книги из ГПНТБ / Солодухо Я.Ю. Автоматика электроприводов непрерывных станов горячей прокатки

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

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-

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:

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

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:

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.

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

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

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.

грузки изменяется по синусоидальному закону /„ = ---^-кс- sin м/.