по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов (стр. 10 из 10)
Ведущие предприятия-изготовители, специализирующиеся в области электроприводов, выпускают в основном преобразователи частоты с цифровым управлением по схеме «неуправляемый выпрямитель – автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией». Приводы, выполненные на основе этих преобразователей, являются наиболее перспективными. В настоящее время выпускаются электроприводы на основе технологии «прямого управления моментом», позволяющие получать максимальное быстродействие, поэтому современные частотно-регулируемые электроприводы наиболее полно соответствуют требованиям, предъявляемым к электроприводам электродов.
Самые тяжелые условия эксплуатации электропривода перемещения электродов приходятся на период расплавления шихты. В этот период дуга горит нестабильно и регулятор мощности часто меняет задание на скорость двигателя для того, чтобы поддержать заданные напряжение и ток дуги. С другой стороны, на заключительных этапах плавки нет частых включений двигателя, так как дуга горит стабильно, т.е. периоды отключения преобладают над рабочими периодами электропривода.
При разработке регулятора необходимо правильно выбрать параметр регулирования, достаточно полно характеризующий отклонение режима работы ДСП от заданного.
Качество выплавляемого металла зависит от подводимой мощности электроэнергии. Регулирование активной мощности может быть осуществлено изменением напряжения печного трансформатора или перемещением электродов. Изменение напряжения производится вручную или автоматически переключением ступеней трансформатора, поэтому единственным каналом быстрого изменения активной мощности является перемещение электродов. При перемещении электрода изменяется длина дуги и, как следствие, напряжение дуги, сила тока и активная мощность.
Принципиально возможно построение регуляторов, поддерживающих один из следующих параметров на заданном уровне: силу тока дуги Iд; напряжение дуги Uд; сопротивление дуги Zд = Uд/Iд (или ее длину); активную мощность дуги Рд.
Однако все эти способы обладают недостатками, затрудняющими применение соответствующих регуляторов [2]. Наилучшие результаты дает регулятор, в котором в качестве регулируемого параметра принята разность
,где а и b – настроечные коэффициенты; Zд0 и Zд – соответственно заданное и текущее значения полного сопротивления дуги.
В дуговых электропечах обычно используется принцип регулирования «по отклонению». Для этого формируется сигнал ошибки как разность заданного и текущего значений регулируемого параметра:
,где I3 – заданное значение тока дуги; С – константа, соответствующая напряжению первой ступени трансформатора.
Далее сигнал ошибки, вычисленный для каждого электрода, используется в регуляторе мощности для формирования сигнала задания на соответствующий электропривод.
Регулятор мощности дуги при минимизации дисперсии тока состоит из линейной динамической части, синтезируемой, например, методами классического вариационного исчисления, и статической нелинейной части, которая формируется из следующих соображений. На стадии расплавления предлагается (в отличие от традиционной линейно-релейной) параболическая характеристика регулятора, чтобы система слабо реагировала на незначительные изменения тока дуги, но быстро отрабатывала резкие изменения режима, в том числе короткие замыкания и обрывы дуги. Вместе с тем на поздних стадиях плавки резких изменений режима не происходит, поэтому здесь желательно увеличить чувствительность регулятора с одновременным уменьшением максимальной скорости перемещения. Статические характеристики такого регулятора представлены на рис. 2.15. Здесь сплошной линией представлена характеристика регулятора на стадии расплавления, пунктиром – на стадии доводки.
Функциональная схема регулятора мощности дуги одной фазы приведена на рис. 2.16. Сигналы, пропорциональные току Iд и напряжению дуги Uд, поступают соответственно с трансформатора тока (ТТ) и трансформатора напряжения (ТН) на выпрямители тока (ВТ) и напряжения (ВН). Затем сигналы фильтруются фильтрами (Ф), после чего через аналого-цифровые преобразователи подаются на соответствующие входы программируемого логического контроллера (ПЛК), в котором согласно алгоритму работы регулятора рассчитывается задание на скорость двигателя, которое подается затем на привод ППЧ – АД.
Таким образом, регулятор мощности дуги, синтезированный по критерию минимума дисперсии колебаний тока, в сочетании с быстродействующим частотно-регулируемым асинхронным электроприводом в качестве исполнительного устройства позволяет повысить технико-экономические показатели, снизить потребление энергии и повысить коэффициент мощности ДСП.
Рис. 2.15. Статическая характеристика регулятора мощности дуги одной фазы в ДСП: ωп, ωс – максимальные угловые скорости подъёма и спуска электродов соответственно; δ – ширина зоны нечувствительности; m – коэффициент снижения скорости на этапе доводки
Рис. 2.16. Функциональная схема регулятора мощности дуги одной фазы в ДСП
Учитывая установленную высокую мощность таких объектов, можно рекомендовать использование аналогичного подхода при реконструкции и проектировании других электротермических установок, например рудовосстановительных, электрошлаковых и вакуумных дуговых печей, а также некоторых индукционных установок.
Заключение.
В заключение хотелось бы отметить, что приведенные примеры производственных механизмов и технологических процессов, а число их можно увеличить, подтверждают, что использование для них частотно-регулируемых асинхронных электроприводов с системой технологической автоматики позволяет повысить качество управляемых процессов в переходных и установившихся режимах и обеспечить существенные ресурсо- и энергосбережения.
Список литературы.
1. Энергосберегающий асинхронный электропривод // И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 256 с.
2. Автоматическое управление электротермическими установками / Под ред. А.Д. Сванчанского. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 416 с.
3. Актуальность проблемы энергосбережения в системе водоснабжения // Ежемесячная газета «Новости приводной техники». – М., 2001. – №6. – С. 6 – 7.
4. Бабокин Г.И. Энергосбережение в электроприводе конвейера // Изв. вузов. Горный журнал. – 2002. – №1. – С. 122 – 125.
5. Брасдавский И.Я., Зубрицкий О.Б., Ольков А.Е. Энергетика регулировочных режимов асинхронного электропривода при потенциальном моменте нагрузки // Изв. вузов. Электромеханика. – 1975. – №1. – С. 82 – 85.
6. Использование частотно-регулируемого электропривода в насосных станциях // Ежемесячная газета «Новости приводной техники». – М.: 2002. – №2(10). – Код № 10 – 6.
7. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод как средство энергосбережения / И.А. Авербах, Е.И. Барац, И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов // Энергетика региона. – Екатеринбург, 2002. – №2(45). – С. 34 – 35.
8. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. – Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.
9. Электропривод и автоматизация промышленных установок как средства энергосбережения / И.А. Авербах, Е.И. Барац, И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов. – Екатеринбург: Свердловгосэнергонадзор, 2002. – 28 с.
10. A.C. Technology Anticipated to Boost Sales in Variable Speed Drivers Market // EPE Journal, 2003. – Vol. 6, № 2. – P. 7–8.