Автоматизация индукционных печей

Широко распространенным в металлургической практике типом плавильных индукционных печей являются индукционные печи без сердечника (тигельные печи), работающие на промышленной частоте питающего тока и повышенных частотах до 10 кГц.

Как и при всяком плавильном процессе, задачами управления являются получение металла заданных температуры и состава, эконо­мичная и надежная работа установки. Управление режимом плавки осуществляют изменением электрической мощности, выделяемой в металле. Температуру плавящегося металла контролируют термопарой. Заданный состав плавки получают путем правильной шихтовки с анализом проб металла физико-химическими методами в лаборатории.

Характерной особенностью индукционных установок является низ­кий коэффициент мощности (cosφ) системы индуктор-объект, который составляет величину 0,1-0,3, так как реактивная мощность в зазоре и объекте (тигле с металлом) значительно выше активной мощности, выделяемой в металле. Для повышения коэффициента мощности параллельно индуктору печи подключают батарею статических конденсаторов.

Рисунок 12.8 – Схема регулирования индукционной печи промышленной частоты

При расплавлении металла, загруженного в тигель, меняется его физическое состояние, что вызывает изменения как коэффициента мощности установки, так и силы тока, потребляемого из сети. Под оптимальным режимом работы установки понимают режим, обеспе­чивающий максимальную производительность при минимальном расходе электроэнергии. При таком режиме в системе индуктор печи-садка выделяется максимально возможная активная мощность. Оптимальная сила тока, соответствующая оптимальному режиму, поддерживается в печах промышленной частоты (50 Гц) переключением ступеней напряжения печного трансформатора, а оптимальный коэффициент мощности - переключением банок конденсаторов нагрузочного контура. В печах повышенной частоты силу тока регулируют, меняя выходное напряжение преобразователя частоты и переключая число витков индуктора.

Эквивалентное сопротивление контура зависит от свойств и состояния находящейся в тигле шихты. Например, при плавке ферромагнитного материала в начале, при разогреве шихты, возрастает ее удельное электросопротивление и величина r_экв. При температурах, когда изменяются магнитные свойства шихты, эквивалентное сопротивление резко уменьшается, а затем опять начинает увеличиваться по мере роста температуры потерявшего магнитные свойства материала.

Основные функции системы автоматики индукционной тигельной печи состоят в следующем:

- в предотвращении перегрева расплава выше заданной темпера­туры;

- в поддержании оптимальной величины питающего тока;

- в поддержании оптимального значения коэффициента мощности установки;

- в контроле проедания тигля.

Структурная схема системы автоматического регулирования индукционной печи приведена на Рисунке 12.9. Печной трансформатор ПТ питает индуктор тигля печи И, параллельно с которым в контур включена конденсаторная батарея, состоящая из постоянной Е и переменной 1Е—5Е частей. Контроль электрического режима нагрузочной (печной) цепи осуществляется трансформаторами напряжения ТН и тока TТ. Сигнал с трансформатора 1ТТ поступает в блок регулирования силы тока и напряжения 1,где сравнивается с сигналом задания. При их неравенстве блок через переключатель ступеней напряжения ПСН управляет печным трансформатором ПТ, повышая или снижая питающее напряжение. Блок 2 служит для автоматической стабилизации коэффициента мощности. Блок включает в себя датчик фазы, измеряющий сдвиг по фазе между током питания, контролируемым через трансформатор тока 2ТТ, и напряжением на контуре, измеряемым трансформатором напряжения ТН; систему расшифровки сигналов датчика фазы; систему переключения банок конденсаторов. Определение текущего значения cosφосуществляется с помощью фазового детектора. Выходной сигнал блока 2 через контакторы 1КТ-5КТ осуществляет переключение банок конденсаторов 1Е-5Е под нагрузкой.

Выбор оптимального значения коэффициента мощности осуществляется блоком 3. На вход блока поступают сигналы с трансформато­ров 1ТТ и ТH Выходной сигнал блока 3 служит для изменения задания на cosφблоку 2.

Применение систем автоматики с блоками регулирования силы тока и коэффициента мощности, выполненными на бесконтактных электрических элементах, обеспечивает надежное автоматическое управление тигельными индукционными печами промышленной частоты, повышение производительности печей и экономию электроэнергии.

Дата добавления: 2015-03-29