Регулятор режима дуговой печи


H05B7/109 - устройства для подачи электродов (H05B 7/107 имеет преимущество; устройства, в которых для автоматического управления мощностью движение электродов ограничено частью замкнутого контура H05B 7/148)
H02P25/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

 

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. Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении скорости и качества регулирования, а также повышение надежности регулятора режима путем исключения ненадежных элементов и инерционных элементов. Регулятор режима дуговой печи ДП состоит из силового преобразователя СП. Силовой преобразователь выполнен в виде реверсивного коммутатора, который соединяет обмотки двигателя с питающей сетью. Входы реверсивного коммутатора СП соединены с усилительными блоками подъема БУП и спуска БУС электрода, при помощи которых осуществляется управление. Входы блоков управления БУП и БУС соединены с выходами регулирующего устройства РУ. Регулирующее устройство содержит два функциональных блока - трехпозиционный релейный элемент ТРЭ и корректирующее устройство КУ. Вход регулирующего устройства соединен с выходом элемента сравнения ЭС. Первый вход элемента сравнения ЭС соединен с блоком задания БЗ, а второй с датчиком обратной связи ДН. Питание дуговой печи ДП осуществляется от источника питания ИПП, который подключен к электроду Э, удерживается электро до держателем ЭД, и приводится в движение при помощи механизма перемещения электрода Мех двигателем М. При необходимости устройство может быть снабжено электромагнитным тормозом ЭМТ, обмотки которого подключены к обмоткам двигателя M, а тормозной механизм кинематически связан с выходным валом двигателя. Для уменьшения нагрузок на двигатель M, а также для осуществления быстрых технологических перемещений, в системе предусмотрен пневматический цилиндр ПЦ. Перевод пневматического цилиндра ПЦ из режима противовеса в режим технологических перемещений осуществляется от блока задания БЗ. Одновременно с этим механизм перемещения электрода Мех отключается блоком задания БЗ от выходного вала асинхронного двигателя M при помощи электромагнитной муфты ЭММ. При необходимости устройство может быть снабжено полиспастом или его аналогом, который подсоединен между пневматическим цилиндром ПЦ и электрододержателем ЭД. 1 ил л.

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 корот-козамкнутым 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.

Известен также регулятор режима дуговой печи с перемещающимся электродом, содержащий 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 ко 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, силовой преобразователь выполнен в виде реверсивного коммутатора с блоками управления подъемом и спуском электрода, а регулирующее устройство содержит трехпозиционный релейный элемент, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выходы - со входами блоков управления подъемом и спуском электрода соответственно. (Патент на полезную модель RU 94393 U1, опубл. 20.05.2010).

Данное устройство имеет высокое быстродействие и низкую стоимость, однако, из-за использования одной фиксированной невысокой скорости перемещения электродов, настроенной исходя из условий устойчивости регулирования режима, отсутствует возможность ускоренного перемещения электрода во время технологических периодов (перепуск электрода, подъем перед сливом металла и т.д.), что вызывает повышенные потери времени и ведет к увеличению длительности плавки. Кроме того, из-за неуравновешенности перемещаемых масс в такой системе приходится резко завышать мощность двигателя.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в уменьшении габаритов регулятора режима дуговой печи, снижения потребляемой двигателем перемещения электрода мощности, а также сокращении затрат времени на технологические перемещения электрода. Кроме того, при аварийном отключении электроэнергии вся масса должна быть удержана тормозом приводного двигателя. Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи, состоит в усилении тормозного действия электрододержателя при форсировании технологических перемещений электрода и повышении безопасности и достигается тем, что известный регулятор режима дуговой печи, содержащий источник питания печи, датчик обратной связи, блок задания регулируемой величины, механизм перемещения электрода, связывающий выходной вал асинхронного электродвигателя с электрододержателем, силовой преобразователь, выполненный в виде реверсивного коммутатора с блоками управления подъемом и спуском электрода и связывающий источник питания двигателя с его обмотками, регулирующее устройство, содержащее трехпозиционный релейный элемент, подключенное выходами к входам блоков управления подъемом и спуском электрода, и элемент сравнения, соединенный одним своим входом с выходом блока задания, вторым входом - с выходом датчика обратной связи, а выходом - со входом регулирующего устройства, электромагнитный тормоз, обмотки которого подключены к обмоткам двигателя, а тормозной механизм кинематически связан с выходным валом двигателя, согласно полезной модели, снабжен пневматическим цилиндром с блоком управления, электромагнитной муфтой с механизмом соединения, при этом шток пневмоцилиндра соединен с электрододержателем, а вход пневмоцилиндра через блок управления соединен с блоком задания, электромагнитная муфта связывает вал асинхронного электродвигателя через механизм перемещения электрода с электрододержателем. Кроме того, предлагаемое устройство для уменьшения хода и нагрузки на пневматический цилиндр может быть дополненительно снабжено полиспастом или его аналогом, подсоединенным между пневматическим цилиндром и электрододержателем.

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 одному из выходов блока задания 8, а второй - к выходу датчика обратной связи 9. Питание дуговой печи 1 осуществляется от источника питания 10, подключенного электроду 11, удерживаемому электрододержателем 12 и перемещаемому с помощью механизма перемещения электрода 13, соединенного с валом двигателя: 3. Устройство снабжено электромагнитным тормозом 14, обмотки которого подключены к фазам асинхронного двигателя 3, а тормозной механизм кинематически связан с валом двигателя 3. Электрододержатель 12 имеет шарнирную связь с пневматическим цилиндром 15, который получает задания через блок управления 16 от второго выхода блока задания 8. При осуществлении технологических перемещений электрододержатель 12 отключается от приводного двигателя 3 электромагнитной муфтой 17, получая сигнал от блока задания 8.

Устройство работает следующим образом.

В начале работы печи, когда на все аппараты подано напряжение питания, пневматический цилиндр 15 переведен блоком задания 8 в режим противовеса, тем самым снижая нагрузку на приводной двигатель 3, а 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 Uд) будет вырабатываться сигнал, равный напряжению печи Uп, т.е. Uт max=Uп. Поскольку максимальное значение сигнала обратной связи Uд max , соответствующее отсутствию тока печи и, соответственно, отсутствию электрической дуги, больше напряжения задания Uд, з , формируемого блоком задания 8, то на выходе элемента сравнения 7 появится сигнал U<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 Uп понижается, на выходе элемента сравнения 7 появляется сигнал U>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, при этом пневматический цилиндр 15 работает в режиме противовеса, частично разгружая приводной двигатель 3. В те моменты, когда на двигатель 3 не поданы сигналы управления, срабатывает электромагнитный тормоз 14, препятствующий самопроизвольному опусканию электрода 11 под действием собственного веса. Для технологических перемещений приводной двигатель 3 отключается от электрода И электромагнитной муфтой 17, а пневматический цилиндр 15 переводится блоком задания 8 из режима противовеса в режим технологических перемещений.

В тех случаях, когда усилие на штоке пневматического цилиндра 15 становится значительным, в систему между пневматическим цилиндром 15 и электродом 11 может быть введен полиспаст, который позволит значительно сократить усилие за счет правильного подбора конфигурации и количества блоков.

В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает более высокое быстродействие, благодаря исключению ряда инерционных элементов, обеспечивает более высокую точность регулирования за счет применения жестких связей между элементами системы, повышает надежность системы, убирая коллекторные узлы, и понижает стоимость регулятора в целом, т.к. исключается дорогостоящий преобразователь частоты, а также снижается мощность приводного двигателя.

1. Регулятор режима дуговой печи с перемещающимся электродом, содержащий источник питания печи, датчик обратной связи, блок задания регулируемой величины, механизм перемещения электрода, связывающий выходной вал асинхронного электродвигателя с электрододержателем, силовой преобразователь, выполненный в виде реверсивного коммутатора с блоками управления подъемом и спуском электрода и связывающий источник питания двигателя с его обмотками, регулирующее устройство, содержащее трехпозиционный релейный элемент, подключенное выходами к входам блоков управления подъемом и спуском электрода, и элемент сравнения, соединенный одним своим входом с выходом блока задания, вторым входом - с выходом датчика обратной связи, а выходом - со входом регулирующего устройства, электромагнитный тормоз, обмотки которого подключены к обмоткам двигателя, а тормозной механизм кинематически связан с выходным валом двигателя, отличающийся тем, что он снабжен пневматическим цилиндром с блоком управления, электромагнитной муфтой с механизмом соединения, при этом шток пневмоцилиндра соединен с электрододержателем, а вход пневмоцилиндра через блок управления соединен с блоком задания, электромагнитная муфта связывает вал асинхронного электродвигателя через механизм перемещения электрода с электрододержателем.

2. Регулятор режима дуговой печи по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен полиспастом, подсоединенным между пневматическим цилиндром и электрододержателем.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Преобразователь частоты с широтно-импульсной модуляцией относится к частотно регулируемым электроприводам, в частности к преобразователям частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией и может быть использована в электроприводах ответственных механизмов тепловых объектов, например, котлоагрегатов, технологические режимы которых не допускают внеплановых остановок при кратковременных нарушениях электроснабжения.

Устройство управления двигателями переменного тока относится к частотно регулируемым электроприводам, в частности, к преобразователям частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией.

Схема трехфазного инвертора-преобразователя переменного и постоянного тока и напряжения относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве преобразователя постоянного, в частности - выпрямленного напряжения, в трехфазное синусоидальное в системах электроснабжения перспективных самолетов с полностью электрифицированным оборудованием (так называемых «полностью электрических самолетов»), а так же других транспортных средств.

Асинхронный электропривод электродвигателя с фазным ротором относится к электротехнике и может быть использован в электроприводах общепромышленных механизмов, например насосов, транспортеров, вентиляторов и др.

Схема станции управления и защиты (су) относится к области машиностроения и может быть использована в системах управления погружными электродвигателями глубинных скважинных насосов, применяемыми при нефтедобыче, а также в других областях народного хозяйства.

Система электромагнитных приводов линейного перемещения относится к измерительной технике и может быть использована в приводных координатных системах координатно-измерительных машин.

Электропривод с асинхронным двигателем содержит m-трехфазных мостовых инверторов, силовые входы которых подключены к положительному и отрицательному выводам источника питания постоянного тока, при этом выходы каждой из трех фаз инверторов объединены и подключены через соответствующий датчик тока к соответствующей обмотке статора асинхронного двигателя.

Прибор применяется для управления электроприводом магистральных насосов, установления необходимой скорости вращения и других заданных параметров, для увеличения качества и КПД работы.

Частотно-регулируемый электропривод представляет собой устройство, состоящее из электродвигателя, соединенного с преобразователем частот, предназначенное для регулировки частоты вращения ротора электродвигателей синхронных и асинхронных типов. Аккумуляторная батарея с резервным источником питания, входящая в состав устройства, позволяет улучшить производительность погрузчика любого типа (вилочного, паллетного и других) на широком диапазоне выполняемых работ при любых уровнях нагрузки.

Прибор применяется для управления электроприводом магистральных насосов, установления необходимой скорости вращения и других заданных параметров, для увеличения качества и КПД работы.

Электропривод с асинхронным двигателем содержит m-трехфазных мостовых инверторов, силовые входы которых подключены к положительному и отрицательному выводам источника питания постоянного тока, при этом выходы каждой из трех фаз инверторов объединены и подключены через соответствующий датчик тока к соответствующей обмотке статора асинхронного двигателя.

Система электромагнитных приводов линейного перемещения относится к измерительной технике и может быть использована в приводных координатных системах координатно-измерительных машин.
Наверх