12. Выбор системы автоматического регулирования

12.1 Общая структура сар индукционной эту

Задача управления индукционной установкой состоит в получении нужного распределения температуры по сечению и длине нагреваемого изделия за заданное время.

Для обеспечения нужного конечного результата процесса целесообразно вести регулирование по технологическим параметрам нагреваемого образца, так как регулирование по температуре заготовки не всегда является приемлемым.

Таким образом, 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.

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.

Регулирование можно осуществлять:

1) с помощью изменения питающего напряжения;

2) изменения частоты;

3) изменения настройки контура;

4) изменения сопротивления контура.

Если по технологии необходимо снизить 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 включает 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;

3) Регулятор нагрузки, обеспечивающий согласование параметров источника питания и контура.

Конкретная структура системы управления определяется в основном чипом источника питания.

12.2 Регулятор электрического режима полупроводникового преобразователя частоты ппч

Система управления преобразователем (рисунок 12.1) состоит из блока управления инвертором (БУИ), блока управления выпрямителем (БУВ) и автоматического 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. Выходная система БУИ формирует управляющие импульсы, существующие в интервалах времени от, с помощью фиксации прохождения выходных сигналов через нуль и логической функции совпадения. Формированные выходной системой БУИ импульсы управляют работой двух генераторов пилообразного напряжения, блокируя один из них и запуская второй перед ним фронтом и сбрасывая второй и запуская первый задним 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 изменением частоты и напряжения. На рисунок 12.1 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 Е_01.

Система управления, регулирования и защиты (СУРЗ) преобразователя частоты (рисунок 12.2) 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).

Рисунок 12.1 - Структурная схема регулирования электрического режима

полупроводникового преобразователя частоты

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.[10]

СЗ должна отключать преобразователь при следующих видах аварии: 1) при нарастании тока I_d возникающем при коротких замыканиях и срывах инвертирования;

2) при нарастании инвертированного напряжения U_и, возникающем например, в динамических режимах.

Рисунок 12.2 - 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.