ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Дуговые электрические печи

Как было показано в подразд. 4.2.7, применение частотно-регу­лируемых электроприводов перемещения электродов в сочетании с системой управления, выполненной на современной элемент­ной базе, может дать значительную экономию энергии на дуговых сталеплавильных печах.

Построение системы управления ДСП должно быть подчинено выполнению следующих основных требований.

1. Гибкость управления мощностью печи. В начальный период расплавления металла требуется вводить в печь максимальную мощ­ность, чтобы ускорить процесс расплавления; в периоды окисле­ния и восстановления нужно иметь возможность в любой момент изменять эту мощность, чтобы управлять температурами металла и шлака, являющимися мощными факторами воздействия на про­текающие реакции. Это требование легко выполнить в дуговой печи, мощность которой регулируется как изменением вторично­го напряжения трансформатора, так и изменением длины дуги, т. е. подъемом или опусканием электродов. Следовательно, систе­ма автоматического управления должна обеспечивать:

• поддержание мощности дуги на установленном оператором уровне;

• контроль тока и напряжения дуги в каждом электроде;

• возможность ручного управления с панели оператора подъ­емом и опусканием всех электродов вместе и каждого в отдель­ности;

• возможность аварийной остановки процесса плавления по ко­манде оператора;

• невозможность запуска системы при срабатывании одного из блокировочных (конечных) выключателей нижнего положения каждого электрода и наличии сигналов блокировки от электро­автоматики печи, системы защит и блокировок.

Оператору должна выдаваться информация о наличии запре­щающих работу факторов.

2. Регулирование длины дуги, изменение ее в различные пери­оды плавки независимо от выделяемой мощности. Это необходи­мо, так как градиент столба каждой дуги сильно меняется на про­тяжении плавки; в период окисления и рафинирования длина дуги становится во много раз большей и она интенсивно излучает теп­ло на футеровку стен и свода как раз тогда, когда из-за высокой температуры печь находится в наиболее сложных условиях. Дости­гается это изменением напряжения на дугах путем переключения ступеней напряжения печного трансформатора.

Регулятор мощности должен обеспечивать:

• автоматическое зажигание и поддержание дуги;

• автоматическое поддержание заданного оператором тока дуги при выбранной ступени трансформатора;

• автоматическую ликвидацию технологических коротких за­мыканий и обрывов дуги;

• исключение касаний металла электродами в период доводки металла за счет обеспечения устойчивого горения дуги.

3. Поддержание в печи восстановительной атмосферы. В дуго­вой печи это легко осуществимо, так как в ней благодаря сгора­нию электродов свободный кислород отсутствует, а закрыть дос­туп внешнему кислороду воздуха в восстановительный период нетрудно, если дверцы печи и электродные отверстия поддержи­ваются в нормальном состоянии.

Легкость выполнения первого и третьего из перечисленных требований выгодно отличает дуговую печь от мартеновской.

Так как в дуговой печи имеют место частые скачки тока, осо­бенно в период расплавления, то в ней токи эксплуатационного короткого замыкания должны быть ограничены до безопасного для электрооборудования и токоподводов значения, а система автоматического регулирования должна быстро реагировать на эти скачки и ликвидировать их.

С учетом изложенных требований была выполнена модерниза­ция ДСП вместимостью 15 т, в результате которой произведены следующие изменения:

• аналоговый регулятор мощности дуги заменен на цифровой, построенный на базе программируемого логического контрол­лера;

• тиристорные электроприводы постоянного тока заменены ча­стотно-регулируемыми асинхронными на основе преобразовате­лей частоты;

• электродвигатели постоянного тока в приводе перемещения электродов заменены на асинхронные;

• системы автоматики, защиты и диагностики выполнены про­граммно;

• пульт оператора заменен на новый, выполненный на основе цветного промышленного сенсорного монитора, с помощью ко­торого осуществляется ввод заданий на текущую плавку, отобра­жается состояние печи, системы защиты и автоматики;

• предусмотрена возможность подключения системы управле­ния более высокого уровня.

Применение современной микропроцессорной техники позво­лило реализовать описанный в подразд. 4.2.7 алгоритм регулятора мощности дуги, существенно увеличить точность и скорость пе­ремещения электродов, что обеспечило стабилизацию мощности дуги в необходимых пределах.

В ходе опытно-промышленной эксплуатации ДСП получены следующие результаты:

• уменьшилось время плавки с 3 до 2,5 ч;

• снизился расход электроэнергии на 12... 15 %;

• снизился расход электродов на 8 %;

• повысился средний коэффициент мощности с 0,68 до 0,76;

• повысилось качество выплавляемой стали за счет меньшего переноса углерода с электродов в жидкий металл.

Улучшение технико-экономических показателей получено за счет стабилизации тока дуги и более равномерной подачи энер­гии в ДСП, а также из-за исключения касания металла электро­дами на заключительных этапах плавки. Срок окупаемости такой модернизации составил три месяца.

Средствами электропривода и автоматизации можно добиться снижения энергопотребления и в других энергоемких технологи­ческих процессах. В частности, аналогичная модернизация возможна на вакуумных дуговых печах, рудовосстановительных, электро - шлаковых и др.

[2] 4 M,

б

Рис. 3.15. Зависимости тока намаг­ничивания (а) и главного потоко­сцепления (б) АД от момента М, в режиме |/0. = У о ном*

На рис. 3.16 показана зависимость токов статора и ротора АД от момента М - в режиме |/0* = Уоном*- Аналогично режиму |/1# = |/іном* в режиме щ, = |/оном* также устраняется влияние частоты на токи статора и ротора, которые зависят только от нагрузки двигателя.

Ток статора в режиме идеального холостого хода при |/0* = const определяется по формуле

^Оном У0* ^1ном ^0

Ток статора в режиме короткого замыкания рассчитывается по формуле