автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Применение микропроцессорных систем для улучшения качества работы электродуговых установок

моско веки Й

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

УДК [658.512.011.56 + 681.511.42] :669.041

Э Л Ь-Д Ж А РАМА Н И ВИСАМ

ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Московском ордена Октябрьско! Революции и ордена Трудового Красного Знамени институк стали и сплавов.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор КРАСНОПОЛЬСКИИ А. Е.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор НЕТУШИЛ А. В., кандидат технических наук, доцент ВАСИЛЬЕВ Р. Р.

Ведущее предприятие — ПО «ЦЕНТРЭНЕРГОЦВЕТМЕТ»

Защита состоится « 2£ » 1991 года в Нг часов и;

заседании специализированного совета Д-053.08.07 Москов ского института стали и сплавов по адресу: 117936, Москва В-49, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан « ¡0 » 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент Л. Г. СЕРГЕЕ1

=. Г ! 0Б1ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В прожшленности широко применяются

" '' ' ч \

I,'.электродуговке установки ОДУ), главным образом в металлур-

■рт^циН 1

----'"Тии и машиностроении для проведения высокотемпературных химических. реакций в кадкой, либо газовой фазе, подогрева газа и плавки различных металлов и сплавов-

Для аффективного управления ЭДУ требуется получение.информации об энергетических параметрах режима их работы. Применяемые в настоящее время аналоговые устройства обеспечивают получение информации о напряжении и ?оке дуги, однако возникают значительные сложности при вычислении мощности и особенно сопротивления дуги, которые усугубляется в установках переменного тока. В связи с этим представляется актуальным по-выиение объема и качества ин^рыации (точности, помехзащи-щенности и пр.) путем создания локальных измерительных систем на базе современной микропроцессорной (МП) техники.

Улучшение технико-экономических гоказателеЯ металлургических ЭДУ различного назначения монет быть обеспечено в результате развития систем автоматизированного проектирования (САПР). В таком аспекте актуальна разработка элементов САПР, ориентированных на использование микро-ЭШ. Цель работы. Повышение качества металлургических ЭДУ путем оснащения юс МП измерительной системой для сбора и подготовки данных о параметрах регулирования и создание элементов САПР.

В соответствии с целью работы были поставлены и реаены следующие задачи:

- Разработка и построение измерительной системы на базе

- л -

серийных Ш комплектов для определения основных параметров регулирования ЭДУ.

- Анализ влияния МП измерительной системы на устойчивость режима работы данной установки.

- Разработка в качестве элементов САПР алгоритма и программ расчета оптимального дросселя (или электромагнитного элемента ЭМЭ), включенного в основной контур ЭДУ.

Меюды исследования. В исследованиях, проведенных в диссертационной работе, использовались методы теории автоматического управления, теории чувствительности, системного анализа, математического программирования. Научная новизна работы состоит в следующем:

- Предложен метед анализа устойчивости "в малом" режима работы системы, при котором основной дуговой контур представлен как контур управления с обратной связью.

- Показано, что введение Ш устройства как звена чистого запаздывания ( 3X0,2 с) в контур регулирования не нарушает устойчивости системы "в малом". Наличие емкостного элемента, например в качестве фильтра, может привести к возникновению неустойчивости.

- Предложен общий метод расчета оптимального ЭМЭ как элемента основного контура ЭДУ. Метод позволяет представить ЭМЭ постоянного тока как эквивалентный ему ЭМЭ переменного тока

и дает возможность расчитывать ЭМЗ с учетом ограничений по потерям, температурному режиму и кратности аномальных токов, характерных для металлургических ЭДУ. Практическая значимость диссертационной работы:

- Разработана и построена на серийной элементной базе Ш

измерительная система для определения основных параметров регулирования ЭДУ, включающая схему управления АЦП с программным обеспечением.

- Разработана алгоритм и программы расчета оптимального ЭМЭ для основного контура ЭДУ, которые могут быть использованы в качестве элементов САПР установок данного типа.

- Результаты расчета промышленных ЭМЭ показали возможность снижения расхода активных материалов на 7%, мощности активных потерь на 20£ за счет оптимизации параметров.

- Применение результатов диссертационной работы в условиях национальной экономики обеспечит повышение технического уровня производства, улучшение условий труда, повышение качества и снижения сроков проектирования.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, приложений и списка литературы. Основной материал работы изложен на ¡¿в странигчх маиинописного текста, в том числе ¡с рисунков, 7 таблиц. Список цитируемой литературы включает наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении Показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель.работы, основные задачи исследования и результаты их решения.

Первая глава Посвящена анализу места, роли и классификации ЭДУ в металлургической промышленности, структуры основного контура птах установок, характера вольтамперных характеристик электрической дуги, существующих математических моделей дуги, выбора параметра регулирования и постановке задачи.

Металлургия является одним из ведущих звеньев в экономми-ке проыншленно развитых стран и одним из важных, находящихся на стадии развития, звеньев в национальной экономике. Широкое применение в металлургической промышленности получили электродуговые печи: дуговые сталеплавильные печи (ДШ), вакуумные дуговые печи (ВДД), дуговые плазменные печи (ДПЛ), дуговые печи сопротивления (ДОС) и др.

Обобщенная схема замещения основного контура ЭДУ включает в себя источник питания (ИП) и электрическую дугу, включенную последовательно с активным сопротивлением и индуктивностью. Возможно присутствие емкостных элементов, например в качестве фильтра.

В зависимости от назначения и мощности дуговой установки источником питания может сбужить обычный трансформатор (Ш переменного тока), трансформатор с выпрямителем (Ш постоянного тока) или с более сложной схемой (специальный ИП, например, параметрический). Дуга является нелинейным элементом, и в зависимости от условий работы установки и горения дуги (дуг) последняя может быть описана статическими или динамическими ВАХ. Статические ВАХ могут быть падающими (свободно горящая дуга постоянного тока; дуга струйного плазматрона) или возрастающими (при сжатии дуги газом в плазыатронах ДПП; дуга, гсрящая в разреженных парах металла в ВДП). Динамические ВАХ могут быть линейными, т.е. в виде прямей линии (дуга хорошо изолирована и мощна) и нелинейными в виде ломаной линии (дуга, горящая на металл) или в виде петли за подупериод (свободно горкшдя маломощны! дуга).

Активное сопротивление в схеме дугового конура является

суммой всех активных сопротивлений на пути тока дуги.

Индуктивность основного дугового контура является также суммой всех индуктивностей иуоюп^ися в контуре частей, включая индуктивность ЗШЭ, который является важным специфичным элементом электрооборудования каждой металлургической ЭДУ. ЗМЭ необходим, например в ДСП, для ограничепия бросков токов при пускслос и эксплуатационных коротких замаканиях, стабилизации горения дуги. Он используется довольно часто в агрегатах электропитания печных установок и входит в устройство любого регулятора и любого выпрямителя.

Основой математической модели дуги как элемента электрические цепи является энергетический баланс дути, так как тепловые процессы в ней относятся к наиболее инерционных и в основном предопределяют ее динамические свойства, В настоящее время известно множество таких математических моделей, как модели Кайра, Касси идр.

Наиболее достоверные характеристики (особенно динамические) действующих печей могут быть получены экспериментально. Для повышения технико-экономических показателей установки возникает необходимость измерения и контроля электрических параметров дуги, каждый из которых может быть использован в качестве параметра регулирования. Кроме того, элвктричесние измерения в дуговых электропечных установках имеет ряд особенностей, зависящих от условий работы печей: большие, резкие и частые колебания нагрузки печи, возникновения аномальных реяимов, несинусоидальность токов и напряжений, влияние сильных магнитных нолей га измерителыые приборы и цели. По-этему требуются особие способы контроля и измерения.

В настоящее время наиболее эффективное решение этой задачи возможно с помощью средств МП техники. Яри отоы за счет введения Ш системы (МПС) в контур регулирования могут бить обеспечены требуемые периодичность и точность измерения, возможность определения требуемого параметра, наиболее удобного для регулирования (таким параметром может быть мощность и сопротивления дуги), высокая помехозащищенность и др. Вторая глава Посвящена разработке ШС измерения, определению параметров регулирования и анализу устойчивости ЭДУ при применении ШС на только для измерения, но и для регулирования.

ШС разработана на базе серийного Ш комплекта К580 и моягт быть использована в цепях ш постоянного так и переменного тока. При ее разработке были поставлены и решены следующие задачи:

- Получение дискретных сигналов мгновенных значений напряжения к тока одной фазы дуговой цепи. Для этого подключены два аналого-цифровых преобразователя (АЩ1).

- Определение мгновенных, средних и действующих значений параметров дуги: напряжения, тока, сопротивления и мощности. Для этого разработано программное обеспечение.

- Исключение погревности разновременности. Для этого осуществлен аппаратно-программный синхронный запуск обоих АЩ.

- Точное определение периода, в течение которого проводится измерение путем синхронизации работы систеш с сетьи.

- Определение частоты измерения для получения достаточно васокой точности и приемлемого времени обработки путем выбора количества измерений ка один период напряжения сета.

При репении этих вопросов была разработана система управления Щ1 дня одной фазы дуговой цепи.

Каждый АЩ1 подключен к двум портам параллельного программируемого интерфейса. Сам Ш запускает эти два Aifi одновременно, потом ползает сигнал готовности, после чего начинается опрос АЦП. Считакние данные поступает в память МП и одновременно очи могут передаваться в ЭВМ более высокого уровня для дальнейшей обработки, контроля я прочее.

Для получения входных сигналов для АЩ1 была разработана в лабораторных условиях схема, формы напряжения и тока которой аналогичны формам напряжения и тока реальной дуги в наиболее устойчивом состоянии ео горения, и соответствуют предложениям, принятым Тельный для учета нелинейности дуги при расчете дуговой электрической цени (мгновенные значения напряжения дуги за время ее горения а капсдон полугэриоде принимаются равными постоянному значению). В этой схема предусмотрен резистор, сопротивление которого имитирует длину дуги.

Разработана программа, которая обеспечивает эффективное функционирование М!1С (программирование используешх интегральных микросхем, синхронный запуск обеих А1{П, определение моментов начала и конца измерения, выполнение операции ввода-вывода и др.) и реализацию алгоритма вычисления мгновенного, среднего и действующего значений параметров дуги (ток, напряженке, сопротивление и мощность), каждый из которых может быть использован в качестве параметра регулирования.

Однако при использовании MIIC для управления возникает запаздывание, которое является органически присущим ШС. Это связано с тем, что в любом случае нужно проводить измерения в течение цапого периода и затек обработку полученной информации, только после этого можно получить искомые значения. В свою

очередь время обработки информации может быть больше или ызньхе в зависимости от типа Ш1. Сравнение запаздываний, полученных в результате применения двух различных МП КР580 и KI8I0 показало, что наиболыаее время идет на расчет действую-цих значений параметров дуги (в КР580 - 80 мс, в KI8I0 -508 мкс). Более того, запаздывание увеличивается при применении программного способа повышения помехоустойчивости и, чеы слотшее будет программа, тем больие запаздывание.

Для оценки влияния запаздывания, получаемого в результате использования МПС в контуре регулирования, на устойчивость режима дуговой установки за основу била принята злектродуго-вая система постоянного тока, которую представили электрической схемой соединения активного двухполючника (ИП) и электрической дуги, и проанализирована устойчивость дуги "в малом" при наличии запаздывания между измерением ее параметров и реакцией цепи. При атом схему дугового контура с точки зрения теории автоматического регулирования можно рассматривать как замкнутую, так как изменение тока дуги приводит к некоторому изменению напряжения на дуге и на выходе ИП, а это в свою очередь вызывает изменение тока питания и дуги.

В этом случае наиболее удобно использовать критерий Найквиста для анализа устойчивости и предварительной оценки влияния запаздывания. Годографы Найквиста построим для рассматриваемой "условно" разомкнутой системы.

Б качестве »»тематической модели дуги принята энергетическая модель Майра, достаточно полно описывающая дуги с падающим характером ВАХ и учитывающая динамику изменения про-водчмостк дуги. Кроме того, для общности анализа предполага-

ется, что в схеме дугового контура может присутствовать емкостной элемент, что доеольно редко встречается на практике.

Процесс изменения токов и напряжений в такой системе мо-■жет быть описан коэффициентами передачи звеньев и Л'сис,

которые можно рассматривать как частные коэффициенты чувствительности (ЧКЧ):

Здесь ЧгСЧ дуги Я^д^д учитывает только непрсредственное воздействие приращения тока дуги ^¿д на приращение напряжения на дуге 5^'д, а ЧКЧ Ш /Х'с^с - только воздействие приращения напряжения Ш ^'с на приращение его тока Ь1с. Эти ЧКЧ представляют собой частотные характеристики дуги и Ш разомкнутой системы. Расчет ЧКЧ для Ж1 и дуги по их математическим моделям осуществляли аналитическим методом с помощь» гармонической линеаризации нелинейных уравнений.

Для определения амплитудно-фазовой частотной характеристики (АЗгЧХ) или комплексной частотной характеристики системы изменение тока дуги и изменений напряжения на ИП будем рассматривать как гармонические входные сигналы по отношению соответственно к дуге и И1. Тогда изменение напряжения на дуге и изменение тока ИП будут представлять собой по отношению к дуге и Ш ничто иное как ваходгае гармонические сигналы, той «е частоты а>, но с измененной амплитудой и фазой. Таким образом, производя соответствуйте преобразования, получим выражения для ЧКЧ дуги и Ш в виде комплексных частотных функций:

А1Уд(М « Зо/ 1)о . а1, вп );

А<>с(М . и0/ Ъ . &.....{2}

где а1, а,,) к $1-, .... &>) - параметры электрической дуги у. ИИ с прчнятыми моделями. Эти функции могут бить использованы для расчета и построения часто шо го годографа НаЯканста разомкнутой системы "ИП - дуга" без Ш1С:

= Л^ д(-Ц . Я<>с(-Ь) (3)

А5ЧХ данной разомкнутой системы о МПС будет иметь вид:

= . ехр(-.)^1Г> (4)

Выражение (3) позволяет по виду годографа, судить о влия-

«

нии того или иного параметра на устойчивость исследуемой системы (рис. 1). Выражение (4) - о влиянии запаздывания»

Исследование показало, что система как с запаздыванием, так к без него может быть устойчива только при выполнении условия Кауфмана (Р, „йд )> 1, где Сд - проводимость дуги в рабочей точке). При этом по характеру годографа Найквяста можно показать, что запаздывание на систем, не содержавшую емкостного элемента, влияния не оказывав?. А при наличии такого элемента система может оказаться в состоянии неустойчивости. 8 ' таком случае уменьшение влияния запаздывания может быть обеспечено учетом параметров 'короткой сети и, при необходшюсти включением некоторого стабилизирующего дросселя. Третья глава Посвящена разработке общей методики расчета оптимального ЭИЭ, которая позволяет сделать ЭМЭ возможно меньших размеров, массы, стоимости, с ишимальнши потерши при сохранении или улучпекии эксплуатационных качеств; соэяакиэ элементов САПР в виде алгоритма и программ расчета на ЭЕМ.

Состазкши остями ЭМЗ являются мапштопоовод и кч.тукки.

¿-RGa <1

Рис: í

Ыагнитопровод долкек иметь воздушный зазор для обеспечения рабочего тока определенного значения и требуемой кратности пускового и аномального тока.

В зависимости от назначения и схемы вклсчения к ЭМЭ предъявляется комплекс требований, в том числе по массогаба-ритным и экономическим показателям, которые существенно ограничивают выбор типа конструкции. В производстве ЭМЭ используются различные модификации ыагнитопровода, основой которых являются П-образная и 111-образная форш.

Основными исходными электрическими параметрами при конструировании и расчете ЭМЭ являются: ^э - действующее напряжение; 1- действующий тока; {- частота питающего напряжения; Кф - коэффициент формы напряжения; и в зависимости от уровня применяемой технологии выбираются технологические коэффициенты: Ко ~ коэффициент заполнения сталью пакета магни-топровода и Км - коэффициент заполнения обмоткой окон ыагнитопровода. Характеристики стали магнитопровода, проводов обмотки, изоляция и т.д. - считаются известными.

В результате расчета получиа геометрические размеры маг-нигопровода и катушки ЭМЭ, число витков катушки, значения двух электрических величин: амплитудное значение магнитной индукции В/т, и плотности тока в обмотке J .

Все эти величины связаны уравнением электромагнитной индукции, законом полного тока и геометрическими соотношениями ЭМЭ. При этом независимыми параметрами являвтся Вю , J, и три безразмерных конструктивных коэффициента тк, пк, ек.

В зависимости от назначения и условий работы к ЭМЭ предъявляется ряд требований п виде ограничений:

1) по допустимым потерям Рэ¿Рэ.доп;

2) по допустимой температуреДТ доп;

3) по допустимому току в аномальном реииме Тан ^ I ан.доп

По геометрическим параметрам и безразмерным отношениям пк, ек могут быть найдены экономические показатели ЗМЭ Э(щк, пк, ен, Вт, Л): общий объем активных материалов -(V=Vк + Ум, где Ум = А. м.Нз - объем стали магнитопровода; \/к = А. к.Км - объем обмоточного материала), общая масса, общие мощности потери, стоимости активных материалов.

Оптимальным является ЭМЭ, параметры которого соответствуют минимуму целевой функции Э, за которую может быть принят один из экономических показателей. Целевая функция Э представлена в виде произведения двух множителей:

Э = А (В^ , Л ) . ¿?(«к, пк, ек); (5)

где 5/к + X X - коэффициент оптимизации.

Коэффициенты /к и связаны только с щк, пк, ек. Коэффициент А зависит только от исходных параметров (Из, 1,

Вт , J , Км, Кз) и не зависит от геометрических размеров 5МЭ:

/ 251/э 1 \3/4

д = 2{--------------

\Кф f J В*, Км Кз /

Минимизация целевой функции Э методом раздельной минимизации множителей А существенно облегчает расчеты при незначительном снижении их точности. Минимизация множителя производится при значении коэффициента оптимизации X, определенном в соответствия с тем, что является параметром экономического показателя (объем, масса и др. или их комбинации). При этом мочено установить оптимальные конструктивные геометрические соотношения шк, г.к, ек с учетом слабых ограничений по физичэсхой реализуемости пт >0, № >0, па > I.

Множитель А зависит от модаости, и для минимизации целевой функции Э необходимо минимизировать его, что может быть достигнуто увеличением магнитной индукции В^ и плотности тока J . Однако это увеличение определяется рядом ограничений по потерям, температуре и кратности тока.

Общие потери в SM3 (ограничение I) по экономическим со-обращении« должны быть ограничены:

Рз = Рк + Рм = fl(B,77 , / ) 4 Pfton (6)

л

Рм » Vm U Pif Б,-гт - потери в кагиитопроэоде; Рк - Vk Ïh РкО J - потери в обмотке.

Производя соответствующие преобразования, получим fЦВ,« , J ): /Г2 Хи1'* Ка-^4 <JK jbM в^-3/4 +

+ f Г3/4 В(1,5/4 <44,0 РОдоп (?)

где ^

Рдоп.

РОдоп.

(U I/ f-!zU ркО 'U Pli

р * { и pif /к р-дО)'/4 Уравнение (7) в плоскости Вт ;J ограничивает замкнутую область (рис. 2). Анализ (7) показывает, что рост Рдел, приводит к резкому увеличению допустимых Ът и J , При стремлении Рдоп к нулю область допустимых значений В;?7 к J плавно стпгиэ&ется к нулю, чго свидетельствует о возможности создания ЭМЭ со сколь угодно малыми потерями, однако размеры его будут очень велики. Каклучггш экономическим показателей обладает ЗйЭ с максимальным значением произведения (hir).J ), так как оно их^дит в-знаменатель выражения для коэффициента к.

Й'З мликетльной массы удается получить в том случае, когда ой обмотка и яйгкитопрсвод кмеэт предельно допустимые те-

Рис. 2

мпературы. Это ограничение накладываете« в виде допустимого среднего превышения температуры наиболее нагретой части ЭМЭ (обмотки ¿!Тк или магнитопровода ¿Тм) над температурой окружающей среды (ограничение 2):.

ДГ = fZ^Ъ/„ Тдоп. ; (8)

Причем нагрев может бить как в рабочем, так и в аномальном режимах. В рабочем режиме ¿> Граб выбирается с учетом обеспечения длительной работоспособности изделия (например, срок службы изоляции обмоточного провода). В аномальном режиме ограничивается допустимая длительность работы ЭМЭ.

Перепад температуры внутри ¿-ого элемента зави-

сит, от тепловых сопротивлений данного элемента, промежутка между ¿-ми >1—м элементами (кагуикой-магнитопроводом) и выделяемой мощности. Функция /2(3,17, ■!) имеет следующий вид:

Л Тдоп. 4 М1 Л7/4 /В л?/4 + иг В,У4 / Л1'/4, (9) Выражения для £Тдоп, Ы1, М2 - приведены в диссертации. Выражение (9) в плоскости «1и В^ также является замкнутой, и .оптимальным по перегреву также является ЭМЭ с максимальным значением произведения (В/п .]).

На работу ЭКЭ, включенных в цепи металлургической ЭДУ, влияет множество факторов, так как условия работы печи таких систем очень тяжелые. К таким факторам можно отнести: изменение напряжения питаюцей сети, появление гармоник нестандартной частоты, случайные погасания и закигания дуги, величина пускового и аномального токов данной цепи. Эти параметры ог- . ранячивают допустимую нелинейность характеристики ЭМЭ и тем самим значение максимальной тздукции В/» в рабочем, не говоря уже об аномальном режиме.

Проведенннй анализ показал, что наиболее жесткими являются ограничения по пусковому току, менее жестким - ограничения по нестабильности работы рассматриваемой установки.

Ограничения по нелинейности характеристики имеат вид:

Kjj ,> U/U f3(B,„,J) при Kuj = U//U (10) где J - рассмотренное ограничение по току (максимально и минимально допустимый пусковой ток) при соответствующем допустимом напряжении.

Расчет следует вести по самому жесткому ограничен™. Если наиболее жесткое ограничение не очевидно, то необходимо провести расчет с учетом нескольких ограничений.

Функция f3(Brr>, J) приведена в диссертации. Решив ее для двух случаев ограничении по крайностям максимального и минимального тока, можно получить область допустимых значений Ъщ и J , обеспечивающих выполнение указанного ограничения.

Оптимальным является ЭМЭ, удовлетворяющий всем накладываемым ограничениям. Для этого, выделим область в плоскастя З/о и J , которая устраивает все oi-раничеямя по потерям, по температуре, по нелинейности и определим в ней точку, где произведение . J максимально. Тогда все ограничения выполняются и РЧЭ является наилучшим из всех возможных.

На основе изложенного алгоритма по расчету ЭМЭ была разработана nrporpsMMaHROSti.на языке f£J/?77?/)/V> которая реализуется на ЭВМ класса ПК. Программа доведена до уровня сервисной, в которой наряду с исходными данными на устройство вывода выводятся результаты расчета в виде таблицы. Программа позволяет иссчедовать зависимость экономических показателе!! от заданного параметра.

Четвертая глава Посвящена разработке методики расчета оптимального Э.ЧЭ постоянного тока, основанной на обобщении методики расчета оптимального дросселя переменного тока.

В цепи постоянного тока таких установок ЗМЭ, в больвин-стве случаев, оказывается под воздействием не только постоянного, ко и переменного магнитного поля. При этом магнитная проницаемость материала (или индуктивность), которая определяется по криаой намагничивания материала, будет иметь две составляющие: при постоянном и при переменном токе.

Индуктивность при постоянном токе характеризуется положением точки на кривой 3(1 о), т.е. статическая индуктивность пропорциональна отношение Б/Го. При переменном токе динамическая индуктивность определяется как среднее значение отношения & B/dl а на частном цикле, центр которого находится в точке, определяющей статическую индуктивность. Т.е. при токе, состоящем из постоянной Jd и переменной 1а составляющих ЗМЭ находится под напряжение« Ua, прспорционадьньм переменной составляющей тока '-а. Основные параметры ЗМЭ постоянного тока являются ток 1о и индуктивность Lo.

Чтобы лметь возможность применять метод расчета ЗМЭ переменного тока для расчета ЗМЭ постоянного тока, необходимо перейти к эквивалентному ЭМЭ переменного тока, рассчитывать его, затем возвратиться к исходному.

Принцип перехода заключается в выполнении двух необходимых условий эквивалентности: первым условием является замена постоянной составляющей тока ld некоторым переменным током ;

Küß,

вторым - равенство потери в единице объемгГ-в исходном и эквивалентном Э» в целом, так и в соответствующих отдельных частях (обмотка, шгнитопрор.оц).

при наличии дпух составляющих тока И1»еет две компоненты: одна из них, обуслов?зна постоянной составляющей тока и определяет так называемое статическое индуктивное сопротивление X с! . Значение этой величины мовзт быть определена как отношение напряжения и тока:

Хс/. Оо/ 1о (Н)

где Ь - постоянная составляющая тока в цепи;

Но - "соответствующее" падение напряжения. Вторая компонента, обусловленная переменной составляющая -определяет динамическую составляющую Ха по формуле (13).

¡!як правило, величина Х^ всегда больше Ха (Хс)>Ха). Это обстоятельство целесообразно учитывать с помощью коэффициента кратности индуктивного сопротивления Кх, который определяется как чтношение статического индуктивного сопротивления X к динамическому индуктивному сопротивлению Ха, т.е.

Кх = Хс! /Ха (15)

При расчете ЭМЭ постоянного тока указаниям методом необходимо предварительно определить множество параметров для двух режимов работа ЭМЭ: рабочего и аномального.

йараметрами в раЛочеу режиме являптся следующие: постоянная составляющая тока 1 о, постоянная составляющая напраже-имя "расчетное" Ус. В аномальном режиме - аномальный ток ан к аномальное напряжение ан:

1шг - \J\f~* $

г_______(16)

Паи = № + и„2

Тект образом, для расчета ЭМЭ постоянного тока необходимо пересчитать его исходные параметры к эквивалентным параметрам ЗйЭ переменного том, определить гмхо.цнне данные поо-

Первое условие выполняем заменой постоянной составляющей тока ^некоторым совпадавшим по фазе с переменной составляющей 1а синусоидальным токоч действующее значение I которого равно значению постоянной составляющей, т.е. =

При зтом в цепи рассматриваемого ЭМЭ будет протекать эквивалентный переменный ток 1э промышленной частоты и'напряжение на кем увеличится от и а до эквивалентного Ь'о, в результате чего увеличиваются потери в магнитопрозоде.

Для учета зтого обстоятельства необходимо, чтобы выполнялось второе условие. В данном случае это сводится к равенству потерь б единице объема стали до замены (Рм/Ум) и после нее <Рм.эД/м.э). Для этого удобно ввести расчетный коэффициент потерь в стали Р' # . Таким образом второе условие имеет вид:

£м = рщ^ = ¡Г" = .э (Ш

Ум па.э "

Производя некоторые преобразований с учетом того, что для заданного ЗМЭ магнитная индукция пропорциональна напряжению , можно получить 'выражение,

М = Р' ^ /РЫ = (и/иэ)2; (12)

которое показывает, что в результате перехода магнитная индукция (напряжение), вызываюгцол потери в магнитопроводе, увеличивается в раз. Поэтому для выполнения условия эквивалентности необходимо, чтобы расчетный коэффициент удельшх потерь Р' был в М раз меньше, справочного.

Индуктивное сопротивлений эквивалентного ЭКЭ X приближенно, можно определить по характеру,сти.ке стали магнитопроводе в плоскости напряжения и тока по формуле: Х=/Ш//}1 , (13)

Для Эйй постоянного тока индуктивное сопротивление Хо,

леднего, при которых могут быть удовлетворены все ограничения по потерям, по перегреву и по кратности тока и затс : возвратиться к исходному, который при этом является оптимальным.

вывода ПО РАБОТЕ

1. Разработана и построена на серийной элементной базе МП измерительная система, которая дает возможность определить необходимый параметр регулирования ЭДУ, обеспечивая требуемую точность, фильтрацию и надежность информации.

2. Разработаны схема управления АЦП для одной фазы электродуговой цепи и программа управления МП измерительной системой, которое обеспечивает эффективное функционирование МПС

(программирование микросхем, синхронный запуск обоих АЦП, определение моментов начала и конца измерения, выполнение операции ввода-вывода, реализации алгоритма вычисления мгновенного, среднего и действующего значений параметров дуги: тока, напряжения, сопротивления и мощности).

3. Предложен метод анализа устойчивости "в налом" режше работы металлургической ЭДУ, при котором основной дуговой контур представлен как контур управления с обратной связью.

Показано, что вносимое запаздывание в результате введения МП устройства (т<.0,2 с) в контур регулирования не нарушает устойчивости системы "в малом", Наличие емкостного элемента, например в качестве фильтра, может привести к возникновению неустойчивости.

4. Предложен общий метод расчета оптимального ЭМЭ как элемента основного контура ЭДУ, который позволяет расчитывать ЭМЭ как постоянного, так и переменного тола. Метод диет возможность расчитывать ЭМЭ с учетом ограничений по потерям,

перогреву и кратности аномальных токов, характерных для ЭДУ. 5. Разработаны алгоритм и программы расчета оптималь-

пользованы в качестве элементов обеспечения САПР установок данного типа.

Результаты расчета промышленных ЭМЭ показали возможность снижения расхода активных материатов на 7%, мощности активных потерь на 20% за счет оптимизации параметров.

6. Применение результатов диссертационной работы в условиях национальной экономики обеспечкт повышение технического уровня производства, улучшение условий труда, повышение качества проектирования.

ного ЭМЭ для основного контура ЭДУ, которые могут быть ис-