Электротехнологические установки (стр. 16 из 32)
уменьшается, а напряжение пульсирует с большой частотой и повышается на 2030 В. Такой режим называют режимом объемной ионизации (рис. 7.3, б).
При чрезмерном удлинении дугового промежутка, если длина дуги становится больше зазора между электродом и стенкой, дуга может перейти на стенку кристаллизатора. Возникает аварийный так называемый режим боковой дуги. Если боковую дугу немедленно не погасить, она может прожечь стенку
рабочей камеры или кристаллизатора, а попадание воды внутрь камеры может привести к взрыву установки. Погасить боковую дугу можно уменьшением длины дугового промежутка путем опускания электрода.
Высокочастотную составляющую в кривых тока и напряжения печи выделяют фильтрами и используют в качестве сигнала для управления положением электрода.
Градиент напряжения в столбе дуги при остаточном давлении, состав- ляющем 1-120 Па для всех переплавляемых в ВДП металлов, равен 0,97-3 В/см и не зависит от величины тока. При общем напряжении на дуге 30-50 В большая
часть его приходится на область катодного падения потенциала. Она составляет: для стали - 19 В, титана - 13,5 В, молибдена - 14,4 В и т. д. Анодное падение напряжения значительно меньше и, как правило, не превышает работы выхода
электрона переплавляемого метал.
7.3. Электрооборудование вакуумных дуговых печей
Силовая цепь ВДП включает в себя: источник питания, токопровод от источника питания до печи, токоведущие участки конструкции, токоведущии шток, электрододержатель, расходуемый электрод, слиток, кристаллизатор, вакуумную камеру.
Конструкция токоподвода обеспечивает равномерный контакт по периметру поддона, кристаллизатора и вакуумной камеры, что снижает уровень магнитных полей и способствует стабилизации дугового разряда.
В настоящее время еще находятся в эксплуатации машинные преобразователи серии ГПН-550 мощностью 645-675 кВт, рассчитанные на токи 6500 и 14 000 А, с напряжением холостого хода 85 и 40 В. Все новые установки имеют агрегаты одного из трех типов: выпрямительный на неуправляемых вентилях, выпрямительный на тиристорах, параметрический источник тока.
Выпрямительный агрегат на неуправляемых вентилях серии ВАКП основан на принципе стабилизации и регулирования тока с помощью дросселей. Крутизна падающего участка внешней характеристики определяется наклоном ненасыщенной части кривой намагничивания железа. Для ограничения тока короткого замыкания (к. з.) до двукратного значения Iн предусмотрено повышенное реактивное сопротивление, для чего к трансформатору присоединен реактор. Агрегаты, выполненные по этой схеме, работают при токах до 12,5; 25,0 и 37,5 кА и состоят из отдельных блоков: трансформатор, дроссели насыщения, выпрямительный шкаф, устройство для измерения, шкаф и пульт управления, системы водоснабжения.
Силовой трансформатор со ступенями регулирования напряжения состоит из магнитопровода с концентрически расположенными обмотками высокого (ВН) и низкого (НН) напряжения. В схеме переключающего устройства предусмотрен трехфазный токоограничивающий реактор, состоящий из магнитопровода и двойных дисковых катушек. Дроссель насыщения состоит из однофазных дросселей, каждый из которых собирается из элементов, представляющих собой кольцевой магнитопровод с обмотками управления и смещения. Изменение сопротивления дросселя осуществляется регулированием тока в обмотке управления. Если возможностей регулирования дросселя оказывается недостаточно для поддержания требуемого тока, ступени трансформатора автоматически переключаются в нужную сторону.
Выпрямительный агрегат имеет параллельные звезды, лучи которых состоят из параллельно соединенных вентилей, установленных на шинах, охлаждаемых водой. Равномерная загрузка вентилей обеспечивается индуктивными делителями тока. Цепь каждого вентиля защищена плавким предохранителем.
Выпрямительный агрегат имеет защиту от перегрузки по току. При к.з. на стороне постоянного тока длительностью более двух секунд масляный выключатель отключает агрегат. При к.з. на стороне переменного тока агрегат отключается максимально-токовой защитой мгновенного действия.
Агрегаты серии АВП дают более высокую точность поддержания тока и имеют токоограничивающие дроссели только на стороне низкого напряжения (рис. 7.7). Автоматическая стабилизация тока в процессе плавки обеспечивается системой управления дросселями насыщения, состоящей из измерительных трансформаторов постоянного тока (ТПТ) и тиристоров, регулирующих ток в управляющей обмотке дросселей, включенных последовательно в цепь каждой ветви вторичной обмотки трансформатора. Силовые трансформаторы с первичным напряжением 10 кВ (звезда) и 6 кВ (треугольник) имеют 17 ступеней напряжения, переключаемых под нагрузкой. Вторичные обмотки выполнены по схеме «две обратные звезды» с уравнительным реактором. Плавное регулирование напряжения с дросселями насыщения производится внутри ступени напряжения трансформатора. Выпрямительный шкаф рассчитан на ток 12,5 кА и содержит шесть групп вентилей, каждая из которых через дроссель насыщения соединена с соответствующей обмоткой трансформатора.
Агрегаты на токи 25 и 37,5 кА имеют соответственно два и три шкафа. Номинальное выпрямленное напряжение - 75 В, напряжение на дуге - 25-35 В, мощность агрегата - 940-2800 кВт.
Выпрямительный агрегат имеет необходимые виды защит и блокировок. Для повышения коэффициента мощности на стороне высокого напряжения установлена автоматически управляемая батарея конденсаторов.
Выпрямительные агрегаты на тиристорах, входят в состав всех новых ВДП.
Агрегаты на тиристорах наряду с высокой точностью стабилизации тока имеют высокий КПД, минимальные габаритные размеры и массу.
Питание агрегатов марок ТВ9-12500/75Т, ТВ9-2500/75Т, ТВ9-37500/75Т, ТВ9-50000/75Т, ТВ9-2500/115Т, ТВ9-50000/115Т осуществляется на напряжении 6 или 10 кВ, первичная обмотка трансформатора имеет устройство РПН. Вторичная обмотка состоит из групп двух обратных звезд с уравнительными реакторами. Каждая группа рассчитана на ток 12,5 кА (ТВ9-12500/75Т). Сглаживающие реакторы L1 и L2 предохраняют источник от резких бросков тока, возникающих при капельных коротких замыканиях. Номинальный ток (12,5-50 кА) и вторичное напряжение (75 или 115 В) указаны в марке агрегата источника.
Шунты ШН1, ШН2 и датчики тока ДТ1 и ДТ2 (трансформаторы постоянного тока), а также измерители, основанные на эффекте Холла (для токов
37,5 и 50 кА), служат для измерения тока Параметрические источники тока (ПИТ). Для получения крутопадающих или вертикальных ВАХ источников питания ВДП используются резонансные схемы, главным признаком которых является постоянство тока нагрузки при изменяющемся ее сопротивлении.
Рис. 7.9. Принципиальная электрическая схема силовых цепей параметрического источника тока
Принципиальная схема ПИТ показана на рис. 7.9. В его состав входит трансформатор нагрузки Тр в одном луче звезды А с регулятором напряжения под нагрузкой (РПН), включенный на группу неуправляемых вентилей, питающих постоянным током дуговую печь rн. В луче фазы В включен дроссель Др, имеющий обмотку нодмагничивания для регулирования тока фазы. В фазе С включена конденсаторная батарея БК, емкость которой можно также регулировать. Основным условием регулирования является соблюдение соотношения хL=хC. В этом случае ток нагрузки не меняется с изменением ее сопротивления, длины дуги, условий горения.
Система автоматического управления (САУ) ВДП должна так регулиро- вать мощность, чтобы требуемая скорость наплавления металла равнялась скорос- ти кристаллизации слитка. Кроме того, САУ должна обеспечивать устойчивое горение дуги, поддерживать в заданных пределах непрерывно изменяющуюся длину дуги, режим ее горения. Поэтому в состав САУ входят следующие компо- ненты: управляемый источник тока, регулятор длины дугового промежутка (скорость перемещения электрода), регулятор тока соленоида. ВДП как объект управления представляется в виде системы, состоящей из четырех динамических звеньев с внутренней обратной связью: электрическая дуга, межэлектродный промежуток, электрод, ванна жидкого металла – слиток.
ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И УСТАНОВКИ 8.1. Устройства для получения низкотемпературной плазмы и области их применения
Плазменная технология - молодая отрасль промышленности, интенсивное ее развитие началось в 50-х годах нашего столетия и бурно продолжается в разных странах. Свидетельством тому служит большой поток патентной и научной
информации, а также расширяющиеся области промышленного использования.
Предпосылкой для развития плазменной технологии стало развитие космической техники, что потребовало создания различных типов двигателей, в
том числе и плазменных, материалов и конструкций космических аппаратов, сохраняющих работоспособность при входе в плотные слои атмосферы,
испытаний летательных аппаратов при больших скоростях полета, исследований в
области термоядерного синтеза, газодинамики при высоких скоростях, физики газового разряда, химической технологии высоких режимных параметров. С
использованием плазменной технологии созданы не только новые материалы, обладающие высокими технологическими свойствами (огнеупорностью, твердостью, прочностью), но и аппаратура эффективной обработки этих
материалов.
Плазменная резка черных (нержавеющих) и цветных металлов впервые разработана в СССР в 1956-1957 гг. Она позволяет резать с высокими скоростями
стали больших толщин, медь и ее сплавы, алюминий и другие металлы (например, плазмотрон мощностью 100 кВт режет сталь толщиной 30 мм со скоростью 4 м/мин). При этом сокращаются подгоночные работы в сварочных цехах, поскольку после плазменной резки заготовки имеют большую точность размеров. Плазменная резка широко применяется в судостроении, на предприятиях тяжелого и атомного машиностроения, химической и электротехнической промышленности.