Дослідження системи енергоефективного керування режимами дугової печі

Abstract

У магістерській кваліфікаційній роботі розглядається та обґрунтовується доцільність реалізації енергоощадного керування режимами електросталеплавлення в дугових сталеплавильних печах. У контексті цього напрямку в магістерській кваліфікаційній роботі розроблено структуру двоконтурної швидкодійної системи автоматичного енергоощадного керування електричним режимом та швидкодіючого регулювання координат електричного режиму, а також створено структурну комп’ютерну для реалізації в середовищі Simulink програми Matlab модель, виконано її тестування та проведено комплекс математичних експериментів з дослідження показників динаміки, енергоощадності та енергоефективності керування електричним режимом при дії в системі стаціонарних випадкових збурень, що виникають у дугових проміжках у різних технологічних стадіях плавлення і зведено в таблицю отримані їх інтегральні значення для технологічної стадії проплавлення колодязів у шихті, аналіз яких показує доцільність використання запропонованих рішень. У вступі роботи наводиться обґрунтування доцільності удосконалення системи керування електричним режимом дугових печей за комплексними критеріями енергоефективності та електромагнітної сумісності. У першому розділ наводиться загальна характеристика стану металургії сталі та сплавів у світі та в Україні та сучасні тенденції її розвитку, а також аналіз стану енерговитрат та енергозбереження в металургії сталі в Україні. У другому розділі наведено загальний опис силового електрообладнання трифазних дугових печей змінного струму, характеристика їх навантаження та наведено і дано характеристику статей їх енергобалансу. Третій розділ магістерської роботи відведено для огляду та порівняльного аналізу існуючих регуляторів потужності дуг ДСП, їх показників та законів керування. У четвертому розділі обґрунтовано доцільну для реалізації У магістерській кваліфікаційній роботі розглядається та обґрунтовується доцільність реалізації енергоощадного керування режимами електросталеплавлення в дугових сталеплавильних печах. У контексті цього напрямку в магістерській кваліфікаційній роботі розроблено структуру двоконтурної швидкодійної системи автоматичного енергоощадного керування електричним режимом та швидкодіючого регулювання координат електричного режиму, а також створено структурну комп’ютерну для реалізації в середовищі Simulink програми Matlab модель, виконано її тестування та проведено комплекс математичних експериментів з дослідження показників динаміки, енергоощадності та енергоефективності керування електричним режимом при дії в системі стаціонарних випадкових збурень, що виникають у дугових проміжках у різних технологічних стадіях плавлення і зведено в таблицю отримані їх інтегральні значення для технологічної стадії проплавлення колодязів у шихті, аналіз яких показує доцільність використання запропонованих рішень. У вступі роботи наводиться обґрунтування доцільності удосконалення системи керування електричним режимом дугових печей за комплексними критеріями енергоефективності та електромагнітної сумісності. У першому розділ наводиться загальна характеристика стану металургії сталі та сплавів у світі та в Україні та сучасні тенденції її розвитку, а також аналіз стану енерговитрат та енергозбереження в металургії сталі в Україні. У другому розділі наведено загальний опис силового електрообладнання трифазних дугових печей змінного струму, характеристика їх навантаження та наведено і дано характеристику статей їх енергобалансу. Третій розділ магістерської роботи відведено для огляду та порівняльного аналізу існуючих регуляторів потужності дуг ДСП, їх показників та законів керування. У четвертому розділі обґрунтовано доцільну для реалізації енергоефективного керування структуру двоконтурної швидкодійної системи керування електричним режимом дугової печі та нечіткого регулювання довжин дуг у процесі відпрацювання відхилень довжин дуг від заданого значення. У п’ятому обґрунтовано та створено комп’ютерну Simulink-модель запропонованої системи керування електричним режимом та проведено дослідження її показників динаміки регулювання координат та ефективності керування. Далі наводяться загальні висновки за отриманими результатами та прийнятими рішеннями у магістерській кваліфікаційній роботі та наведено перелік використаної літератури із 23 пунктів. Об’єкт дослідження – система автоматичного керування та пофазного регулювання довжин, напруг, струмів та потужності дуг дугової сталеплавильної печі. Предмет дослідження – показники динаміки регулювання координат електричного режиму, показники енергоефективності та електромагнітної сумісності дугової печі та електричної мережі. Мета дослідження – розробити структуру системи для реалізації енергоефективного керування електричними режимами ДСП та швидкодіючого пофазно незалежного регулювання довжин (напруг, струмів, потужностей) дуг у процесі регулювання збурень.The master's thesis examines and substantiates the feasibility of implementing energy-saving control of electric steelmaking modes in arc steelmaking furnaces. In the context of this direction, the structure of a two-circuit high-speed system of automatic energy-saving control of the electric mode and high-speed regulation of the coordinates of the electric mode was developed in the master's qualification work, and a structural computer model was created for implementation in the Simulink environment of the Matlab program, and its testing was performed and a complex of mathematical experiments was conducted to study the indicators of dynamics, energy saving and energy efficiency of the electric mode control under the action of stationary random disturbances in the system that occur in the arc gaps in various technological stages of melting and tabulated their integral values obtained for the technological stage of melting wells in the charge, the analysis of which shows the expediency of using the proposed solutions. The introduction of the work provides a rationale for the feasibility of improving the electric mode control system of arc furnaces based on complex criteria of energy efficiency and electromagnetic compatibility. The first section provides a general description of the state of steel and alloy metallurgy in the world and in Ukraine and current trends in its development, as well as an analysis of the state of energy consumption and energy saving in steel metallurgy in Ukraine. The second chapter gives a general description of the power electrical equipment of three-phase alternating current arc furnaces, the characteristics of their load, and the characteristics of the articles of their energy balance are given. The third section of the master's thesis is devoted to the review and comparative analysis of existing chipboard arc power regulators, their indicators and control laws. In the fourth chapter, the structure of the two-circuit high-speed control system of the electric mode of the arc furnace and the fuzzy regulation of the arc lengths in the process of working out the deviations of the arc lengths from the set value are justified for the implementation of energy-efficient control. In the fifth, a Simulink computer model of the proposed electrical mode control system was substantiated and created, and a study of its indicators of coordinate regulation dynamics and control efficiency was conducted. Further, the final conclusions based on the obtained results and the decisions made in the master's qualification thesis are given, and a list of the used literature is given from 23 points. The object of research is a system of automatic control and phase-by-phase regulation of arc lengths, voltages, currents, and power of an arc steelmaking furnace. The subject of the study is indicators of the dynamics of the regulation of electrical mode coordinates, indicators of energy efficiency and electromagnetic compatibility of the arc furnace and the electrical network. The purpose of the research is to develop a system structure for the implementation of energy-efficient control of electrical modes of chipboard and fast, phase-independent regulation of arc lengths (voltages, currents, powers) in the process of regulating disturbances. Key words: arc steel melting furnace, energy efficiency, electromagnetic compatibility, fuzzy logic, control system, control law, dynamics indicators