РЕГУЛЯТОР РЕЖИМА ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частности к устройствам для управления электрическим режимом дуговых печей постоянного и переменного тока с вертикально перемещающимся электродом, используемых для плавки стали, цветных металлов, ферросплавов и др.
Известен регулятор режима дуговой печи с перемещающимся электродом, содержащий источник питания печи, датчик обратной связи, блок задания регулируемой величины, механизм перемещения электрода, связывающий выходной вал электродвигателя с электродом, силовой преобразователь, связывающий источник питания двигателя с его обмотками, регулирующее устройство, подключенное выходами к входам силового преобразователя, и элемент сравнения, соединенный одним своим входом с выходом блока задания, вторым входом - с выходом датчика обратной связи, а выходом - со входом регулирующего устройства (Электрооборудование и автоматика электротермических установок: /Справочник/ Альтгаузен А.П. и др.; Под ред. А.П.Альтгаузена и др. - М.: Энергия, 1978, с.255-258).
Данное устройство содержит коллекторный двигатель постоянного тока, а силовой преобразователь представляет собой управляемый тиристорный реверсивный выпрямитель.
Недостатком данного устройства является сложность, обусловленная использованием тиристорного реверсивного выпрямителя, низкая эксплуатационная надежность, обусловленная использованием контактного (коллекторного) двигателя постоянного тока, а также более низкое быстродействие двигателя постоянного тока в сравнении с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
Известен также регулятор режима дуговой печи, содержащий источник питания печи, датчик обратной связи, блок задания регулируемой величины, механизм перемещения электрода, связывающий выходной вал асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с электродом, силовой преобразователь, выполненный в виде преобразователя частоты, связывающий источник питания двигателя с его обмотками, регулирующее устройство, подключенное выходами к входам силового преобразователя, и элемент сравнения, соединенный одним своим входом с выходом блока задания, вторым входом - с выходом датчика обратной связи, а выходом - со входом регулирующего устройства. (Электротехнический справочник: В 4 т.Т. Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. (гл. ред. А.И.Попов). - 8-е изд. испр. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2002. с.60-69).
Данное устройство, обеспечивая повышение надежности регулятора режима дуговой печи за счет замены коллекторного двигателя постоянного тока бесконтактным асинхронным с короткозамкнутым ротором, тем не менее, имеет высокую стоимость, обусловленную использованием дорогостоящего транзисторного преобразователя частоты, а также низкое быстродействие при реверсе двигателя, обусловленное отсутствием инверторного режима работы преобразователя частоты и необходимостью введения специальных тормозных резисторов, которые необходимо подключать к преобразователю для создания тормозного момента.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в уменьшении габаритов, снижении стоимости и повышении быстродействия регулятора режима дуговой печи.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем источник питания печи, датчик обратной связи, блок задания регулируемой величины, механизм перемещения электрода, связывающий выходной вал асинхронного электродвигателя с электродом, силовой преобразователь, связывающий источник питания двигателя с его обмотками, регулирующее устройство, подключенное выходами к входам силового преобразователя, и элемент сравнения, соединенный одним своим входом с выходом блока задания, вторым входом - с выходом датчика обратной связи, а выходом - с входом регулирующего устройства, согласно полезной модели силовой преобразователь выполнен в виде реверсивного коммутатора с блоками управления подъемом и спуском электрода, а регулирующее устройство содержит корректирующее устройство и трехпозиционный релейный элемент, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выходы - со входами блоков управления подъемом и спуском электрода соответственно.
Кроме того, предлагаемое устройство может включать в себя электромагнитный тормоз, обмотки которого подключены к обмоткам двигателя, а тормозной механизм кинематически связан с выходным валом двигателя.
На чертеже представлена функциональная схема регулятора режима дуговой печи.
Устройство для управления дуговой печью 1, состоит из силового преобразователя 2, выполненного в виде реверсивного коммутатора, например контакторов, силовые коммутирующие элементы которого соединяют фазы двигателя 3 с питающей сетью переменного тока. Управление реверсивным коммутатором 2 осуществляется от усилительных блоков управления подъемом 4 и спуском 5 электрода. Выходы блоков управления 4 и 5 подключены к входам управления силового коммутатора 2, а входы - к выходам трехпозиционного релейного элемента 6, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 7. Первый вход элемента сравнения 7 подключен к выходу блока задания 8, а второй - к выходу датчика обратной связи 9. Питание дуговой печи 1 осуществляется от источника питания 10, подключенного к электроду 11, перемещаемому с помощью механизма 12, подключенного к валу двигателя 3.
Кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено электромагнитным тормозом 13, обмотки которого подключены к фазам асинхронного двигателя 3, а тормозной механизм кинематически связан с валом двигателя 3.
Устройство работает следующим образом.
д
п
д max
п
д max
д, з
п
В начале работы печи, когда на все аппараты подано напряжение питания, электрод 11 находится в поднятом положении, что соответствует разрыву цепи питания печи, отсутствует электрическая дуга и, следовательно, в печи не протекает ток. Тем не менее при этом на выходе датчика обратной связи 9 (в рассматриваемом примере датчик обратной связи вырабатывает сигнал, пропорциональный напряжению на печи, т.е на дуге U) будет вырабатываться сигнал, равный напряжению печи U, т.е. U=U. Поскольку максимальное значение сигнала обратной связи U, соответствующее отсутствию тока печи и, соответственно, отсутствию электрической дуги, больше напряжения задания U, формируемого блоком задания 8, то на выходе элемента сравнения 7 появится сигнал ΔU<0, который, пройдя через трехпозиционный релейный элемент 6, включит через блок 5 силовой коммутатор 2 и, соответственно, двигатель 3 на спуск электрода 11. При этом электрод 11 будет опускаться до тех пор, пока не коснется загруженной в печь 1 шихты. Через цепь печи начнет протекать ток. Вследствие этого напряжение печи U понижается, на выходе элемента сравнения 7 появляется сигнал ΔU>0, который, пройдя через трехпозиционный релейный элемент 6, включит через блок 4 силовой коммутатор 2 и, соответственно, двигатель 3 на подъем электрода 11. Таким образом, осуществляется регулирование электрического режима дуговой печи. В те моменты, когда на двигатель 3 не поданы сигналы управления срабатывает электромагнитный тормоз 13, препятствующий самопроизвольному опусканию электрода 11 под действием собственного веса.
В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает более высокое быстродействие, благодаря исключению ряда инерционных элементов, повышает надежность системы, убирая коллекторные узлы, и понижает стоимость регулятора в целом, т.к. исключается дорогостоящий преобразователь частоты.