Диссертация (781991), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Обарегулятора температуры, представленные на рис.2.10, включают в себя блокLookupTable(SimulinkMatlab),которыйотвечаетзаизменениесопротивления нагревателя в зависимости от температуры.Страница | 44Рис. 2.10. Модели регуляторов температуры, реализованные в среде Simulink Matlab: 1 – с токовой отсечкой врегуляторе; 2 – с дополнительной обратной связью по токуСтраница | 452.4. Регулятор температуры с переключением ступеней напряжениятрансформатораКлассический способ питания печей сопротивления с нагревателями изтугоплавких металлов, а также дисилицида молибдена основан наиспользованиимногоступенчатогопонижающеготрансформаторасрегулированием напряжения в широком диапазоне [13,60,74,77]. Этонеобходимо для включения печи на пониженном напряжении и постепенногоего увеличения по мере роста температуры и, как следствие, сопротивлениянагревателя.
Напряжение на нагреватель печи ВПС подается от сети380/220 В через автоматический выключатель QF и силовой блок,включающийвсебятиристорныйрегуляторнапряженияТРНиэлектропечной понижающий трансформатор TV с переключением ступенейнапряжения ПСН (рис. 2.11).Рис. 2.11. Силовая схема электропитания ВПС с переключением ступенейнапряжения трансформатораСтраница | 46В табл. 2.1 представлены ВПС с нагревателями из тугоплавкихметаллов, а также указаны применяющиеся в этих установках типытрансформаторов.Таблица 2.1Вакуумные печи сопротивления и типы трансформаторов,применяющиеся в нихТип печиТип трансформатораСШВЭ-1.2,5/25ОЭСК-40/34СНВЭ-16/10ОСЭК-25/34СШВ-3.6/10ТЭСК-100/34СШВ-6.9/13*ТЭСК-100/17; ТЭСК-40/17 – 2 шт.В таблице обозначено: электропечь СШВ-6.9/13 имеет три тепловые независиморегулируемые зоны, каждая из которых питается через свой понижающий трансформатор.Недостатки такого способа управления ВПС заключаются в следующем:выбор понижающего трансформатора для питания ВПС такого классаособеннобольшоймощностисвязанзачастуюструдностями,определяемыми отсутствием трансформаторов с достаточным количествомступеней напряжения, необходимых при пуске печи.
Кроме того, падающаяхарактеристика понижающих трансформаторов (со снижением ступенинапряжения предельная мощность трансформатора также снижается)приводит к недоиспользованию трансформатора по мощности при питаниипечи на пониженных ступенях напряжения [13,53].Несмотря на вышеуказанные недостатки системы управления спереключением ступеней напряжения трансформатора нашли широкоеприменение для ряда технологических процессов, которые реализуются ввакуумных печах сопротивления с экранной теплоизоляцией [13,53].
Этообусловленотем, чтотакойспособрегулированиянапряжениянесопровождается искажениями напряжения и тока. Однако, исследованияСтраница | 47динамических характеристик такой системы электропитания и управления непроводились, в связи с тем, что современные методы исследования,позволяющие решать нелинейные дифференциальные уравнения, появилисьотносительно недавно [42-44]. При разработке модели систем управлениятакого типа необходимо уделить внимание вопросам моделированияпереключения ступеней напряжения трансформатора.Модель системы управления ВПС с переключением ступенейнапряжения трансформатораВ [74] была разработана модель регулятора температуры ВПС,учитывающаяособенностипереключенияступенейнапряжениятрансформатора.
Структурная схема модели трансформатора (рис.2.12)включает в себя: релейный элемент, интегратор, зону ограничения и элементквантования.Рис. 2.12. Структурная схема трансформатора с переключением ступенейнапряженияСистема управления трансформатором выполнена таким образом, чтопереключение трансформатора на одну (или более) ступень осуществляетсявключением двигателя перемещения щетки на время, необходимое дляперемещения щетки на одну (или более) ступень. На модели это можнопредставить путем включения на вход трансформатора релейного элемента схарактеристикой, представленной на рис.2.13а.
Коэффициент передачитрансформатора K П можно определить, исходя из времени переключения соднойступенейнадругую.ВремяпереключенияtПстандартныхтрансформаторов составляет от 4-х до 8-ми секунд. При подаче единичногоСтраница | 48сигнала управления выходное напряжения одной ступени ΔU = K П · t П .Следовательно, коэффициент передачи определяется как K П = ΔU / t П [В/с].Рис. 2.13. Характеристики релейных элементов:а – двухпозиционный; б - трехпозиционныйПри построении модели регулируемого трансформатора в составесистемы регулирования температуры следует иметь в виду, что выходноенапряжение (действующее значение переменного напряжения) всегдаположительно, т.е. на выходе трансформатора U ВЫХ > 0.
Кроме того,максимальноезначениевыходногонапряжениятакжеограниченономинальным значением. Здесь минимальное и максимальное значениянапряжениятрансформатораЗапаздыванием,управляющеговводятсяобусловленнымдвигателемввременемперемещениязвенеограниченияпереключениящеткиЗО.реле,трансформатора,составляющем приблизительно 0,02 с, пренебрегаем.
Для исключениявозможности возникновения автоколебаний в зоне малых рассогласованийсигнала в схему модели введен 3-х позиционный релейный элемент схарактеристикой, представленной на рис.2.13б, где δ – ширина зонынечувствительности. Для иллюстрации возникновения автоколебаний в зонемалых рассогласований, на рис. 2.14 представлены характеристики сигналаСтраница | 49выходного напряжения трансформатора с применением 2-х позиционного(кривая 1) и 3-х позиционного (кривая 2) релейных элементов.Рис.
2.14. Сигналы выходного напряжения трансформатора с применением 2х позиционного (кривая 1) и 3-х позиционного (кривая 2) релейных элементовСтольчастыепереключенияступенейтрансформатора,прииспользовании 2-х позиционного релейного элемента негативно сказываютсяна качестве динамических характеристик печи, а также сокращают срокслужбы применяемого трансформатора.Разработаннаясучетомвышеуказанныхособенностейсистемауправления нелинейная. Аналитическое исследование не представляетсявозможным.
Поэтому решение нелинейных дифференциальных уравненийпроводилось с использованием методов структурного моделирования сприменением пакета прикладных программ Simulink Matlab.На рис. 2.15 приведена схема модели в среде Simulink, построенная наоснове структурной схемы рис. 2.12. Обозначения элементов на схемерис.2.15 сохранены в транскрипции пакета прикладных программ Simulink,что позволяет рассматривать её как программу вычислений.
В моделинеобходимо отметить ряд особенностей:Страница | 50Рис. 2.15. Модель системы управления ВПС с переключением ступеней напряжения трансформатораСтраница | 51- 3-х позиционный релейный элемент выполняется последовательнымсоединением блоков Dead Zone (зона нечувствительности) и Saturation (блокограничения) и для исключения возможностей автоколебаний необходимадополнительная настройка параметров зоны нечувствительности;- переключение ступеней напряжения трансформатора реализуется каксумма выходных сигналов от блоков Constant (константа) и Quantizer (блокквантования), в первом блоке задается значение первой ступени напряжения,во втором – шаг переключения ступеней напряжения;- для отлаженной работы системы необходима точная настройкаинтегральной составляющей трансформатора Gain3, в связи с тем, что приотклонении даже на один порядок, программа Simulink Matlab выдаетошибку;- учитывая особенность нагревателей из тугоплавких металлов, модельвключает в себя блок Lookup Table, который позволяет задавать в системусопротивление нагревателя в зависимости от действующей температуры впечи;Страница | 522.5.
Регулятор температуры с адаптивной токовой отсечкойВ ряде технологических процессов требуется оперативное и точноеизменение величины максимального тока на нагревателях при изменениитемпературы в печи [82].Стандартныерегуляторытемпературынеспособнывыполнятьвышеуказанные требования. В связи с этим было принято решениеразработать регулятор температуры способный адаптировать параметрырегулятора к изменяющимся температурным условиям среды и печи(загрузки, нагревателя, теплоизоляции). Это обеспечивает повышениеточностирегуляторатемпературы,болееточногораспределениятемпературного режима в печи и быстродействия системы.
В предлагаемомустройстветехническийфункциональныхблоков,эффектдостигаетсяпозволяющихпутемавтоматическивведенияадаптироватьвеличину токовой отсечки в зависимости от температуры.На рис.2.16 представлена структурная схема предлагаемого регуляторас адаптацией значения «токовой отсечки» от заданной температуры в печи.Рис.2.16. Функциональная схема регулятора температуры электропечисопротивления с адаптацией токовой отсечки от заданной температурыСтраница | 53В модель, представленную на рис.2.16, введены: компаратор 9, блокограничения 10 и функциональный блок 11. Такой вариант выполнениярегулятора температуры обеспечивает коррекцию тока отсечки по заданнойтемпературе, но не учитывает изменение текущей температуры в печи, чтоснижает точность регулирования регулятора.Для ряда технологических процессов, при которых сопротивлениенагревателя от температуры изменяется медленно можно использоватьпервый вариант исполнения регулятора.
В случае, когда сопротивлениенагревателя изменяется постоянно, быстро и в больших диапазонах (сизменением температуры), то для таких технологических процессов следуетприменять второй вариант исполнения регулятора (с адаптацией токовойотсечки от действующей температуры в печи, рис.2.17).Рис.2.17. Функциональная схема регулятора температуры электропечисопротивления с адаптацией токовой отсечки от действующей температурыОба предлагаемых регулятора работают по схожему принципу. Сигналс задатчика температуры 6 (или датчика температуры 7, по второмуварианту)поступает навходфункционального блока 11, которыйвырабатывает заданный сигнал и подает его на вход компаратора 9,Страница | 54обеспечивая коррекцию тока и отсечки в зависимости от температуры.
Блокограничения 10 реализуется на стандартных логических элементах и имеетхарактеристику вход-выход вых = (вх ), представленную на рис.2.18а.Функциональный блок 11 реализуется на базе операционного усилителя иимеетхарактеристикувход-выходрис.2.18б, где θ – температура в печи.а)вых = (),представленнуюнаб)Рис.2.18. Характеристики вход-выход:блока ограничения (а) и функционального блока (б)По данному техническому решению получен патент РФ на полезнуюмодель № 130419 [82].Страница | 552.6. Разработка модели комбинированной теплоизоляции вакуумнойпечи сопротивления с применением неметаллической засыпкиДанная работа посвящена повышению энергетической эффективностивакуумных печей сопротивления. В связи с этим, в качестве направленияследующих исследований было выбрано: определение возможности заменынескольких металлических экранов неметаллической засыпкой, с цельюснижения теплового потока и повышению энергетической эффективностиВПС с экранной теплоизоляцией [68,72,83,90].Рис.2.19.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
