Регулирования напряжения в автоматизированных сталеплавильных печах

Из полученного результата видно, что снижение температуры и потребляемой энергии в ночное время приводит к увеличению потребления энергии в дневное время. Эта энергия необходима для прогрева здания до необходимой температуры (+20°С) в утренние часы.

Сравнение графиков (рис. 3 и 6, а также 2 и 5) показывает, что экономия тепловой энергии за счёт суточного регулирования составляет порядка 3,5-5%. Обычно для общественных и административных зданий подобный экономический эффект измеряется десятками тысяч рублей за один отопительный сезон. Следовательно, возможностями суточного регулирования нельзя пренебрегать, так как это ведёт к значительным энергосбережениям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ртищева, А. С. Моделирование теплового состояния здания с помощью программного пакета ТЯИЗУБ / А. С. Ртищева, Д. Р. Дубровский,

B. В. Кашланов, А. В. Матрёхин // Стройком-плекс Среднего Урала. - 2009. - №1-2. -

C. 44-46.

2. Ртищева, А. С. Создание трёхмерных моделей зданий и расчёт их теплового состояния с помощью программного пакета ТКЛЧБУЗ / А. С. Ртищева // Сборник материалов Молодёжного научного форума «Университетское образование: проблемы и перспективы», 24 января, 2009. - Ульяновск : УлГПУ, 2009. - С.416-420.

Ртищева Алёна Сергеевнау кандидат технических паук, доцент кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи и учебные пособия б области теплофизики и теплотехники. Кашланов Владислав Витальевич, студент энергетического факультета УлГТУ.

УДК 621.313.633.2

Г * ^ * * Гг ы * 4.1 I

И. Ю. МУЛЛИН

РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Рассматриваются вопросы автоматизации управления дуговой плавильной печи. На микроконтроллере реализована система регулирования силового тока, напряжения. Обосновываются преимущества регулятора напряжения на основе гииротно-импульсного модулятора.

Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь, регулятор напряжения, силовой ключ, широтно-импульсный модулятор.

При автоматизации дуговых сталеплавильных печей регулирование напряжения может осуществляться переключением обмоток трансформатора или применением тиристорного регулятора напряжения (рис. 1).

Применение тиристорного регулятора напряжения приводит к появлению гармоник в диаграмме выходного напряжения [1]. Амплитуда этих гармоник достаточно велика и зависит от угла управления тиристорами (рис. 2, а).

Предлагается регулировать первичное напряжение трансформатора с помощью широтно-импульсного преобразователя (ШИП). Это позволяет существенно увеличить частоту высших гармоник (рис. 2, б).

©Муллин И. Ю., 2010

ч Дифференциальные уравнения равновесия мгновенных значений напряжений в первичных и вторичных цепях трансформатора описываются выражениями

и А = 1л* А + 1АР1А + м лР1а

V в = 1вкв + 1ВРЬ + МВР1Ь и с = + 1ср!с + МСР!с

- мАР1А = 1аяа + ьаР1а + иа

~ М ВР1В = 1ЬКЬ + ЬЬР1Ъ +иь

- мср!с = ЛЛ + ^ср1с + ис J

где Я, Ь, /, и - соответственно сопротивление, индуктивность, ток и напряжение в соответствующей цепи;

А, В, С - индексы первичной цепи трансформатора;

Протокол

Гидронасос

Пульт оператора

Системы охлаждения

Промышленный контроллер

Регулятор напряжения

Термодатчик

Датчик-Холла

Микрокон троллер

Привод свода

Привод электрода

Привод пода

Рис. 1. Структурная схема автоматизированной

системы управления печи

Уп 1.2 1.0 0,8 0.6 0.4 0,2

V.

•

¿с шшат р • « 1 «чв^

1,2 1,0 0,8

0,6

0.4

0,2

Кр

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0.8.0,9 1,0

а

V,

Уз

УФ У> 4 \ # ф

р \ 7 • \ IV А . У •

О 0,1 0.2 0,3 0,4 0.5 0,6 0.7 0,8 0,9 1.0

б

КР

Рис. 2. Амплитудный спектр фазового управлеиия(а) и ШИП(б): КР - коэффициент регулирования, Уп - амплитуда гармоники п

а9 Ъ, с - индексы вторичной цепи трансформатора;

М - коэффициент взаимоиндукции обмоток трансформатора;

р - оператор Лапласа.

Преобразование системы уравнений (1) в векторную форму даёт выражения

и, = I1 К\ +1\ р]\ + Мр12 1

- - — >> (2) - Мр1\ = 12К2 + ^2р12 +

где 0 - векторная переменная.

После преобразований выражений (2) и известных допущений [3] получим передаточную функцию трансформатора по напряжению

щр)=кЫЛгТ\РкТР

Т2р + \

гд е'Кнлг =

Я

И

Т2=±

ян + я2 ¿2

Т\ =

, КТР =

м_

С02

Л, Ян + Я2 а 1

Я И - сопротивление нагрузки;

а) - число витков обмотки. Повышение частоты гармоник снижает потери на силовом дросселе и увеличивает энергоэффективность печи в целом.

Использование ШИМ-контроллера упрощает схему и снижает затраты на готовый продукт. Однако использование микроконтроллера вместо ШИМ-контроллера увеличивает функциональные возможности регулятора напряжения.

Сигналы задания с управляющего контроллера и обратной связи по току с датчика поступают па АЦП микроконтроллера. Микроконтроллер в соответствии с заданным законом управления формирует на своём выходе ШИМ-сигпал, который управляет силовым ключом. Управляющий контроллер регулирует величину тока плавки за счёт изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора. При этом микроконтроллер под управлением разработанной программы изменяет скважности выходных ШИМ-сигналов таким образом, чтобы обеспечить ток плавки, который будет соответствовать заданному. В соответствии с этим разработанная программа обеспечивает следящий режим работы системы регулирования по силовому току.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аверин, С. В. Сравнение способов регулирования переменного напряжения с помощью коэффициента регулирования/ С. В. Аверин,

Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 27-29.

2. Патент на полезную модель №94355 (1Ш). - Регулятор переменного напряжения / А. В. Доманов, В. И. Доманов, И. Ю. Муллин.

3. Ермаков, И. И. Динамика электрических процессов в трансформаторе с отрицательной обратной связью / И. И. Ермаков, В. В. Киселёв

// Проблемы С. 52-59.

энергетики. - 2009. - №5-6. -

Муллин Игорь Юрьевич, аспирант УлГТУ] ассистент кафедры «Электропривод и АПУ». Круг интересов: энергетика, компьютерные и микроконтроллерные системы управления и автоматизации.

УДК 62-83

С. Н. СИДОРОВ, В. С. ЖУРАВСКИЙ, Д. С. МИРОНОВ

ЛИНЕАРИЗАЦИЯ РЕВЕРСИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СПОСОБАМИ КОМПЛЕМЕНТАРНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Представлены новые алгоритмы управления вентильными комплектами реверсивного преобразователя, устраняющие проявления вентильной нелинейности в существующих схемах совместного и раздельного управления.

Ключевые слова: двухкомплектный реверсивный вентильный преобразователь; согласование регулировочных характеристик.

Разработке современных систем с двухкомплектными реверсивными вентильными преобразователями (РВП) препятствуют многочисленные проявления вентильной нелинейности в виде неполной управляемости, а также прерывистого тока нагрузки при раздельном или уравнительного тока при совместном способах управления вентильными комплектами [1-3]. Радикальное усовершенствование РВП требует идеального согласования регулировочных характеристик вентильных комплектов при равенстве не только средних, но и мгновенных напряжений на их выходах. Покажем, что идеального согласования характеристик РВП по (3-1)-фазиой мостовой схеме (рис. 1, а) можно достичь на основе так называемого комплемен-тарно-фазового управления [4]. Диаграммы рис. 2 поясняют новый способ на примере отработки указанной схемой гармонического управляющего воздействия ху(1). Полагается, что переключения осуществляются с помощью многоканальной системы импульсно-фазового управления (СИФУ) с одновременной подачей на тиристоры вентильных пар одной из двух симметрично располагающихся относительно точек естественной коммутации (ТЕК) последователь-

Сидоров С. Н., Журавский В. С., Миронов Д. С., 2010

VI (1 >

>/4

У3(1 )г У5С1} " '

У2С2)

{

№

Я

.укн

УЗГ2) у2(1}

т

У5(2}1

а)

а

б)

Рис. 1

ностей широких управляющих импульсов. Каждая из последовательностей может служить для фазового регулирования того или другого комплекта при одинаковых значениях средневы-прямленного напряжения, получив название комплементарных [2].Так как импульсы первой последовательности формируются в моменты равенства х/1) с развёртывающими сигналами убывающей формы хОП]