналы с блоков предупреждения 10 и 11. Когда сигнал разбаланса равен нулю, электрод перемещается со скоростью, равной средней скорости плавления, которую оператор печи устанавливает вручную перед плавкой.

Задание напряжения на реохорде потенциометра стабилизатора напряжения устанавливается или автоматически программно-за- дающим устройством 9, или вручную — от блока задания 8.

Блок предупреждения и сигнализации чрезмерно короткого 10 и длинного дугового промежутка использует импульсную характе­ ристику дуги, согласно которой частота импульсов дуги спонтанно увеличивается в области короткого дугового промежутка и умень­ шается в области длинного дугового промежутка. В области средних значений длины дугового промежутка частота импульсов не зависит от длины дугового промежутка.

ВНИИЭТО разработаны регуляторы типа РВДП-8 для вакуум­ ных дуговых печей. В этих регуляторах длина дуги задавалась геометрически: она отсчитывалась по перемещению электрода — вверх после возникновения дуги. В момент достижения заданной длины дуги измерительная часть регулятора автоматически балан­ сировалась при тех электрических параметрах, которые устанавли­ вались при заданной длине дуги. В регуляторах применялись мо­ стовая измерительная схема и регулирование по сопротивлению

186

печи, что позволяло проводить прогрев электрода и вывод лунки без нарушения баланса схемы. Предусматривалось также автомати­ ческое подавление ионизации сокращением длины дуги. Основной недостаток регулятора РВДП-8 заключался в том, что уставка регу­ лятора корректировалась по мере сплавления расходуемого элек­ трода по наперед заданной программе, что, естественно, не позво­ ляло точно поддерживать заданную длину дуги в течение всей плавки.

по частоте следования импульсов напряжения и введена компенсация катодно-анодного падения напряжения [95].

Опыт промышленной эксплуатации показал, что конструктив­ ное исполнение регулятора РВДП-9 не обеспечивает надежной его работы. Это объясняется прежде всего наличием большого числа контактных элементов — шаговых искателей, реле и др. Недоста­ точную помехозащищенность имеет система модулятор — фазочув­ ствительный детектор и блок коррекции [12].

Для ликвидации указанных недостатков создана новая, полно­ стью бесконтактная система регулирования процесса плавки в ВДП, получившая название АРДВ-Р2. Современные вакуумные дуговые печи оснащены автоматическим регулятором дугового промежутка типа АРДВ-Р2, разработанным ВНИИЭТО. Регулятор типа АРДВ-Р2 серийно выпускается Калининским заводом электро­ аппаратуры и выполняет следующие функции:

1)автоматически зажигает дуги;

2)останавливает электрод на время его прогрева;

3)сигнализирует начало расплавления электрода и автомати­ чески балансирует уставки с фактическим напряжением печи после окончания прогрева;

4)ликвидирует короткое замыкание и поднимает электрод на рабочей и маршевой скорости;

5)корректирует уставку напряжения и скорость подъема элек­ трода в зависимости от частоты следования импульсов напряжения, возникающих при шунтировании дугового промежутка каплями

плавящегося металла.

Автоматический регулятор типа АРДВ-2Р выполнен на стандарт­ ных типовых элементах «Логика-Т». Принцип работы регулятора АРДВ-Р2 наглядно иллюстрируется функциональной блок-схемой, приведенной на рис. 92.

Основной функцией регулятора АРДВ-Р2 является поддержа­ ние заданного напряжения печи перемещением расходуемого элек­ трода приводом на рабочей скорости. Напряжение печи Un подается

вблок формирования сигнала спуска электрода 3, где, пройдя фильтр низких частот Ф, поступает на один из входов устройства сравне­ ния УС. На другой вход устройства сравнения поступает напряже­ ние уставки (U3), предварительно промодулированное в модуля­ торе М.

При Un >■ U3 на выходе устройства сравнения появляется сигнал

ввиде коротких положительных импульсов. Этот сигнал преобра­

187

Вверх

зуется в преобразователе ПР в стандартные импульсы постоянного тока, которые управляют выходным усилителем спуска У3, воздей­ ствующим на канал спуска реверсивного усилителя мощности дви­ гателя рабочих перемещений электрода.

Следует сказать, что существует зависимость между величиной межэлектродного промежутка Lnp и средним значением частоты N или средним интервалом следования tcp импульсов напряжения печи, возникающих при полном или частичном шунтировании дугового промежутка каплями металла, стекающими с плавящегося электрода

188

следования импульсов, можно установить область оптимальной длины дугового промежутка, при которой не возникает интенсив­ ных капельных коротких замыканий и нет больших темновых уте­ чек на кристаллизатор и нет так называемой ионизации, склон­ ность к которой растет с увеличением длины дугового промежутка.

Существенным преимуществом, выгодно отличающим этот сигнал от среднего значения напряжения, является независимость среднего интервала следования импульсов от сопротивления электрода и переходных контактов. Весьма важным оказывается поведение этого сигнала при появлении разряда на боковой поверхности электрода.

Большая доля мощности, выделяющейся в таком разряде, вызы­ вает прекращение расплавления торца электрода и резкое снижение вероятности перехода дуги на каплю металла. В результате частота следования импульсов снижается весьма значительно, т. е. при появлении такого режима сигнал дает информацию, подобную той, которая наблюдается при увеличении длины промежутка.

Контроль значений среднего интервала следования импульсов осуществляется в регуляторе АРДВ-Р2 (рис. 92) блоками 4 и 5. В блоке 4 отбираются импульсы положительной амплитуды, превос­ ходящие установленный порог, и из них формируется стандартный по амплитуде и длительности импульс. Эти функции выполняет пороговый детектор—преобразователь ПД. Импульсы поступают на вход двоичного счетчика Сг. При появлении первых капель ме­ талла, вызывающих импульсы напряжения, счетчик заполняется и сигналом переполнения сигнализирует о начале систематического плавления электрода.

Таким образом, только с момента появления первых импульсов элементы блока 4 автоматически включают элементы блока 5, кото­ рые сравнивают значения текущих интервалов следования импуль­ сов с заданными минимальными ^min и максимальными tmax значе­ ниями.

Для контроля минимального интервала импульсы на вход ^min по­ ступают не с детектора-преобразователя ПД, а с одного из проме­ жуточных выходов пересчетной схемы. Контролируется не каждый интервал, а группа из нескольких интервалов. Необходимость в пред­ варительном пересчете вызвана тем, что даже при сравнительно длинных дуговых промежутках и спокойной ванне импульсы часто следуют не в одиночку, а группами. Существенным в этом случае являются среднее время и интервалы между импульсами.

После окончания воздействий элементов блока 5 электрод снова возвращается в прежнее положение и условия, вызывающие эти отклонения, могут быть восстановлены вновь. Поскольку воздей­ ствия на привод блока 5 носят релейный характер, а сам привод является интегрирующим звеном, неизбежны автоколебания. Для ликвидации колебаний и статической ошибки в регуляторе произво­ дится интегральная коррекция уставки напряжения. Уставка за­ дается блоком 7, состоящим из реверсивного счетчика PC со схемой знака суммирования ЗН и дешифратора код—напряжение Д, выход­ ной сигнал которого и является напряжением уставки. Коррекция

189