直流電弧爐電極升降控制系統的問(wèn)題分析及改進(jìn)

(1)仍沿襲交流電弧爐的控制概念，存在概念不清的問(wèn)題。以弧壓給定和弧壓反饋信號之差值作速度調節器之給定，未設差值放大環(huán)節。原調節器電路圖如圖1所示，是原有的電極升降調節器的基本電路原理圖。由圖可見(jiàn)，該電路中沒(méi)有設電弧電壓調節環(huán)節，反饋的弧壓信號Uf經(jīng)4N2組成的比例放大器進(jìn)行比例系數變換之后直接與給定電位器輸出的弧壓給定信號Ug進(jìn)行串聯(lián)比較，比較的結果產(chǎn)生的差值信號直接作為速度閉環(huán)調節器的給定。比較差值信號沒(méi)有進(jìn)行放大，二者之間的靜差太大，使得反饋與給定之間不可能有很好的跟隨性能。從而導致弧壓調節范圍小，不能準確地將弧壓穩定在所給定的值上，而且限制了弧壓的提高。即使在最高電壓檔(AC250V)，弧壓(直流)也只能在250V左右來(lái)回擺動(dòng)。同時(shí)，也導致變壓器網(wǎng)側功率因數偏低。

(2)電路設計方面存在的問(wèn)題較多?？刂瓢迳峡刂齐娫床捎脝蜗嗾麟娐?，穩壓器輸入端沒(méi)有足夠容量的電容器進(jìn)行濾波。導致控制電源，尤其是主電源上的紋波成分相當嚴重，直接干擾電路正常工作。

輸入調節器的反饋信號和給定信號電路，都沒(méi)有設置必要的濾波環(huán)節對信號進(jìn)行濾波。信號上疊加的瞬態(tài)干擾信號容易導致電路工作不穩定。

從調節器上引出到操作臺去的來(lái)回連接線(xiàn)太多，這些外引線(xiàn)在傳輸信號的同時(shí)也會(huì )將環(huán)境中的電磁干擾信號引入控制電路。作為長(cháng)距離弱信號傳輸線(xiàn)，設計時(shí)應考慮采取一些必要的隔離，濾波和保護措施，原電路設計中都沒(méi)有予以足夠的重視。速度調節器輸出信號沒(méi)有設限幅電路，導致觸發(fā)器移相范圍的上、下限不固定，容易漂移，致使送到力矩電機的電壓不對稱(chēng)。

主電路采用半控式晶閘管和二極管模塊，雖可以降低部分成本和減少部分觸發(fā)單元，但不容易保證交流調壓電路輸出的電壓波形完全對稱(chēng)。電壓波形不對稱(chēng)對電動(dòng)機的運轉性能影響是不可忽視的。

控制電路中元器件參數選擇不盡合理，各參數之間不匹配。由于參數不匹配，導致電路的性能無(wú)法得到保證，甚至使其工作性質(zhì)都發(fā)生了變化，致使元器件損壞現象嚴重。

(3)元器件和制作方面的質(zhì)量問(wèn)題也比較突出，故障隱患多?？刂瓢迳系牟糠衷骷到?jīng)過(guò)反復調節整定和頻繁的更換，使得電路板上存在很多的脫焊、虛焊、隱性短接和插接點(diǎn)接觸不良等現象，影響電路板可靠、穩定的工作。

3技術(shù)改進(jìn)措施和運行效果

針對上述存在的問(wèn)題和原因分析，在原有基礎上，根據現有條件對電極升降控制系統作了部分改進(jìn)，具體改進(jìn)措施和運行效果如下：

(1)調節器的改進(jìn)

原有系統中只有一個(gè)速度調節器，是一個(gè)單閉環(huán)系統，電弧電壓反饋信號僅僅作為一個(gè)擾動(dòng)信號在系統中起作用?？紤]到電極升降控制系統的最終控制目標是穩定弧壓，應該對弧壓進(jìn)行閉環(huán)調節控制。設置一個(gè)自動(dòng)閉環(huán)的弧壓調節器作外環(huán)，將速度調節器作內環(huán)。改進(jìn)后的內、外環(huán)調節器基本原理圖如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，改進(jìn)后的調節器是一個(gè)由弧壓調節器和轉速調節器組成的典型的雙閉環(huán)調節器系統。將弧壓給定和弧壓反饋信號由串聯(lián)比較改為并聯(lián)比較，將兩組公共點(diǎn)沒(méi)有連通的+15V、-15V電源的公共點(diǎn)連通。

(2)更換、調整部分元器件及其參數

為了適應控制電路的整體要求，除調整控制電路的電路結構之外，對電路中部分元器件進(jìn)行了更換，或調整其參數，以滿(mǎn)足系統的基本要求。

弧壓調節器按大慣性調節器設定元器件參數，其靜態(tài)放大倍數設定在3～6倍之間，以提高實(shí)際弧壓與給定弧壓之間的跟蹤性能，同時(shí)減少二者之間的靜態(tài)差值。

轉速調節器按小慣性調節器選配元器件參數，以提高力矩電機動(dòng)作的靈敏度。其靜態(tài)放大倍數控制在3～5倍范圍內。

在現有條件下對電路板進(jìn)行重新修復，盡量減少因制作質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的故障隱患。

(3)運行效果

電極升降控制系統經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)方面的改進(jìn)和重新修復后，于1998年10月份投入系統使用。從使用情況看，改造的基本目的完全達到了，這主要表現在:

①電極竄動(dòng)現象明顯減少。除因個(gè)別輕薄爐料在熔化中引起一些竄動(dòng)之外，一般情況下不會(huì )發(fā)生明顯的竄動(dòng)現象，能夠保持連續穩定地供電，對加快熔化速度產(chǎn)生了明顯的效果。

②最高電壓檔的弧壓電壓(直流)有明顯的提高，由原來(lái)的250V左右提高到300V左右，并且能夠將弧壓比較準確地穩定在給定值上，這樣就可以連續穩定地將電弧功率由3500kW提高到4200kW，提高約20%，電弧功率的提高對加快冶煉速度、縮短冶煉時(shí)間具有明顯的作用。

③電弧電壓能夠比較好地跟隨給定弧壓。其有效調節范圍和線(xiàn)性性都能滿(mǎn)足冶煉工藝的要求，為獲得最佳技術(shù)經(jīng)濟指標創(chuàng )造了條件。力矩電動(dòng)機損壞次數明顯減少。

盡管取得了以上三個(gè)方面的效果，但由于該系統的設計和制作存在先天不足，電路工作的穩定性仍不十分理想，元器件損壞的現象仍時(shí)有發(fā)生。

4結語(yǔ)

直流電弧爐電極升降控制方法有別于交流電弧爐電極控制方法，應該設計成轉速調節為內環(huán)、弧壓調節為外環(huán)的雙閉環(huán)系統。電路中元器件參數的選取極為重要，必要的保護措施也必不可少。制作質(zhì)量的好壞直接影響設備的可靠性和正常運行。作為成套供應商應選擇專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家定制此類(lèi)關(guān)鍵設備。