Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи

СОЮЗ СОВЕТСКИХшаюлам 4 ПЕЖРЕСПУБЛИК 4 Н 05 В 7/148 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ(71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) О.Ю.Лозинский, Я.С.Паранчук, Я.Б,Сметанюк и Я.Ю.Марущак (53) 621.365.22 (088,8)(56) Свенчанский А.Д., Трейзон З.П, Автоматизация электротермических установок (учебник для техникумов). М.: Энергия, 1968, с. 230-23 1.Авторское свидетельство СССР Мф 1159180, кл. Н 05 В 7/148, 1985. (54) РЕГУЛЯТОР ИОВ 1 НОСТИ ДУГОВОЙ ИНОГОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ(57) Изобретение относится к области электротермии. Делью изобретения является повьппение качества регули 801399897 А 1 рования путем формирования заданного значения дисперсии тока дуги. В регулятор дополнительно введен контур формирования заданного значения дисперсии тока дуги, включающий в себя датчик коэффициента корреляции 6, блок сравнения 7, задатчик коэффициента корреляции 8, фазосдвигающий блок 9, генератор случайного сигнала 10, задатчики дисперсии 11 и частотного спектра 12. Благодаря дополнительно введенным элементам в данном регуляторе представляется возможным формировать дисперсию тока дуги в процессе регулирования мощности дуговых электропечей, а также поддерживать ее в постоянном заданном уровне при различном характере возмущений.действующих в печи, 2 з.п.ф-лы,5 ил.1399897 Фм ф Редактор Е.К орректор В. Гнрняк каз 2677/5 Тирам 8 Подписно ЭОЗ роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уаг л. Проектная,Составитель Е.КТехред М.Дидык Государственного клам изобретений исква, Ж, Раушск митета Сткрытийя наб., 1399897Изобретение относится к электротермии, в частности к регулированиюмощности дуговых электропечей,Целью изобретения янляется.повы 5шение качества регулирования путемформирования заданного значения дисперсии тока дуги.На фиг. 1 изображена Функциональная блок-схема регулятора мощности,на фиг.2 - Функциональная блок-схемадатчика коэффициента корреляции; наФиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу датчика коэФФициента корреляции, где а, б - сигналы на входах соответственно первого и второгодифференциаторов; в - сигналы на первом выходе таймера; г, д - сигналына выходах соответственно первого ивторого устройств ограничения, е, ж - 20сигналы на выходах соответственнопервого и второго компараторов; з1сигналы на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; и - сигналы на втором выходе таймера; к - сигналы на выходе 25элемента И; л - сигналъ на третьемвыходе таймера м - сигналы на четвертом выходе таймера", на фиг,4функциональная блок-схема таймера,на фиг.5 - временные диаграммы, поясняющие работу таймера, где н - сигналы на выходе генератора прямоугольных импульсов, в - сигналы на выходепервого одновибратора (первый выходтаймера); о - сигналы на выходе первого логического элемента 2 И-НЕ; ивсигналы на выходе второго одновибратора (второй выход таймера); р - сигналы на выходе второго логическогоэлемента 2 И-НЕ; с - выходные сигналы 40десятичного счетчика; т - сигналы навыходе третьего логического элемента2 И-НЕ; л - сигналы на выходе третьегоодновибратора (третий выход таймера)ф - сигналы на выходе четвертого логического элемента 2 И-НЕ; и - сигналына выходе четвертого однонибратора(четвертый выход таймера).Регулятор для каждой Фазы регулирования содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения на дуге, выходы которых соединены с соответствующимивходами первого блока 3 сравнения,выход которого соединен с входом усилителя 4, а выход усилителя 4 соединен с входом исполнительного механизма 5. Второй вход датчика 6 коэФфициента корреляции соединен с выходомдатчика 2 напряжения на дуге, а выход датчика 6 коэффициента корреляции соединен с первым входомвторого блока 7 сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 8 коэффициентакорреляции, а выход блока 7 сравнениясоединен с управляющим входом фазосдвигающего блока 9, информационныйвход которого соединен с выходом генератора 10 случайного сигнала, первый и второй управляющие нходы которого соединены с выходом соответственно задатчика 11 дисперсии и с выходом задатчика 12 частотного спектра, а выход Фазосдвигающего блока 9соединен с первым входом датчика 6коэфФициента корреляции, и с входомблока 13 элементов ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ-ОГРАНИЧЕНИЕ, выходы которого через блок 14 регулирования индуктивного сопротивления соединенысоответственно с входами секционногорегулируемого дросселя 15,Латчик 6 коэффициента корреляциисодержит таймер 16, первый выход 17которого соединен с управляющимивходами первого 18 и второго 19дифференциаторов, информационныевходы первого 18 и второго 19 дифференциаторов являются соответственно первым и вторым входами датчика 6 коэффициента корреляции, авыходы первого 18 и второго 19 дифференциаторов соответственно черезпервое 20 и второе 21 устройстваограничения, первый 22 и второй 23компараторы подключены к соответствующим входам логического элементаИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 24, выход которогоподключен к второму входу логического элемента И 25, а первый вход логического элемента И 25 подключен квторому выходу таймера 16, а выходлогического элемента И 25 через последовательно соединенные счетчик26, цифроаналогоный преобразователь27 и устройство 28 выборки-хранениясоединен с входом Функциональногопреобразователя 29, выход которогоявляется выходом датчика 6 коэффициента корреляции, а третий и четвертый выходы таймера 16 соединены соответственно с управляющим входом устройства 28 выборки-хранения и с входом сброса счетчика 26,Таймер содержит генератор 30 прямоугольных импульсов, выход которогосоединен с входом первого олнонибра1399897 Р+Я=1. 30 Б дс = ац в 1 э Вероятность совпадения знаков (Р) сигналов Х(С) и У и вероятность их несовпадения ) связаны зависи- мостью С учетом изложенного после несложных преобразований получим 10т = сов(Со), (4) Регулятор работает следующим образом. 15Контур регулирования, включающий датчик 1 тока дуги, датчик 2 напряжения, блок 3 сравнения, усилитель 4 и исполнительный механизм 5, осуществляют обработку возмущений электри ческого режима, вызвавших смещение рабочей точки печи в сторону короткого замыкания или обрыва дуги путем перемещения электродов в сторону ликвидации возмущения, 25В качестве регулируемого параметра используется разность сигналов, пропорциональных току дуги 1 и напря 3жению дуги Б где а и в - постоянные коэффициенты,определяющие уставку регулятора.Установленному режиму работы электропечи соответствует нулевое значение регулируемого параметра Б Рцс =О. Этот контур регулирования представляет собой электромеханическую систему, 40 обладающую таким основным недостатком как низкое быстродействие при ликвидации возмущений, что обуслов-.ливает высокую дисперсию тока дуги.С целью изменения дисперсии регу лируемой координаты (точка дуги) в широком диапазоне, а также поддержания ее на заданном уровне в предлагаемом устройстве предусмотрен контур, включающий датчик 2 напряжения на,дуге, датчик 6 коэффициента корреляции, блок 7 сравнения, задатчик 8 коэффициента корреляции, фазосдвигающий блок 9, генератор 10 случайных сигналов, задатчик 11 дисперсии, задатчик 12 частотного спектра.В процессе работы печи с указанным контуром сигнал тока дуги можетбыть представлен как 1 = 1 д,зцд + 61++ д 1 ", где 1 д,зд - заданное значение тока дуги, д 1 (процесс Х(г. - отклонения тока дуги, обусловленные действиями возмущений и работой элекИ тромеханического регулятора, л 1 (процесс У(1 - отклонения тока дуги, обусловленные изменением индуктивного сопротивления дросселя ЛХдр в функции выходного нагряжения генератора 1 О случайного сигнала.Коэффициент корреляции гмежду этими процессами находим по одному иэ выражений (3), используя для его определения знаковые признаки двух рассматриваемых процессов, Так как определение процесса1 и, следовательно, его знака затруднительно, то предлагается в качестве информации о знаковых изменениях процесса д 1 использовать знаковые изменения ДП - Л 1 в соответствующей фазе, которые однозначно связаны между собой.Аналогично в качестве информации о знаковых изменениях Л 1" используем знаковые изменения выходного напряжения йП генератора 1 О случайного сигнала, которые приводят к изменениям индуктивного сопротивления дросселя дХ , а последние, в свою очередь,О обусловливают изменение й 1Следовательно, для определения коэффициента корреляции между сигналами л 1и д 1 " используем знаковые изменения соответственно1и д Бг, принимая во внимание то, что зрп 41 9 обратный знаку приращения тока дуги з 1 в заданной фазе, а зпрдБ, обратный знаку приращения тока дуги за счет изменения индуктивности дросселя, Знаковая зависимость между ЛБг и д 1" определяется соответствующей настройкой системы импульсно-фазового управления блока 14 регулирования индуктивного сопротивления дросселя.Это замечание учитывается при формировании заданного уровня дисперсии ивыборе формулы, определяющей алгоритмфункционального преобразователя 29Использование знаковых признаков сигнала Я 1 имеет то преимущество, что они говорят о причинах возникновения приращения й 1,Таким образом, достигается регулирование по возмущению и автономизируется режим в каждой фазе регулирования.Сигнал, пропорциональный напряжению на дуге 11, поступает с выгде С, - период импульсов на первомвыходе таймера 16;Г - максимальная частота опра 25шиваемого сигнала.На выходе первого 18 и второго 19 дифференциаторов получаются сигналы, пропорциональные первым производным по времени, которые поступают на входы соответственно первого 20 и второго 21 устройств ограничения. Сигналы с выходов первого 20 и второго 21 элементов ограничения (фиг.32 г,д) поступают на входы соответственно первого 22 и второго 23 компараторов. 35 Напряжения смещения компараторов установлены таким образом, что последние срабатывают при отрицательном значении входного сигнала. Сигналы с выходов первого 22 и второго 23 ком параторов (фиг.Зе,ж) поступают на соответствующие входы логического элемента ИСКЛИЧАИЩЕЕ ИЛИ 24, на выходе которого в момент несовпадения знаков входных сигналов формируется 45 сигнал (фиг.2,3 з), поступающий на второй вход логического элемента И 25. На первый вход логического элемента И 25 поступают тактовые импульсы с второго выхода таймера 16 (фиг,Зп), фаза которых может быть сдвинута, например, на половину периода относительно фазы тактовых импульсов, снимаемых с первого выхода таймера 16 (фиг.Зв). Счетчик 26 производит 55 подсчет количества несовпадения знаков производных входных сигналов (фиг.З,а,б) на протяжении времени цикла с, определяемого в эависимос 50 хода датчика 2 Напряжения на дуге. на первый вход датчика 6 коэффициента корреляции, на второй вход которого с входа фазосдвигающего блока5 9 поступает сигнал, пропорциональный напряжению управления П генератора, 10 случайного сигнала. Первый и второй входы датчика 6 коэффициента корреляции являются соответственно входами первого 18 и второго 19 дифференциаторов, на управляющие входы которых поступают тактовые импульсы (фиг.Зв) с первого выхода таймера 16.Необходимый период импульсов (шаг квантования) на первом выходе таймера 16 может быть определен, например, по теореме Котельникова1С,=2 - 20 ти от частотного спектра исследуемыхсигналов, и может быть принят, например, равным= 10 с, где , - период синхронизирующих импульсов(фиг.Зв).В конце каждого периода счетчик 26сбрасывается в нулевое положение посигналу (фиг.Зм), поступающему на егоуправляющий вход с четвертого выходатаймера 16. Цифроаналоговый преобразователь 27 производит непрерывноепреобразование выходного сигналасчетчика 26 в аналоговую величину иподает его на вход блока 28 выборкихранения.Перезапись сигнала с выхода цифроаналогового преобразователя 27 на выход блока 28 выборки-хранения производится по инициативному сигналу,снимаемому с третьего выхода таймера16 и поступающему на управляющий входустройства 28 выборки-хранения(Фиг.Зл). Выходной сигнал счетчика26 представляет собой количество несовпавших знаков производных исследуемых сигналов, что при постоянномТц будет пропорционально вероятностинесовпадения знаков. Этот сигнал посредством блоков 27 и 28 преобразуется на выходе блока 28 выборки-хранения в аналоговую величину, пропорциональную величине вероятности несовпадения за время реализации циклац, и представляется, например, в виде напряжения,С выхода блока 28 выборки-храненияэтот сигнал, пропорциональный величине вероятности несовпадений знаков,поступает на вход Функциональногопреобразователя 29, реализующего зависимость (4). Следовательно, сигнална выходе функционального преобразователя 29, который является выходом датчика 6 коэффициента корреляции, пропорциональный коэффициентукорреляции тмежду сигналами д 1и д 1С выхода датчика 6 коэффициентакорреляции сигнал, пропорциональныйкоэффициенту корреляции г , поступает на первый вход блока 7 сравнения,Сигнал, пропорциональный заданному значению коэффициента корреляцииг эаяпоступает на второй входустройства 7 сравнения с выхода эадатчика 8 коэФФициента корреляции.Если сигнал на выходе блока 7 сравнения равен нулю, т.е. гку "ка фад то угол сдвига между входным и выходным сигналами фазосдвигающего устройства 9 9 =,О, т.е. блок 14 регулирования индуктивного сопротивлениядросселя производит преобразованиевыходного сигнала генератора 1 О случайного сигнала в соответствующуювеличину а Хд е без временной задержки и процессы ДТ и д 1" контрвариантны с коэффициентом корреляциикч эад фЕсли г, Ф г т.е. на выхоХУ зад фде устройства сравнения появился сигнал рассогласования, то преобразование выходного сигнала генератора случайных процессов в соответствующуювеличину происходит с соответствующим временным сдвигом ( 70 или усО),т.е. с опережением или запаздыванием,которое определяется величиной сигнала рассогласования, поступающегона управляющий вход Фазосдвигающегоблока 9.Генератор 10 случайных сигналоввырабатывает сигнал, дисперсия которого Ь = Ь через первый управляу хющий вход задается при помощи задатчика 11 дисперсии, частота спектраэтого сигнала задается через второйуправляющий вход генератора 10 случайных сигналов задатчиком 12 частотного спектра. Сигнал с дисперсией6 = Ьи заданным частотным спектром поступает на информационный входфазосдвигающего устройства 9Значения дисперсии 6, а также1частотный спектр задаются через соответствующие задатчики на каждый период плавки, например, оператором вручную. Задатчики дисперсии 11 и частотного спектра 12, могут быть реализованы на стандартных кнопочных переключателях, расположенных на панелиуправления генератора 10 случайныхсигналов. Задатчик 8 коэффициентакорреляции может быть реализован, например, на стандартном потенциометренапряжения, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональныйгк зад фТаймер работает следующим образом,Генератор 30 прямоугольных импульсов генерирует на выходе прямоугольные импульсы (фиг,5 н). Выходные импульсы генератора 30 прямоугольныхимпульсов поступают на вход первогоодновибратора 31 и запускают его своим передним Фронтом. На выходе первого одновибратора 31 формируютсяимпульсы требуемой длительности, которая определяется параметрами дифференциаторов 18 и 19 и может быть принята, например, 0,01 с. Выходныесигналы первого одновибратора 31(фиг.Зв, 5 в) поступают на первый 10 выход таймера 16. Выходные импульсыгенератора 30 прямоугольных импуль 1сов поступают также на вход первого логического элемента 2 И-НЕ 32, вы 15 ходные импульсы которого (фиг.5 о)своим передним Фронтом запускаютвторой одновибратор 33, выходные импульсы которого (Фиг.Зп, 5 п) поступают на второй вход таймера 16. Длительность импульсов второго вибратора 33 может быть принята, например,0,01 с. Выходные импульсы первогоодновибратора 31 пбступают на вход 25 второго логического элемента 2 И-НЕ34, а выходные импульсы последнего(Фиг.5 р) поступают на вход десятичного счетчика 35. Последний послекаждого десятичного входного импульса формирует на выходе импульс(фиг.5 с), который поступает на входтретьего логического элемента 2 И-НЕ36. Выходные сигналы третьего логического элемента 2 И-НЕ 36 (фиг.5 т) 35своим передним фронтом запускают третий одновибратор 37, выходной сигналкоторого поступает на третий выходтаймера 16. Длительность импульсовтретьего одновибратора 37 может быть 40 принята, например, 0,001 с (определяется временем перезаписи информациис цифроаналогового преобразователя27 на устройство 28 выборки-хранения).145 Сигнал с выхода третьего одновиратора 37 (фиг.Зл, 5 л) поступает навход четвертого логического элемента2 И-НЕ 38, выходной сигнал которого(Фиг.5 ф) своим передним фронтом запускает четвертый одновибратор 39.Формируемые четвертым одновибратором39 импульсы (Фиг,Зм, 5 м) поступаютна четвертый выход таймера 16, ихдлительность может быть принята,например, 0,001 с (определяется временем сброса счетчика 26).Таким образом, в регуляторе мощности дуговой многофазной электропечи благодаря наличию в нем контураформирования заданного значения дисперсии 6 з тока дуги можно поддерг заживать это значение на постоянном заданном уровне 6 = сопя для кажг зол 5дого периода плавки, обеспечивающемкачественную работу системы регулирования электрического режима ДСП,Использование знаковых признаковприращений напряжения на дуге д Б в 10качестве информаЦии в контуре формирования заданного значения дисперсииотока дуги позволяет автоматизировать процесс управления электрическим режимом в каждой фазе регулирования, а уменьшение дисперсии Ь2 задтока дуги до величины, обеспечивающейкачественную работу системы регулирования, позволяет уменьшить дисперсиюактивной мощности, т,е. приводит к 20более равномерному вводу активноймощности в печь и тем самым стабилизирует тепловой и технологическийрежимы плавки,25Формула изобретения 1. Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи, содержащий в каждой фазе регулирования датчик то ка, датчик напряжения на дуге, выходы которых соединены с соответствующими входами первого блока сравнения, выход которого через усилитель соединен с входом исполнительного механиэ ма, блок элементов ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ-ОГРАНИЧЕНИЕ, выходы которого через блок регулирования индуктивного сопротивления соединены с соответствующими входами секционного ре гулируемого дросселя, включенного на первичной стороне печного трансформатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества регулирования путем формирования задан ного значения дисперсии тока дуги, он дополнительно снабжен задатчиком коэффициента корреляции, вторым блоком сравнения, фазосдвигающим блоком, задатчиком дисперсии, задатчиком час тотного спектра, генератором случайного сигнала и датчиком коэффициента корреляции, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения на дуге, выход датчика коэффициента корреляции соединен с первым входом второго блока сравнения,второй вход которого соединен с выходом задатчика коэффициента корреляции, а выход - с управляющим входом (фазосдвигающего блока, информационный вход которого соединен с выходом генератора случайного сигнала, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с выходом задатчика дисперсии и с выходом задатчика частотного спектра, выход фазосдвигающего блока соединен с входом блока элементов ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ-ОГРАНИЧЕНИЕ и с первым входом датчика коэффициента корреляции.2, Регулятор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что датчик коэффициента корреляции содержит таймер, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго дифференциаторов, информационные входы первого и второго дифференциаторов являются соответственно первым и вторым входом датчика коэффициента корреляции, выход каждого из дифференциаторов через устройство ограничения и компаратор подключен к одному из двух входов логического элемента ИСКЛ 10 ЧАМЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И, первый вход логического элемента И соединен с вторым выходом таймера, выход логического элемента И через последовательно соединенные счетчик, цифроаналоговый преобразователь и устройство выборки хранения соединен с входом функционального преобразователя, выход которого является выходом датчика коэффициента корреляции, третий и четвертый выходы таймера соединены соответственно с управляющим входом устройства выборки-хранения и с входом сброса счетчика. 3. Регулятор по п.2, о т л и ч аю щ и й с я тем, что таймер содержит генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом первого одновибратора и через первый логический элемент 2 И-НЕ с входом второго одновибратора, выход которого является вторым выходом таймера, а выход первого одновибратора, который является также первым выходом таймера, через последовательно соединенные второй логический элемент 2 И-НЕ, десятичный реверсивный счетчик и третий логический элемент 2 И-НЕ соединен с входом третьего одновибратора, выход третьего одновиб 14139989713ратора, который является третьим выходом таймера, через четвертый логический элемент 2 И-НЕ соединен с входом четвертого одновибратора, выходкоторого является четвертым выходомтаймера.