10. Выбор системы автоматического регулирования
Задача управления индукционной установкой в общем случае состоит в получении нужного распределения температуры по сечению и длине нагреваемого изделия за заданное время.
При необходимости поддерживать тепловой режим с высокой точностью, а также при наличии значительных возмущений случайного характера используют САР с датчиками температуры. Однако температура поверхности нагреваемого образца, которая измеряется существующими датчиками, не всегда является достаточно представительным параметром регулирования. Поэтому в ряде случаев для обеспечения нужного конечного результата процесса целесообразно вести регулирование непосредственно по технологическим параметрам нагреваемого образца.
Таким образом, несмотря на многообразие технологий с применением индукционных ЭТУ и вытекающих из них требований, в общем случае задача САР сводится к стабилизации или управлению по программе или управления от внешнего параметра одним или несколькими параметрами, определяющими режим ЭТУ.
Общая структура, конструктивные и схемные особенности САР индукционных ЭТУ существенно зависят от типа источника питания.
Можно сформулировать две основные задачи управления электрическим режимом индукционных ЭТУ:
1) Поддержание максимально возможной мощности с ограничением параметров электрического режима областью допустимых значений;
2) Стабилизация или изменение электрического режима по внешнему параметру или по программе.
При решении этих задач приходится, как правило, использовать несколько видов управляющих воздействий.
Регулирование можно осуществляться с помощью различного рода управления: изменения питающего напряжения, изменения частоты, изменения настройки контура и изменения сопротивления контура.
Когда необходимо по технологии снижать потребляемую мощность по внешнему параметру, то это может быть выполнено как с помощью изменения частоты или настройки контура, так и при изменении напряжения. Однако в первом случае возможный диапазон изменения мощности ограничивается предельным током источника при изменении настройки и граничными значениями угла отпирания инвертора при изменении частоты. Поэтому в большинстве случаев регулирование мощности осуществляется с помощью изменения питающего напряжения.
Система регулирования электрического режима индукционной ЭТУ в общем случае должна включать в себя:
1) Регулятор, осуществляющий (граничное регулирование, стабилизацию или регулирование но внешнему параметру путем изменения питающего напряжения;
2) Регулятор, осуществляющий поддержание резонансной настройки колебательного контура путем изменения частоты или емкости;
Регулятор нагрузки, обеспечивающий согласование параметров источника питания и контура.
Конкретная структура системы управления определяется в основном чипом источника питания.
Регулятор электрического режима ППЧ
Система управления преобразователем (рисунок 10.1) состоит из блока управления инвертором (БУИ), блока управления выпрямителем (БУВ) и автоматическою регулятора. БУИ обеспечивает режим самовозбуждения инвертора, поддерживая заданное значение угла β между выходным током и напряжением в широком диапазоне изменения параметров нагрузки и частоты. Выходными сигналами БУИ являются кривая выходного напряжения u(ωt) и кривая u(ωt-π/2). Выходная система БУИ путем фиксации прохождения выходных сигналов через нуль и логической функции совпадения формирует управляющие импульсы, существующие в интервалах времени от (2n+1)π/4 до nπ. Эти импульсы управляют работой двух генераторов пилообразного напряжения, блокируя один из них и запуская второй перед ним фронтом и сбрасывая второй и запуская первый задним
Рисунок 10.1 - Структурная схема регулирования электрического режима
полупроводникового преобразователя частоты
фронтом. Пилообразные напряжения сравниваются, и в момент их равенства формируется импульс открывания тиристоров инвертора.
Автоматический регулятор электрического режима преобразователя частоты должен обеспечить, резонансное и граничное регулирование с помощью изменения частоты и напряжения. На рисунок 10.1 приведена структурная схема регулятора. Выходные величины U и I, а также дополнительные ограничения (например, напряжения на элементах схемы колебательного контура) подаются на блоки выбора наибольшего значения сигналов, с выхода которых на блоки сравнения с опорными напряжениями E01 и E02 поступает тот из сигналов, который больше. Это позволяет путем выбора уровня обратных связей осуществлять регулирование по любому из параметров с отсечкой - ограничением по остальным. С выхода блоков сравнения управляющий сигнал поступает на блоки управления БУВ и БУИ, обеспечивающие нужный угол управления α выпрямителя В и угол β (частоту ω) инвертора И. Характеристики блоков управления обеспечивают ограничения по нижнему значению угла α и по нижнему и верхнему значениям, угла β (частоты ω). Отсечки - ограничения вначале воздействуют на угол β (частоту ω ), а при выходе на нижнее или верхнее ограничения по частоте - на угол α. Это обеспечивается тем, что опорное напряжение Е02 несколько превышает напряжение Е01.
Система управления, регулирования и защиты (СУРЗ) преобразователя частоты (рисунок 10.2) должна выполнять следующие функции:
1) формировать импульсы управления тиристорами выпрямителя и инвертора: формирование осуществляется системой управления выпрямителем (СУВ) и системой управления инвертором (СУИ);
2) регулировать электрический режим преобразователя: регулирование производится системой автоматического регулирования (САР);
3) защитить преобразователь при авариях, защита осуществляется системой защиты (СЗ).
Из силовой схемы преобразователя на системы САР и СЗ подаются сигналы, пропорциональные основным электрическим параметрам преобразователя. САР в свою очередь воздействует СУВ и СУИ на фазу управляющих импульсов выпрямителя и на частоту управляющих импульсов инвертора. СЗ при повышении допустимых значений параметров отключает преобразователь, запрещая через СУВ подачу импульсов на тиристоры выпрямителя.
Возникающие в процессе работы преобразователя перегрузки по току и напряжению можно разделить на эксплуатационные и аварийные. Эксплуатационные вызываются непредвиденным изменением параметров в процессе нагрева. Они, как правило, медленно изменяются во времени и устраняются САР, использующей отсечки - ограничения тока и напряжения. Аварийные перегрузки вызываются повреждением в силовой части преобразователя и нагрузки. Они быстро увеличиваются во времени, что требует отключения преобразователя.[8]
СЗ должна отключать преобразователь при следующих видах аварии: 1) при нарастании тока Id возникающем при коротких замыканиях и срывах инвертирования;
2) при нарастании инвертированного напряжения Uи, возникающем например, в динамических режимах.
Рисунок 10.2 - Структурная схема управления, регулирования и защиты ППЧ.
Каждое звено ППЧ (управляемый выпрямитель, инвертор) связано с системой управления посредством размножителей импульсов управления (РИУ), основными функциями которых являются включение в общем случае группового соединения тиристоров и электрические разделения потенциалов силовой схемы и схемы управления.
11. эКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.