Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические установки. Лабораторный практикум
.pdf
Рис. 3.3. Схема электроснабжения одиночного ДСП емкостью
1,5–6,0 т: 1 – печь; 2, 5 – трансформаторы тока; 3 – печной
трансформатор, имеющий 12 ступеней напряжения со снятием нагрузки; 4 – реактор (в одном баке с трансформатором)
для ограничения токов КЗ и повышения устойчивости горения
дуги; 6 – высоковольтный выключатель для операционных и
защитных функций; 7 – разъединитель для видимого разрыва цепи; 8 – трансформаторы напряжения; 9 – измерительные
приборы для контроля режима печи и защиты установки от
аварийных токов КЗ мгновенного действия; 10 – разъединитель для шунтирования реактора в период плавки; 11 – приборы контроля и защит от перегрузки с зависимой уставкой вре-
мени срабатывания
3.3. Контрольные вопросы и задания
1. Каковы назначение и выполняемые функции в электрической схеме рис. 3.2 автоматических выключателей QF1, QF2,
QF3?
31
2. Каковы назначение и выполняемые функции в электрической схеме рис. 3.2 дросселя L?
3. Каковы назначение и выполняемые функции в электрических схемах ДСП печного трансформатора.
4. Изложите назначение и выполняемые функции блока А1
в электрической схеме рис. 3.2 и расскажите, как он работает.
5. Изложите назначение и выполняемые функции в схеме
рис. 3.2 конденсаторной батареи С.
6. Изложите состав и выполняемые функции электропривода 12 в электрической схеме рис. 3.2.
7. Поясните, как конструктивно выполняется шинопровод 7,
см. рис. 3.2.
8. Какие особенности имеют параметры печного трансформатора в сравнении с промышленными трансформаторами?
9. Опишите по электрической схеме рис. 3.2 операции по
подаче напряжения на электроды ДСП.
10. Изложите назначение трансформаторов ТА1, ТА2 и скажите, какие энергетические параметры измеряют приборы КИП,
см. рис. 3.2?
11. Почему необходимо применение гибкого кабеля 8, см.
рис. 3.2?
12. Как система автоматики ДСП обеспечивает заданное
значение тока через электрическую дугу?
13. Поясните как выполняется трубошина 9, см. рис. 3.2.
14. Какие типы электродов применяются в ДСП?
15. Какие требования предъявляются к параметрам короткой сети ДСП?
16. Изложите работу автоматики ДСП (см. рис. 3.2) при
увеличении задания тока в 1,5 раза.
17. Изложите работу автоматики печи (см. рис. 3.2) при
уменьшении заданного значения тока дуги в два раза.
18. Поясните работу электрооборудования электромагнитного перемешивания расплава в ДСП.
32
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
Изучение электрооборудования
и автоматики индукционных
канальной и тигельной печей
Цель работы: изучить назначение, устройство, принцип
действия элементов электрооборудования и автоматики индукционных печей, нагревательных и закалочных установок.
4.1. Краткие теоретические сведения
4.1.1. Электрооборудование и автоматика
индукционной канальной печи
Индукционная канальная печь (ИКП) получает питание
от электрической сети с промышленной частотой. Печи малой
и средней мощности с напряжением 220, 380, 660 В подключаются к внутризаводской сети электроснабжения, печи большой мощности – к подстанциям сети 6, 10 кВ.
Упрощенная принципиальная схема электрооборудования и
автоматики индукционной печи промышленной частоты представлена на рис. 4.1.
Силовое электрооборудование включает печной трансформатор TV1, разъединитель QS, автоматические выключатели
QF1, QF2, контакторы K1 … KN переключения секций конденсаторной батареи КБ, имеющей N секций. Вторичная обмотка
трехфазного трансформатора ТV1 имеет три независимых обмотки для питания трех ИКП – ЕK1, ЕK2, ЕK3. Кроме того,
силовое электрооборудование включает электропривода механизмов загрузки шихты в печь, поворота печи для разливки
выплавленного металла и ряд других вспомогательных механизмов.
Особенности печных трансформаторов рассмотрены в лабораторной работе № 3. Печные трансформаторы предназначены
для питания ИКП напряжением с промышленной частотой
(50 Гц). Применяются одно- и трехфазные силовые масляные
трансформаторы. Они имеют ступенчатое регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки.
33
Рис. 4.1. Упрощенная принципиальная схема электрообору-
дования и автоматики индукционной канальной печи
Трансформаторы мощностью до 1000 кВ⋅А имеют устройство ПБВ (переключение без возбуждения), а более 1000 кВ⋅А –
устройство РПН (регулирование под нагрузкой). Регулирование
электрической мощности ИКП производится изменением уровня напряжения вторичной обмотки печного трансформатора.
Для повышения коэффициента мощности ИКП применяют конденсаторные батареи, подключаемые параллельно
индуктору. В качестве примера на рис. 4.1 представлена дискретная система автоматического поддержания заданного
значения cosj
. Она включает конденсаторную батарею КБ
з
с N-секциями, регулятор коэффициента мощности – А1, блок
вычисления фактического cosj
– БВ, на вход которого по-
ф
34
даются измеренные с помощью трансформаторов TV3 и TA2
напряжение и потребляемый установкой ток. По результатам сравнения заданного значения cosj
с фактическим cosjф
з
регулятор А1 обеспечивает с помощью контакторов K1 – KN
и их контактов K1.1 – KN.1 подключение нужного количества
емкостей C1 – CN параллельно индуктору ИКП, чтобы в процессе плавки с заданной точностью выполнялось равенство
= cosjф. Кроме того, параллельно индуктору постоянно
cosj
з
подключена емкость C.
Контрольно-измерительные приборы. На стороне высокого напряжения печного трансформатора TV1 через трансформаторы напряжения TV2 и тока TA1 присоединены измерительные приборы – вольтметр PV, амперметр PA, ваттметр PW
и счетчик Wh активной энергии, потребляемой печью, и аппараты релейной защиты (не показаны). На стороне низшего
напряжения трансформатора TV1 через трансформаторы напряжения TV3 и тока TA2 присоединены вольтметр PV2 и амперметр РА2 для контроля режимов работы ИКП.
4.1.2. Электрооборудование и автоматика
высокочастотной тигельной печи,
нагревательных и закалочных установок
Тигельные печи, нагревательные и закалочные установки
питаются от источников электрической энергии со средней
и высокой частотой напряжения в диапазоне от промышленной частоты до 2500 Гц. В качестве источников применяются
электромашинные агрегаты, включающие электродвигатель
и специальный генератор переменного тока, валы которых механически соединены, а также электронные силовые преобразователи частоты. Индукционные тигельные печи типа ИСТ,
выпускаемые отечественной промышленностью, с питанием
от электромашинных агрегатов и тиристорных преобразователей частоты имеют следующие параметры:
• малой емкости – от 0,06 до 0,4 т, частота питания –
2400 Гц, потребляемая мощность – от 50 до 240 кВт;
• средней емкости – от 0,4 до 1,0 т, частота питания –
1000 Гц, потребляемая мощность – от 250 до 500 кВт;
35
• большой емкости – от 1,5 до 10 т, частота питания –
500 Гц, потребляемая мощность – от 1,5 до 3 МВт.
Для плавки чугуна применяются крупные индукционные
печи типа ИЧТ, работающие на промышленной частоте с емкостью 2,5, 6,0 т и потребляемой мощностью 720, 1250 кВт.
Источники питания нагревательных и закалочных установок имеют частоты питания индуктора от 150 до 10 000 Гц.
На рис. 4.2 представлена функциональная схема питания
индукционной тигельной печи, нагревательной или закалочной
установки от преобразователя частоты, подключенного к электрической сети цеха предприятия через автоматический выключатель QF. Преобразователь частоты UZ включает управляемый
выпрямитель УВ, подключенный к трехфазной сети переменного тока, сглаживающий индуктивно-емкостный фильтр Ф,
включающий индуктивность L, емкость С и инвертор И, выход
которого подключен к индуктору индукционной нагревательной печи ЕK.
Рис. 4.2. Функциональная схема электроснабжения
индукционной установки от преобразователя частоты
Выпрямленное выпрямителем УВ напряжение Ud сглаживается фильтром Ф и подается на вход инвертора И. Инвертор
преобразует постоянное напряжение U
ное синусоидальное напряжение U
в однофазное перемен-
d
, питающее индуктор уста-
и
новки ЕK.
Рассмотрим работу однофазного инвертора, выполненного на тиристорных ключах, принципиальная схема которого
представлена на рис. 4.3. Ключи инвертора могут быть выполнены на транзисторах.
36
Рис. 4.3. Принципиальная схема однофазного тиристорного
инвертора
Инвертор выполнен по мостовой схеме, в ветви которой
включены четыре тиристора VS1 – VS4. К одной диагонали моста подведено выпрямленное напряжение U
чен индуктор печи ЕK, имеющий индуктивность L
, а в другой вклю-
d
. Парал-
и
лельно индуктивности индуктора включен конденсатор C
(см. рис. 4.3), обеспечивающий компенсацию индуктивной
составляющей тока индуктора. Электронная система управления СУ, на которую поступают импульсы управления с частотой f, обеспечивает распределение импульсов по управляющим
электродам 1–4 тиристоров VS1 – VS4 так, что поочередно открываются пары тиристоров VS1, VS2 и VS3, VS4. При подаче импульсов управления (1, 2) на тиристоры VS1, VS2 они открываются, и их сопротивление между анодом и катодом равно
практически нулю, в то время как два других тиристора VS3,
VS4 закрыты, и их сопротивление между анодом и катодом равно бесконечности (разрыв цепи). При открытии тиристоров VS1,
VS2 напряжение источника U
приложено к индуктору установ-
d
ки и в цепи индуктора протекает постоянный ток I по контуру:
полюс источника напряжения + U
индуктивность индуктора L
ка напряжения – U
. Через время, равное половине периода T,
d
– тиристор VS2 – полюс источни-
и
– открытый тиристор VS1,
d
k
37
синусоиды напряжения на индуктивности индуктора печи, СУ
( ) ( ) ( )
135
ии и и
...,uu u u=+++
снимает импульсы управления с тиристоров VS1, VS2 и с небольшой задержкой подает их (3, 4) на управляющие электроды
тиристоров VS3, VS4. В результате тиристоры VS1, VS2 закрыва-
ются, а тиристоры VS3, VS4 открываются. Напряжение с выхода
выпрямителя U
с противоположной полярностью, чем в предыдущем случае,
L
и
будет приложено к индуктивности индуктора
d
и ток через индуктор протекает в противоположном направлении (см. рис. 4.3). Таким образом на индукторе формируется периодическое, имеющее прямоугольную форму напряжение с амплитудой U
, рис. 4.4.
d
Рис. 4.4. Графики напряжения на индукторе печи
Это напряжение можно разложить с помощью преобразования Фурье в виде суммы гармонических составляющих:
(1)
где u
, u
и
индуктора первой, третьей и пятой гармоник. Каждая
из гармоник напряжения создает ток, протекающий по ин-
дуктору индукционной установки.
На рис. 4.4 представлены основная гармоническая составляющая u
ставляющая u
напряжения составляет менее 13 % от основной. Индукционная установка с источником питания средней и повышенной
частоты оказывает электромагнитное влияние на питающую
(4.1)
(3)
(5)
, u
и
– гармонические составляющие напряжения
и
(1)
с частотой f = 1 / T и третья гармоническая со-
и
(3)
. Доля высших гармонических составляющих
и
38
сеть электроснабжения, генерируя высшие гармоники напряжения.
Питание индуктора печи от преобразователя частоты UZ
(см. рис. 4.2) позволяет регулировать уровень напряжения на
индукторе u
СУВ (сигнал u
управления инвертором СУИ (сигнал u
с помощью системы управления выпрямителем
и
) и частоту напряжения с помощью системы
у1
).
у
Для поддержания заданного коэффициента мощности установки в схеме применяется регулятор коэффициента мощности
с конденсаторной батареей, принцип действия которой рассмотрен в разделе 1.1.
4.2. Методика выполнения работы
1. Изучить состав и назначение электрооборудования и ав-
томатики индукционной канальной печи, см. рис. 4.1.
2. Изучить состав и назначение электрооборудования и автоматики индукционной тигельной печи, нагревательных
и закалочных установок, см. схему рис. 4.2.
3. Изучить принцип работы инвертора, см. рис. 4.3.
4. Изучить взаимодействие элементов электрооборудования и автоматики индукционных установок.
5. Составить отчет по работе с ответами на два вопроса или
задания, указанных в подразделе 4.3. (Конкретные номера
вопросов или заданий определяются преподавателем при защите работы.)
4.3. Контрольные вопросы и задания
1. Опишите операции подключения ИКП ЕК2 к электрической сети, рис. 4.1.
2. Почему в схеме электроснабжения ИКП необходимо применение конденсаторной батареи?
3. Сколько ИКП подключены к трансформатору ТV1 и для
чего это сделано? Назовите в схеме трехфазные и однофазные
участки сети.
4. По какой формуле в блоке БВ определяется коэффициент мощности и какие приборы для этого используются?
39
5. Какие энергетические параметры ИКП определяются
приборами КИП и какие можно вычислить, используя их?
6. Изложите как работает автоматика ИКП, поддерживающая заданное значение коэффициента мощности, если измеренный коэффициент мощности стал больше заданного.
7. Изложите как работает автоматика ИКП, поддерживающая заданное значение коэффициента мощности, если измеренный коэффициент мощности стал меньше заданного.
8. Каким образом изменяется тепловая мощность нагревательной установки с схемой электроснабжения, представленной на рис. 4.1 и 4.2?
9. Чем отличаются поверхностный и сквозной нагрев изделия и какой параметр источника электроэнергии влияет на режим нагрева?
10. Изобразите, как изменится диаграмма напряжения U
на рис. 4.4, если тиристор VS3 выйдет из строя (сгорит).
11. Дайте анализ достоинств и недостатков электромашинных агрегатов и электронных преобразователей частоты.
12. Изобразите, как изменится диаграмма напряжения U
на рис. 4.4, если тиристор VS2 выйдет из строя (сгорит).
13. Поясните, как в схеме рис. 4.2 изменяется напряжение
на индукторе.
14. Поясните, как в схеме рис. 4.2 изменяется частота напряжения на индукторе.
15. Изобразите, как изменится диаграмма напряжения U
на рис. 4.4, если частоту f на входе СУ рис. 4.3 увеличить в
1,5 раза.
16. Изобразите, как изменится диаграмма напряжения U
на рис. 4.4, если частоту f на входе СУ рис. 4.3 уменьшить в
1,5 раза.
17. Напишите уравнение для определения электрической
мощности, выделяющейся в индукторе индукционной установки, с учетом высших гармоник напряжения.
18. Изобразите, как изменится диаграмма напряжения U
на рис. 4.4, если тиристор VS1 выйдет из строя (сгорит).
и
и
и
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]