CC BY
9
Том 161
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО* ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1967
СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ СОЛЯНОЙ ПЕЧИ НА БАЗЕ ПОДМАГНИЧИВАЕМОГО ТРАНСФОРМАТОРА
В. П. ОБРУСНИК, м. А. ТЫРЫШКИН (Рекомендована научным семинаром электромеханического факультета).
Регулирование и стабилизация температуры отечественных соляных печей и ванн для термической обработки стальных изделий осуществляется с помощью релейно-контакториых схем. 'В основу процесса стабилизации положено периодическое отключение и включение (частичное или полное) напряжения питающего печного трансформатора в зависимости от того — выше или ниже контролируемая температура относительно заданной. Переключения осуществляются непосредственно в силовой цепи с помощью контакторов, что является причиной ряда недостатков таких схем, наиболее существенными из которых являются следующие:
1. Частый ремонт и большая амортизация силовых контакторов и промежуточных реле. Необходимость в постоянном наблюдении за работой системы.
2. Нарушение нормального технологического режима и даже аварии (взрыв перегретой соли) по причине перекоса и залипания контактов электромагнитных аппаратов.
3. Неудовлетворительная работа контрольно-измерительных приборов, вызываемая резкими изменениями электростатических и магнитных полей в печи.
4. Шум в цехе от работы контакторов, периодические толчки тока в сети, радиопомехи.
Названные недостатки являются крайне нежелательными при эксплуатации соляных нагревательных печей и ванн, особенно в условиях производств, где термическая обработка относится к главным участкам технологического цикла изготовления продукции. Они полностью устраняются при замене существующих релейно-контакторных схем бесконтактной системой регулирования на рис. 1, разработанной и апробированной в производственных условиях на печах СП-2-35 авторами данной статьи. Внешне схема отличается от известных лишь тем, что в ней нерегулируемый трансформатор заменен трансформатором, регулируемым подмагничиванием шунтов (ТРПШ), а электромагнитное промежуточное реле — магнитным реле (МР).
Релейный принцип управления в предлагаемой системе сохранен, что при большой тепловой инерционности печей (84-12 мин.) обеспечи-
вает более быстрое их нагревание и остывание в процессе стабилизации температуры, чем это возможно при непрерывном регулировании.
После разжигания и предварительного прогрева печи указатель У измерительного устройства, встроенного в измерительный прибор электронного потенциометра ЭПД, устанавливают на деление шкалы, со-
ответствующее заданной рабочей температуре. Жестко связанные с указателем камера фотосопротивлеиия ФС и осветитель ОЛ займут положение, обусловленное местом нахождения указателя (гм. рис. 1). Пока температура печи ниже заданной, стрелка прибора не завоняет направленный на фотоэлемент световой луч и сопротивление ФС минимально, ток в управляющей обмотке ТРПШ максимален, а напряжение на электродах соляной печи СП максимально. При достижении 94
заданной температуры или ее превышении, стрелка прибора заслоняет от фотоэлемента луч осветителя, фотосопротивление становится очень большим, ток в обмотке Ш магнитного реле резко падает и оно снимает напряжение с управляющей обмотки ТРПШ. Подведенная к печи мощность скачков уменьшается и печь начинает остывать; стрелка опять освобождает луч и процесс регулирования повторяется.
Система на рис. 1 дает возможность удобным и простым способом отключать в период остывания печи не все выходное напряжение трансформатора, а только часть его, достаточную для обеспечения снижения температуры. Это позволяет намного затянуть время остывания печи в процессе регулирования, а тем самым — уменьшить частоту подмагиичиваний ТРПШ, частоту толчков тока в сети и изменений электростатических полей ванны в несколько раз. Качество термообработки при этом повышается. Причем, сам процесс изменения названных величин происходит не резко, а плавно. Этому положительному фактору способствует электромагнитная инерционность ТРПШ и МР.
Экспериментальные кривые температуры печи СГ1-2-35 в установившемся режиме показаны на рис. 2. Жирная кривая получена в си-
стеме на рис. 1, при изменениях выходного напряжения ТРПШ от 0,6 до I номинального, тонкая — в релейно-контактной схеме, полностью отключающей напряжение на период охлаждения.
Трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунтов и магнитное реле, в отличие от контакторов и реле, которые теперь заменяются в ^хеме, при нормальной экспуатации имеют практически неограниченный срок службы. Их расчет и изготовление возможны в .любой электромастерской предприятия 1РПШ может быть выполнен по - любой известной конструкции 3-х фазным или групповым из трех однофазных ТРПШ, см. Н, 2]. Для опытной установки он был выполнен по конструкции на рис. 3 путем несложной переделки печного трансформатора ТНТ-35АО, к магнитопроводу с первичными обмотками которого добавлен шунт с катушками управляющей обмотки, а вторичная обмотка при тех же значениях числа витков и сечения сделана охватывающей оба магнитопровода.
Магнитное реле МР удобно выполнять на однофазном ТРПШ, у кото по обмотка обратной' связи №ос наматывается с числом витков, равным (1,1-г 1*07) \Ги или (1,15— 1,1) соответственно ее последовательному включению с первичной или вторичной рабочими обмотками.
Специфичными для бесконтактной системы регулирования температуры соляных печей являются расчеты сечения шунта ТРПШ и величины балластного сопротивления
Оптимальное сечение шунта 5„,0п определяет минимальную, най-денн\'ю из теплотехнических расчетов или опытно, мощность, которую ТРПШ должен отдавать печи в период остывания. Теоретические и экс-
\Нг И*
Рис. 3.
периментальные анализы показали, что значение 5Шоп. находится в пределах 0,754- 0,55. от сечения основного магнитопровода 50, если последний и шунт выполняются из одинаковой трансформаторной стали. При широком диапазоне рабочих температур
5Ш01 ™ (0,75-4-0,7) 50,
при работе печей на одной температуре,
Яшоп -=(0,6 : 0,55)50.
Параметры балластного сопротивления всецело зависит от трех величин допустимого обратного напряжения выпрямителя В> числа витков управляющей обмотки ТРПШ и максимальной индукции основного магнитопровода. Назначение Яа—погасить напряжение гармоник, кратных /трем. Для конструкций ТРПШ со вторичными обмотками охватывающими шунт и соединения рабочих обмоток по схеме Х/Л утроенное значение э.д.с. этих гармоник будет всегда в открытом треугольнике катушек обмоток подмагничивания, а их значение может быть опасным для вентилей выпрямителя В и обслуживающего персонала. Шунтирование управляющей обмотки сопротивлением обеспечивает свободное протекание токов гармоник, кратных трем, и резко снижает напряжение на ее выводных концах. Выполнение специальной короткозамкнутой обмотки для ликвидации э.д.с. этих гармоник нецелесообразно, так как требуются дополнительные затраты на ее изготовление, увеличивается вес, габариты и нагрев ТРПШ. Шунтирование же емкостью выходных концов обмотки управления еще более усиливает э.д.с. гармоник.
Пренебрегая влиянием всех гармонических, кроме третьей, что вполне возможно ввиду малого удельного веса ^первых, при расчете Нз можно воспользоваться выражениями для утроителей частоты, предложенными в ГЗ]. Если кривые намагничивания магнитопроводов ТРПШ аппроксимируются по формуле
Я = а5/грВ, (О
то для тока и индукции третьей гармоники его обмотки управления будет справедливо выражение
3 ]/""2"И7у /у3 = сс/ [в/г^з (с/гЯа + 2с/1^)+Ш?3 (яА/?а — (2)
где Яз = —безразмерные величины;
В и — максимальное значение индукции ¿Основной и третьей гармоники; а, р — коэффициенты аппроксимирующего уравнения;
I — средняя длйна силовой линии основного магнитопровода ТРПШ; й^у, /у3 — число витков и ток третьей гармоники управляющей обмотки.
Из выражения (2) для тока 3-й гармоники короткозамкнутой управляющей обмотки, когда Бз = 0, получим
( Я;
с1[5П1?я — 5Й "о
узк
3 У 2 IV,
(3)
а для разомкнутой обмотки, когда /уз = 0, найдем выражение 3-й гармоники индукции
Поскольку
то
■ 22*2
в
5Л/?а — 2 «Л ¿гЛЛа + 2 с\1 -у
1 + МКз 1 —
А,
(4)
(5)
(6)
2р е'
Зная величину В3 нетрудно найти суммарное значение напряже ния третьих гармоник на концах управляющей обмотки:
и
уЗо
= •0)3 «Вз^ш •
(7)
где ш3 — угловая частота 3-й гармоники, 5Ш — сечение^шунта. Рассматривая управляющую обмотку как генератор напряжения трехкратной частоты с внутренним сопротивлением
*укЗ
можно записать выражение для тока при любом значении балластного сопротивления Яс:
и,
уЗ
уЗо
V
(9)
Если считать, что напряжение на сопротивлении не должно превышать некоторое допустимое значение, то есть должно сохраняться условие
Гуз-Яб, (10)
ид0П —г I
то из выражений (9, 10) получим
П2 У2 доп уЗ
и2 — и2
уЗо доп
(11)
Опытная проверка показала, что выражения (3-М1) вполне приемлемы в инженерных расчетах величины Например, для опытной системы к печи СП-2-35, имеющей данные ТРПШ: их = 220-в, = 58 витк., 11^2 = 4 витк., 1Гу = 450 втм #у = 1,6 ом, 50 = 144 см2, = 100 см2, / = 62 см, 5 = 1,2 тл, сталь Э-42, при а=0,07 а/см, Р =4,72 1/тл, получены следующие расчетные и экспериментальные величины
^ уЗо (*) * со ¿'доп М (°м)
2040 3,4 ■ 30 8,8 Расчет
1900 3,2 28 8,8 Опыт
—7791
97
При выборе вентилей для выпрямителя В необходимо учитывать, что в течение одного полупериода переменные составляющие тока в управляющей обмотке будут протекать через вентили, минуя Яв . Поэтому, они должны иметь запас по току на величину, не меньшую чем 0,5/узк.
Эксплуатация описанной бесконтактной системы регулирования (рис. 1) в производственных условиях показала, что она может успешно заменять существующие релейно-контакторные схемы, намного превосходя последние по надежности в работе и простоте обслуживания.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. М. Б а м д а с, В. А. Сомов, А. О. Шмидт. Трансформаторы и стабилизаторы, регулируемые подмагничиванием шунтов. Госэнергоиздат, 1959.
2. А. М. Б а м д а с, С. В. Шапиро, О. Д. Г е т м а н е н к о. Определение оптимальных конструкций трансформаторов и автотрансформаторов, регулируемых подмагничиванием, и их расчет. Труды ГПИ, том XVIII, вып. 1, 1962. ,
3. Л. Л. Р о ж а н с к и й. Статические преобразователи частоты, Госэнергоиздат, 1962.
