Диссертация (781991), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Этотпоказатель можно считать оптимальным, причем установлено, каждоедополнительное переключение в свою очередь, увеличивает время нагреваустановки.Такимобразом,можнорекомендоватькприменениюиспользование трансформаторов с четырьмя ступенями напряжения. Дляудобства восприятия и анализа бросков тока, максимальные значения тока нанагревателях были вынесены в табл.3.1., а также отображены на рис.3.3.Страница | 64а) 2 ступени – шаг напряжения – 13,1 Вг) 5 ступеней – шаг напряжения 3,3 Вб) 3 ступени – шаг напряжения 6,6 Вд) 6 ступеней – шаг напряжения 2,6 Вв) 4 ступени – шаг напряжения 4,4 Ве) 7 ступеней – шаг напряжения 2,2 ВРис.
3.2. Зависимости тока и температуры от времени при применении трансформаторовс различным числом ступеней переключения напряженияСтраница | 65Таблица 3.1Значения максимального броска тока на нагревателях, при применениитрансформаторов с различным числом ступеней напряженияЧисло ступенейIмакс, А∆Iмакс, АIмакс/Iном2660049103,93429026002,544370020102,195340017102,016322015301,97317014801,88Рис.
3.3. Отношение максимального броска тока на нагревателях кноминальному, в установившемся режимеТаким образом, показано, что разработанная модель позволяетосуществлять выбора рационального числа ступеней трансформатора покритерию минимума броска тока. Кроме того, на данной модели былоопределено, что отдельное внимание необходимо уделить значению первойступеней трансформатора. Это связано с тем, что при увеличении этогозначения, бросок тока, при включении «холостой печи» будет значительноСтраница | 66больше, чем при последующих переключениях. И таким образом, снижениеброска тока за счет увеличения числа ступеней напряжения, а также«плавный пуск» нагревателей не будет осуществлен. А значительноезанижение значения первой ступени напряжения трансформатора, приводитк увеличению числа переключений.
В связи с этим, при моделированиисистемы управления ВПС с трансформаторами можно рекомендоватьвыполнение действий в следующей последовательности:1. Определение значения первой ступени напряжения, при которойбросок тока на второй ступени будет больше, чем на первой.2. Выбор шага напряжения, таким образом, чтобы выход наустановившийсярежимнагревателейпечи,осуществлялсяза4÷5переключений ступеней напряжения трансформатора.Страница | 673.2. Исследование систем управления вакуумных печей сопротивления снагревателями из тугоплавких металловСледующим этапом исследований систем электропитания и управленияВПСснагревателямиизтугоплавкихметалловсталосравненияхарактеристик регуляторов температуры с различным способом ограничениятока.Регуляторы температуры исследовались на разработанной в SimulinkMatlab модели (рис. 2.11) применительно к типовой вакуумной печисопротивления периодического действия с параметрами:номинальная температура, 0С1460материал нагревателеймолибденсопротивление нагревателя меняется в зависимости от температурыноминальный ток, А1400Можно было ожидать, что обратная связь по внутреннему контуру токатрадиционногорегуляторатемпературыобладаетлучшимихарактеристиками.
Однако, как показывает анализ рис. 3.4, 3.5:- обе схемы обеспечивают требуемое качество переходного процесса;ограничение тока приводит к снижению скорости изменения температуры всравнении с регулятором без ограничения тока;- переходные функции тока и температуры, исследуемых регуляторов,схожи между собой;- перерегулирование и точность переходной функции температурылучше, при использовании предлагаемого регулятора (кривая 2 на рис. 3.4);-бросок тока на нагревателях (при одинаковом значении токовойотсечки – 2100 А) меньше в предлагаемом регуляторе (кривая 2 на рис. 3.5),что положительно влияет на срок службы нагревателя.Страница | 68Рис. 3.4. Зависимости температуры на нагревателях от времени: 1 – с токовойотсечкой в регуляторе; 2 – с дополнительной обратной связью по токуРис.
3.5. Зависимости тока на нагревателях от времени: 1 – с токовойотсечкой в регуляторе; 2 – с дополнительной обратной связью по токуКак показывает рис. 3.4, разработанный регулятор температурыэлектропечи сопротивления (кривая 2) позволяет организовывать плавныйпуск печи, ограничивая бросок тока, что продлевает срок службынагревателейсвысокимзначениемтемпературногокоэффициентаэлектрического сопротивления.Страница | 69По сравнению с регулятором температуры, в котором заложенаобратная связь по току в самом регуляторе мощности, разработанныйрегулятор температуры обладает лучшими характеристиками переходныхфункций, что позволяет: снизить бросок тока, при одинаковых значениях«токовой отсечки» на 30% (рис. 3.5).Необходимоотметить,чтотрадиционныйрегулятортребуетдополнительной тщательной настройки коэффициента усиления «токовойотсечки» Gain4, а также параметров ПИ-регулятора (рис.
2.11).Следующим этапом исследований предлагаемого регулятора былоопределениезависимостивременивыходананоминальныйрежимнагревателей, а также настройка параметров ПИ-регулятора, при различныхзначениях отношения «токовой отсечки» к номинальному току. Этиисследования проводились также на модели (рис.2.11) путем изменениязначения токовой отсечки в блоке DeadZone1и последующей настройкойпараметров ПИ-регулятора.Следует также отметить, что «токовая отсечка» может бытьиспользована для регулирования скорости нагрева.На рис. 3.6 представлена зависимость быстродействия выхода нарежим нагревателей печи от отношения «токовой отсечки» к номинальномутоку, при использовании разработанного регулятора температуры.Как следует из зависимости (рис.
3.6), увеличение «токовой отсечки»выше 2,5×I НОМ не имеет особого смысла в связи с минимальнымувеличением скорости выхода на режим нагревателей. Кроме того, рядтехнологических процессов накладывает ограничение к скорости нагреваобрабатываемого изделия, в связи с этим, увеличение значения «токовойотсечки» не требуется. Поэтому можно рекомендовать, при настройкесистемы сиспользованием предлагаемого регулятора температуры,устанавливать значение «токовой отсечки» в диапазоне от 1,5 до 2,5 I НОМ .Страница | 70Рис. 3.6.
Зависимость быстродействия нагревателя от отношения тока«отсечки» к номинальному токуРис. 3.7. Параметры ПИ-регулятора в зависимости от отношении тока«отсечки» к номинальному току: 1 – пропорциональная; 2 – интегральная.Нарис.3.7отображенызависимостипропорциональнойиинтегральной составляющей ПИ-регулятора. При отношении I ОТС /I НОМ ≤ 2,значение пропорциональной составляющей, при настройке ПИ-регулятора,является постоянным (рис.
3.7, кривая 1). При отношении I ОТС /I НОМ ≥ 3,Страница | 71значение пропорциональной составляющей плавно уменьшается. Наиболеесложной задачей является определение и настройка пропорциональнойсоставляющей при значениях «токовой отсечки», как раз в рекомендуемомнами диапазоне 1,5 <I ОТС /I НОМ < 2,5 (кривая 1, рис.
3.7). Интегральнаясоставляющая ПИ-регулятора, при изменении токовой отсечки, практическине меняется (кривая 2, рис. 3.7).Сравнение вариантов исполнения систем управлениянагревателями из тугоплавких металловВ заключение приводится сравнение токовых характеристик (рис. 3.8)длясистемыуправленияспереключениемступенейнапряжениятрансформатора (кривая 1), а также с регуляторами температуры с токовымиотсечками внутри регулятора (кривая 2) и с дополнительным каналомобратной связи по току (кривая 3).Как показывает анализ рис.
3.8:- все способы организации питания нагревателей позволяют обеспечитьплавный пуск печи;- применение регулятора с дополнительным каналом по току позволяетснизить бросок тока на нагревателях: на 30% в сравнении с «токовойотсечкой» во внутреннем контуре регулятора; на 70% – с переключениемступеней напряжения трансформатора;- для ряда технологических процессов, когда не требуется ограничениескорости нагрева, использование регуляторов с «токовой отсечкой»позволяет регулировать (увеличивать) скорость нагрева в сравнении ссистемойуправленияспереключениемступенейнапряжениятрансформатора;- кроме того, система управления с дополнительным каналом по токуболее проста и удобна в настройке.Страница | 72Рис.
3.8. Зависимости тока на нагревателях от времени: 1 – с переключением ступеней напряжения;2 – с внутренним контуром тока; 3 – с дополнительной обратной связью по токуСтраница | 73Таким образом, при проектировании системы управления ВПС снагревателямисвысокимзначениемкоэффициентаэлектрическогосопротивления можно рекомендовать применение регулятора температуры сограничением тока в канале обратной связи по температуре. В связи с тем,что такой способ организовывает наиболее «плавный пуск» нагревателей«холостой печи», что в конечном итоге положительного сказывается напродлении срока службы всего комплекта нагревательных элементов.Страница | 743.3. Исследование влияния превышения мощности в регуляторахмощности электрических печей сопротивленияРеальные(применяемыенапрактике)регуляторымощности,используемые в регуляторах температуры, имеют нелинейную статическуюхарактеристику (рис. 3.9).
Следует также иметь в виду, что во всехрегуляторах температуры ЭПС, получающих питание от сети переменногонапряжения, мощность P, поступающая на нагреватели печи, определяетсядействующим, а не мгновенным значением, т.е. всегда положительна прилюбых значениях входного сигнала u у . Нелинейность характеристики рис.3.9 обусловлена следующими факторами. Питание ЭПС осуществляетсяпеременнымнапряжением,однакотемпературы используют толькоприисследованиирегуляторадействующее значение мощности,определяющее вводимую в печь мощность.
Выходная мощность любогоусилителяограниченаноминальнымзначениемP ном ,остающимсянеизменным даже при увеличении входного сигнала выше номинальногозначения u у.ном . Нелинейность статической характеристики регуляторамощности учитывается в структурной схеме регулятора температурырис.3.10б путем введения в нее нелинейного звена НЗ.Для упрощения и большейнаглядностипроведемисследованиеприменительнорегуляторускП-безынерционнымдатчиком температуры, структурнаясхема которого приведена на рис.3.10б.
Она отличается от линейнойсистемы(рис.нелинейного«ограничение»,котороесоответствуетналичием3.10а)звенанелинейнойтипастатическойхарактеристики регулятора мощности.Страница | 75Рис. 3.10. Структурные схемы регулирование температуры в ЭПС:а – линейная система;б – нелинейная система с учетом ограничения в регуляторе мощностиАналитическоеисследованиенелинейныхсистемвстречаетопределенные трудности, а аппарат передаточных функций неприменим.Поэтому исследование проведем с использованием численных методоврешениядифференциальныхуравнений(компьютерныхметодовисследования) [25,31,54].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
