CC BY
15
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.365:681.51
В. Н. НЕГОДА, В. И. ДОМАНОВ, А. В. ДОМАНОВ
т
ДИНАМИКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ДУГОВОЙ ПЛАВИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Рассматриваются вопросы динамики системы регулирования тока дуговой плавильной установки. Анализируются различные релсимы работы и их влияние на поведение системы регулирования. Приводятся экспериментальные данные и результаты моделирования динамических режимов системы.
Ключевые слова: динамика, дуговая плавильная установка, система регулирования тока.
Плавка в электродуговой плавильной печи осуществляется за счёт энергии дуги между электродом и металлом. Управление энергетическим режимом печи может осуществляться по двум каналам - изменением длины дуги с помощью перемещения электрода и изменением питающего напряжения. В работе рассматривается первый способ регулирования.
В процессе плавки изменяются параметры объекта управления, что приводит к появлению колебаний силового тока и может привести к обрыву дуги или замыканию электрода с металлом. На рис. 1 приведена структурная схема одноконтурной системы регулирования силового тока плавильной печи.
На вход системы регулирования тока поступает сигнал задания иЗАд.т- По цепи обратной связи с датчика тока с коэффициентом К0ст в узел суммирования поступает сигнал обратной связи иост- Сигнал рассогласования поступает на регулятор тока с передаточной функцией Мрт(р), а затем на обмотку электромагнита, управляющего работой пропорционального клапанного регулятора \\/1(р), который имеет нелинейную характеристику НЭ1. На выходе клапанного регулятора под действие управляющего сигнала изменяется расход жидкости, поступающей в гидроцилиндр. Он приводит к перемещению штока \У2(р), на котором закреплён подвижный электрод.
Рис. 1. Структурная схема одноконтурной системы регулирования тока
© Негода В. Н., Доманов В. И., Доманов А. В., 2009
На рис. 2 приведена осциллограмма силового тока на первой трети процесса плавки. На графике можно выделить несколько характерных участков:
- на первом (рис. 3) приведена осциллограмма стабильной работы системы с минимальным уровнем колебаний;
- на втором (рис. 4) показывается работа системы с возросшим показателем колебательности;
- на третьем (рис. 5) приведена осциллограмма работы системы с высоким уровнем колебательности.
Анализ приведённых графиков позволяет сделать вывод, что в процессе плавки изменение внутренних параметров системы приводит к
возрастанию колебательности.
Возникновение этих колебаний говорит о том, что их появление вызвано внутренними процессами, происходящими в электродуго вой печи в процессе работы. Известно [1], что напряжение дуги определяется формулой
ид^« + /?*/д., (])
где а - приэлектродное падение напряжения;
Р - градиент потенциала в столбе дуги;
/д-длина дуги.
В процессе работы а и (3 изменяются в 3-10 раз. Кроме того, в процессе плавки изменяется сопротивление шихты-металла 11х, что приводит к изменению электрической постоянной времени печи Тх.
1800
1440
1260
1060
Рис. 2. Осциллограмма силового тока на первой трети процесса плавки.
X - текущее время, с; У - ток, А
Рис. 3. Осциллограмма стабильной работы системы с минимальным уровнем колебаний.
X - текущее время, с; У - ток, А
1440
\ого
1350
1260
1800^-1710 1620 1530 1440
152.5
162.5
167.5
172 5
182.5
187 5
192.5
107 5
1800
260
Рис. 4. Осциллограмма работы системы с возросшим показателем колебательности
X - текущее время, с; У - ток, А
202 5 205 207.5 210 212.5 215 217.5 220 222.5 225 227.5 230 232.5 235 237 5 240 242 5 245 247 5 250
Рис. 5. Осциллограмма работы системы с высоким уровнем колебательности.
X - текущее время, с; У - ток, А
С целью анализа происходящих при плавке динамических процессов было проведено моделирование системы в программе \/ю8нп. Результаты моделирования, приведённые на рис. 6, 7, позволяют сделать следующие выводы:
- динамика моделируемой системы близка к динамике реальной установки;
- параметры, влияющие на динамические свойства системы, определены правильно.
Анализ системы управления и её моделирование позволяют оценить влияние величин а, [3 и И-х на динамику процесса:
- коэффициент а влияет на начальный участок характеристики (выход силового тока на заданный уровень);
- изменение коэффициента [3 (снижение) оказывает стабилизирующее воздействие на процесс плавки;
°1 025 0.5 0.75 1 125 1.5 1.75 2 225 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3 75 4 4 25 45 4 75 5
Рис. 6. Переходный процесс модели системы, эквивалентный режиму стабильной работы
системы с минимальным уровнем колебаний
Рис. 7. Переходный процесс модели системы, эквивалентный режиму стабильной работы
системы с высоким уровнем колебаний
- изменение сопротивления Ях (снижение) оказывает сильное дестабилизирующее воздействие;
- из всех трёх переменных величин а, (3 и И-х наибольшее влияние на динамику процесса оказывает Ях.
В продолжение анализа системы регулирования был проведён анализ устойчивости системы
и выполнено Э-разбиение в координатах [3 - Ях. Результаты приведены на рис. 8. Область устойчивости находится в зоне ЯХдоп - I - II - III. Линия I - II получена на основе Э-разбиения. Линии 11хдоп и II - III получены из условия изменения коэффициента (3
1 <(3< 10.
Рис. 8. О-разбиение в координатах (3 - Кх
Дополнительный анализ показывает, что с увеличением контурного коэффициента системы усиливается и ограничение (И-хдоп) на снижение
К-х
Р-х > Р-хдоп^ •
С уменьшением контурного коэффициента снижается ограничение (Яхдоп) на снижение Ях
Р-х > Р-хдоп'!' •
Анализ динамики системы регулирования тока дуговой плавильной установки говорит о необходимости применения специальных корректирующих узлов, учитывающих (компенсирующих) происходящие изменения в системе регулирования в процессе плавки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Свенченский, А. Д. Автоматическое управление электротермическими установками : учебник для вузов / А. М. Кручинин, К. М. Махмудов, Ю. М. Миронов; под ред. А. Д. Свенченско-го. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 416 с.
Негода Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» факультета информационных технологий УлГТУ. Имеет монографии, статьи и доклады по вопросам информационных технологий. Автор 7 изобретений.
Доманов Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет статьи и доклады по вопросам повышения качества автоматизированных электроприводов. Автор 7 изобретений.
Доманов Андрей Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет статьи и доклады по исследованию вентильных двигателей и оптимальному управлению.
