книги из ГПНТБ / Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками

МёЩёнии элёктрбДбб вниз cö скбрбстью Hè менее 2 м/мин и релейнбпропорциональную характеристику при перемещении электродов со скоростью не менее 3 м/мин (с реечной подвеской).

В задатчике мощности БЗМ преобразуются сигналы, пропорцио­ нальные силе тока и напряжению дуги. Этот сигнал, определяющий скорость электродвигателя Д перемещения электрода Э, поступает на вход полупроводниковых усилителей БУ, через блок регулиро­ вания зоны нечувствительности БРЗН, в которой подается в виде отрицательной обратной связи и напряжение на якоре электродви­ гателя. С выхода усилителя БУ сигнал поступает в блок импульсно­ фазового устройства БИФУ1 или БИФУ2. Среднее значение выпря­ мленного напряжения и скорость двигателя регулируются измене­ нием фазы угла отпирания тиристоров блока БТП. Сигнал обратной связи при движении электрода вверх ограничивается на определен­ ном, заранее заданном уровне блока БОС.

Если нет отклонений от заданного режима, то сигнал с выхода задатчика мощности отсутствует. Напряжение на выходе суммирую­ щих усилителей БУ равно нулю, исполнительный двигатель Д бездействует. При нарушении заданного режима в печи на входе блока БРЗН появляется сигнал, полярность которого зависит от характера нарушения (обрыва дуги или короткого замыкания).

Как только сигнал превысит порог зоны нечувствительности, на входе усилителей БУ появится напряжение. Один из усилителей начнет «закрываться», и на его выходе появится напряжение. Под действием этого напряжения начнет «открываться» один из комплек­ тов блока тиристорного преобразователя за счет уменьшения в нем угла регулирования а. Второй усилитель в это время остается открытым и углы регулирования в другом комплекте тиристорного преобразователя остаются максимальными и равными а тах. Дви-

40

гатель пеоемещения электродов начинает разгоняться, при этом растет напряжение обратной связи, снимаемое с сопроти­ вления.

При небольшом сигнале задатчика мощности скорость двигателя определяется разностью этого сигнала и обратной связи по напря­ жению двигателя, и система работает в зоне пропорционального регулирования. При большом сигнале с задатчика мощности, когда сигнал обратной связи ограничен стабилитроном СТ, регулятор работает в релейном режиме, что необходимо для устранения боль­ ших возмущений (например, коротких замыканий).

Зона нечувствительности регулятора устанавливается при по­

регулятора на ДСП-5 составил 16,5 тыс. руб., сократился период плавления на 15 мин и расход электроэнергии на 1 т жидкого ме­ талла в среднем на 7%.

ВНИИАчерметом совместно с заводом «Электросталь» разработан быстродействующий автоматический регулятор мощности типа СТУ-022, который обладает регулируемой зоной нечувствительности по силе тока в пределах 1— 10% и высоким быстродействием (время разгона и торможения двигателя не превышает 0,3—0,5 с). При этом скорость перемещения электродов составляет 3—4 м/мин и может быть доведена до 5—6 м/мин при использовании малоинер­ ционных двигателей с печатным якорем [14].

Быстродействие регуляторов СТУ-022 позволяет существенно уменьшить число отключений печного трансформатора при пере­

Регулятор состоит из измерительного блока ИБ, блока управле­ ния БУ, фазосдвигающего устройства ФСУ, блока тиристоров БТ, двигателя постоянного тока М с редуктором Р для перемещения

Напряжение подмагничивания Сзад, подаваемое на управляющую обмотку w3 дросселя Трі, меняет уставки заданного значения тока печи.

Блок управления регулятора БУ состоит из усилителя напря­ жения Уг, усилителя мощности УМ логических управляющих ус­ тройств ТЛ1, ТЛ2, устройства токового ограничения ТО и выпол­ няет следующие функции:

усиливает входное напряжение до величины, необходимой для управления блоком фазосдвигающего устройства ФСУ;

41

разделяет входной сигнал на два канала управления группами тиристорного преобразователя;

осуществляет, используя узлы токовой логики ТЛ1 и ТЛ2 раз­ дельное управление группами тиристорного преобразователя; огра­ ничивает силу тока двигателя М.

Блок фазосдвигающего устройства ФСУ предназначен для управ­ ления трехфазным нулевым реверсивным тиристорным преобразова­ телем Б Т и состоит из шести однотипных плат Ф, объединенных по три в катодную (Фг, Ф2, Ф3) и анодную (Ф*, Ф6, Фв) группы. Платы Ф служат для преобразования напряжения управления в крат­ ковременные импульсы, сдвинутые по фазе относительно анодного напряжения тиристоров.

Блок тиристоров БТ предназначен для преобразования пере­ менного напряжения сети в регулируемое постоянное напряжение для питания двигателя М, перемещающего электроды, и содержит шесть управляемых вентилей У Вг—УВв (две группы—-анодную

В схеме Б Т используются управляемые вентили типа ВКДУ-ЮО, максимальное амплитудное напряжение прямое и обратное состав­

с тахометрического моста подается на устройство ТО для ограниче­

42

ния силы тока двигателя и через регулируемые сопротивления R e и R7— на вход усилителя У ѵ

Нормальная работа тиристорного преобразователя при раздель­ ном управлении группами обеспечивается логическим управляющим устройством ТЛ1 и ТЛ2, которое запрещает открытие вентилей одной из групп преобразователя при протекании тока к другой группе, а также запрещает снятие управляющих импульсов с вен­ тилей группы, в которой протекает ток.

Логическое устройство ТЛ1 и ТЛ2 собрано на транзисторах, работающих в ключевом режиме. Команды на работу логического устройства поступают от датчиков тока ДТ1 и ДТ2, которые кон­ тролируют силу тока, протекающего через вентильные группы преобразователя БТ.

Устройство токового ограничения ТО представляет собой баланс­ ный усилитель, управляемый напряжением тахометрического моста. Выходное напряжение ТО, сравнивается с напряжением управле­ ния на входе усилителя УМ и, результирующее напряжение обеспе­ чивает также углы зажигания тиристоров, при которых сила тока двигателя М не превышает заданной величины.

Регулятор типа СТУ-022 работает следующим образом. При номинальном электрическом режиме на выходе схемы сравнения напряжение равно нулю. Падение напряжения на сопротивлениях R x и і?2 равны и противоположны по знаку. При этом фазосдвигающее устройство не формирует импульсов управления, тиристоры УВХ— УВв заперты, и ток в цепи якоря двигателя перемещения электрода отсутствует. При отклонении силы тока дуги от заданного значения на выходе схемы сравнения появляется напряжение разбаланса АU. Усилитель мощности УМ выдает сигнал ФСУ на формирование импульсов управления соответствующей выпрямительной группой УВ1—УВ3 (или УВ4—УВ6) тиристорного преобразователя. В ре­ зультате этого в цепи якоря двигателя М возникает ток определен­ ной полярности, и двигатель перемещает электрод в нужном напра­ влении.

При вращении двигателя появляется напряжение в диагонали тахометрического моста. Это напряжение суммируется с напряже­ нием А£/вх на входе усилителя Уѵ По мере перемещения электрода величина напряжения АUBX уменьшается до нуля, и двигатель останавливается.

В регуляторе СТУ-022 предусмотрено также ручное дистан­ ционное управление. При повороте ручки переключателя (не пока­ занного на схеме) размыкаются контакты IP А и 2РА реле автома­ тики, и сопротивления R u Р 2 подключаются к источнику питания.

тивные элементы регулятора унифицированы и взаимозаменяемы. Эксплуатация регулятора типа СТУ-022 на дуговой сталеплавиль­ ной печи ДСП-5 завода «Электросталь» и печи ДСП-100 Ново-Ли-

43

От большого насоса масло силовой магистрали через фильтр 9 по­ ступает в коллектор 11, из которого подается к следующим золот­ никам 4 и далее к гидродилиндрам 5. Избыток масла сливается через предохранительный клапан 8 в бак.

От малого насоса масло управления через фильтр 10, коллек­ тор 12 и дроссели 13 с регуляторами поступает в усилительные полости золотников. Избыток масла через предохранительный клапан 6 сливается в бак. Манометры 7 служат для настройки кла­ панов 6 и 8.

Измерительная цепь регулятора построена на принципе сравне­ ния напряжений, пропорциональных силе тока и напряжению дуги. Напряжение, снимаемое с сопротивлений R 3 и R t, через до­ бавочное сопротивление Rb, подается на управляющую катушку 14 золотника. Напряжение осцилляции подается на катушку от транс­ форматора Т через сопротивление Re;

Электромеханический преобразователь состоит из катушки 14, жестко скрепленной с иглой 15. Катушка перемещается в поле постоянного магнита 16. Игла перемещается во втулках и своим нижним концом в той или иной степени перекрывает калиброванное отверстие в диафрагме, в результате чего изменяется давление в камере управления 17 и нарушается равновесие между усилием от давления масла в управляющей камере и усилием пружины 18. Под действием разности этих противоположно направленных осевых усилий золотник перемещается. Регулирование скорости и изменение направления перемещения плунжера гидроцилиндра осуществляется изменением величины площади щелей в пазах в результате осе­ вого перемещения золотника 19.

Дуговые сталеплавильные печи емкостью 6, 12, 25 и 50 т, выпу­ скаемые Новосибирским заводом электротермического оборудо­ вания, оснащены гидравлическими механизмами перемещения элек­ тродов.

Применение гидропривода позволило упростить кинематику ме­ ханизма перемещения электродов, уменьшить габариты шахт, по­ скольку отсутствуют противовесы, улучшить управляемость печей. Исполнительный механизм стал быстродействующим, гибким, высо­ коточным. Поэтому появились новые возможности улучшения ка­ чества регулирования электрического режима и основных технико­ экономических показателей работы печей.

Принципиальная схема регулятора АРДГ показана на рис. 20 Сигнал, пропорциональный силе тока дуги, через трансформатор тока 1, задатчик 2, распределительный трансформатор 3 подается на обмотки возбуждения и управления двигателя с полым ротором 4. Сигнал фазового напряжения дуги подается от разделительного трансформатора 5 на обмотки возбуждения и управления двига­ теля 6. Конденсатор 7 обеспечивает сдвиг фаз между токами возбуж­ дения и управления, необходимый для появления вращающего момента

М = KUit/2 sin ф,

45

7

где U, — напряжение на обмотке возбуждения; U2 — напряжение на обмотке управления;

Ф— угол сдвига между токами обмоток управления и воз­ буждения.

При заданном режиме развиваемые двигателями моменты равны,

итак как они направлены в разные стороны, система неподвижна.

Вслучае разбаланса момент одного из двигателей становится больше, и система поворачивается. При этом сидящее на валу дви­ гателей зубчатое колесо 8, сцепленное с рейкой 9, обеспечивает установку управляющего золотника гидроусилителя 10. Последний вызывает соответствующее перемещение поршня силового цилин­ дра 11. Демпфер 12 является фильтром, не позволяющим системе реагировать на кратковременные возмущения. Гидроусилители упра­

вляются от вспомогательных насосов, развивающих давление до 13 кгс/см2. Энергия для перемещения электродов подается от насосно­ аккумуляторной станции (НАС), которая состоит из масляного бака, баллонов с индуктивными датчиками уровня, насосов и пластинча­ тых фильтров. Насосы включаются только при понижении уровня масла в баллонах, о чем сигнализируют датчики уровня.

Максимальная скорость перемещения электродов при автомати­ ческом регулировании задается дросселем 13.

На рис. 21 показана принципиальная схема работы распредели­ тельного золотника регулятора АРДГ.

46

Распределительный золотник 1 перемещается в гильзе 2, запрес­ сованной в корпусе 3. Своими кромками золотник 1 может частично или полностью перекрывать отверстие 4, через которое осуществляется подвод жидкости к цилиндру или отвод из цилиндра. Жидкость

Золотник 1 перемещается под действием разности двух осевых усилий: усилия слева от подводимой через отверстие 7 жидкости нагнетающего насоса, оказывающей давление на золотник 1 через плунжер 8, и усилия справа от подводимой в камеру 9 через отвер­ стие 10 жидкости управления (нагнетаемой специальным насосом), оказывающей давление на золотник / через промежуточный золот­ ник 11, соединенный жестко с золотником 12.

Давление жидкости слева равно давлению напорной силовой магистрали и является постоянным. Величина давления жидкости справа зависит от степени дросселирования ее между кромками управляющего золотника 13 и золотника 12 на пути от подводящего отверстия 10 к выходному отверстию 14 в камеру 9. Слив жидкости управления из камеры 9 осуществляется между кромками управ­ ляющего золотника 13 и промежуточного золотника 11 через отвер­ стия 15 и 16 и также сопровождается дросселированием.

Управляющий золотник 13 выполнен заодно с зубчатой рейкой, сцепляемой с шестерней 17, к которой приложены противоположно направленные моменты М г и М 2 от двигателей, питаемых напря­ жениями, пропорциональными силе тока и напряжению фазы печи. При номинальных значениях силы тока и напряжения моменты на электродвигателях уравновешиваются, а управляющий золотник остается неподвижным. При разбалансе силовой схемы сравнения управляющий золотник 13 перемещается в том или ином направле­ нии. При этом давление в камере меняется по величине, что вызывает соответствующее перемещение промежуточного «следящего» золот­

47

Для демпфирования системы предусмотрен поршенек 18, жестко связанный с рейкой через муфту 19 и перемещаемый в корпусе 20, в который через отверстие 21 и жиклеры 22 подается жидкость от насоса управления.

Пружины 23 при исчезновении питающего напряжения устанав­ ливают управляющий золотник 13, а следовательно, и распредели­ тельный золотник 1 в положение, соответствующее подаче неболь­ шого количества жидкости в силовой цилиндр, т. е. медленному подъему электрода. Утечки отводятся через отверстие 24.

Технические данные регулятора АРДГ на печи ДСП-25 при­ ведены ниже:

Как показал опыт промышленной эксплуатации, регулятор АРДГ обладает высоким быстродействием и чувствительностью, обеспечивает хорошее качество регулирования, повышение скорости перемещения электрода на подъем до 5 м/мин, а также более высо­ кие технико-экономические показатели.

48

Последние годы во ВНИИЭТО разработан современный регуля­ тор мощности типа АРДК (рис. 22) для дуговых сталеплавильных печей емкостью 1.5; 3 и 5 т с комбинированным приводом переме­ щения электродов [16]. Регулятор состоит из блока измерения нагрузки 1, гидроусилителя 2, микроаккумуляторов 3, насоса 4, масляного бака 5, электромеханического привода 6, гидравличе­ ского привода 7. Регулирование дугового промежутка осуществ­ ляется короткоходовым гидроприводом с очень высоким быстродей­ ствием (из системы регулирования по сравнению с регулятором АРДГ исключены большие действующие массы, сосредоточенные в трубопроводах длиной до 30 м и снижена упругость столба жид­ кости в гидроцилиндре).'

Электромеханический привод имеет двигатель большей мощности, что позволяет не ставить противовесов. Этот привод используют при ручном управлении и для шаговых перемещений в тех случаях, когда исчерпывается ход гидроцилиндра. Максимальная зона не­ чувствительности ±2,0%; время разгона 0,05 с; максимальная ско­ рость перемещения электродов 5—10 мйиин.

6. Автоматические регуляторы мощности с вычислительным или корректирующим устройствами для управления электрическим режимом

Самый совершенный регулятор мощности не может поддерживать заданный электрический режим в период перемещения электродов (что сопровождается образованием колодцев в шихте, подъемом уровня жидкого металла) вследствие ошибки слежения [17]. Ве­ личина этой ошибки тем больше, чем больше величина зоны нечув­ ствительности регулятора (при спуске электрода регулятор будет поддерживать мощность на уровне нижней границы зоны нечув­ ствительности); следовательно, будет происходить недобор энергии, при подъеме — на уровне верхней границы зоны нечувствитель­ ности — перебор энергии. В обоих случаях режим печи будет отли­ чаться от оптимального и ее экономические показатели (производи­ тельность и удельный расход электроэнергии) будут снижены.

Другой причиной, вызывающей отклонение режима печи от заданного, является неравномерное распределение мощности по фазам, что, как правило, сопровождается недоиспользованием мощ­ ности печного трансформатора, затягиванием периода расплавления и увеличением расхода электроэнергии.

Исследования, выполненные на 20 и 100-т дуговых печах, позво­ лили установить, что в течение плавки непрерывно изменяются активные и реактивные сопротивления токоподвода, напряжение сети и сопротивления дуг, которые носят случайный характер. Следствием этих изменений является заметное уменьшение полезных мощностей фаз и коэффициента мощности против расчетных зна­ чений [18].

Чтобы устранить указанные выше причины и улучшить показа­ тели работы печи можно применить специальное вычислительное