Регулятор мощности дуговой электропечи

1029432 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 111 7148; Г 27 0 11/10 151) Н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО. ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.365.22 (088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР135164, кл. 21 1) 24, 1961.2. Авторское свидетельство СССР462317, кл. Н 05 В 7/00, 1975.3. Матисон А. Г., Ананьев М. Н., Каширский В. А., Михайлов В. В., Седойкин Н. Я Тимонов Ю. И., Эдемский В. М. Современные локальные системы автоматического регулирования электродуговых печей. - Электротехническая промышленность. Сер. Электротермия, 1979, вып. 10(206), с. 6 - 7.(54) (57) РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий в цепи управления каждым электродом датчики тока и напряжения дуги, соединенные с входами первого блока сравнения, выход которого подключен к входу блока формирования сигнала управления, связанного выходом с первым входом регулятора скорости двигателя, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости двигателя, третий вход через дифференциатор соединен с датчиком скорости электрода, а выход подключен к первому входу регулятора тока двигателя, соединенного вторым входом с датчиком тока двигателя, а выходом - с входом реверсивного тиристорного преобразователя, к выходу которого подключен двигатель перемещения электрода, переключатель ступеней напряжения печного трансформатора и переключатель уставок мощности регулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования путем уменьшения дисперсии тока печи и увеличения быстродействия.он снабжен датчиком отклонения длины дуги от установленного значения и датчиком пути торможения электрода, вторым блоком сравнения, диодом, исполнительным реле, блоком коррекции и датчиком коэффициента усиления печи по напряжению, первый вход датчика отклонения длины ду- ж ги от установленного значения соединен с выходом первого блока сравнения, его второй вход связан с выходом блока коррекции, а выход - с первым входом второго % блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом датчика пути торможения ф электрода, вход которого связан с выходом датчика скорости двигателя, а к .выходу блока сравнения через диод подключена обмотка исполнительного реле, размыкающий контакт которого включен между выходом блока формирования управляющего сигнала и входом регулятора скорости двигателя, входы блока коррекции соединены с пе Р реключателями ступеней напряжения и ус тавки мощности и датчиком коэффициен- (;Д та усиления печи по напряжению. Ю10294351 О15ло25электрического режима. 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротермий и может быть использовано для автоматического регулирования электрической мощности дуговых сталеплавильных печей.Известна система регулирования электрической мощности дуговых электропечей, содержащая в печи управления каждым электродом механизм перемещения электрода, муфту трения, блок измерения нагрузки печи, блок усиления с отрицательной обратной связью и блок (опередитель) с магнитным усилителем 1,Недостатком этого регулятора является пропорционально-импульсный закон регулирования и, как следствие, большое время отработки возмущения.Известно устройство регулирования электрической мощности дуговых электропечей, содержащее в цепи управления каждым электродомизмерительный каскад, блок сравнения, логический блок, релейный элемент, сервомеханизм перемещения электрода и блок формирования апериодического переходного процесса 2.Недостатком данного устройства является то, что при изменении величины уставки мощности регулятора и ступени напряжения печного трансформатора данный регулятор не обеспечивает оптимального закона регулирования.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор мощности дуговой электропечи, содержащий в цепи управления каждым электродом датчики тока и напряжения дуги, соединенные с входами первого блока сравнения, выход которого подключен к входу блока формирования сигнала управления, связанного выходом с первым входом регулятора скорости двигателя, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости двигателя, третий вход через дифференциатор соединен с датчиком скорости электрода, а выход подключен к первому входу регулятора тока двигателя, соединенного вторым входом с датчиком тока двигателя, а выходом - с входом реверсивного тиристорного преобразователя, к выходу которого подключен двигатель перемещения электрода, переключатель ступеней напряжения печного трансформатора и переключатель уставок мощности регулятора 3.Недостатком регулятора является колебательный процесс обработки возмущений электрического режима и, как следствие, большая дисперсия тока дуги.Цель изобретения - повышение качества регулирования путем уменьшения дисперсии тока печи и увеличения быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что регулятор снабжен датчиком отклонения длины дуги от установленного значения и датчиком пути торможения электрода, вто 21рым блоком сравнения, диодом, исполнительным реле, блоком коррекции и датчиком коэффициента усиления печи по напряжению, первый вход датчика отклонения длины дуги от установленного значения соединен с выходом первого блока сравнения, его второй вход связан с выходом блока коррекции, а выход - с первым входом второго блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом датчика пути торможения электрода, вход которого связан с выходом датчика скорости двигателя, а к выходу блока сравнения через диод подключена обмотка исполнительного реле, размыкающий контакт которого включен между выходом блока формирования управляющего сигнала и входом регулятора скорости двигателя, входы блока коррекции соединены с переключателями ступеней напряжения и уставки мощности и датчиком коэффициента усиления печи по напряжению.На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема предлагаемого регулятора мощности дуги на фиг. 2 вкривые зависимости отклонения длины дуги от установленного значения от напряжения рассогласования импедансного регулятора мощности дуги при различных значениях параметров Регулятор содержит датчик тока дуги 1, датчик напряжения дуги 2, подключенные к входам блока сравнения 3, сигнал, с выхода которого поступает на вход блока формирования сигнал управления 4. Выход блока 4 через размыкающий контакт 5 соединен с первым входом регулятора скорости двигателя 6, а его второй вход соединен с выходом датчика скорости двигателя 7, Выход блока 6 соединен с первым входом регулятора тока дьигателя 8, второй вход регулятора тока соединен с выходом датчика тока двигателя 9, вход последнего соединен с выходом шунта 10, Выход регулятора тока двигателя 8 соединен со входом реверсивного,тиристорного преобразователя 11, к выходу которого подклк)чен двигатель перемещения электрода 12, напряжение с якоря которого поступает на первый вход дат- . чика скорости двигателя 7, а второй вход последнего соединен с, выходом блока 9. Вход датчика скорости электрода 13 соединен с выходом блока 7, а его выход подподключен к входу дифференциатора 14, с выхода которого сигнал поступает на третий вход регулятора скорости двигателя 6. Датчик отклонении длины дуги от установленного значения 15, входы которого соединены соответственно с выходом блока коррекции 16 и с выходом блока сравнения 3, соединен с первым входом релейного блока сравнения 17, к выходу которого через диод 18 подключено исполнительное реле 19 с размыкающими контактами 5. На второй вход блока 17 поступает сигнал с выхода датчика пути торможения электрода 20, вход которо1029432 го соединен с выходом датчика скорости двигателя 7. Входы блока коррекции 16 соответственно соединены с выходами устройства переключения уставки мощности регулятора 21, устройства переключения ступеней напряжения печного трансформатора 22 и датчика коэффициента усиления печи по напряжению 23.Электропривод механизма перемещения электрода, построенный по принципу последовательной коррекции с подчиненным ре О гулированием координат и с демпфированием механических колебаний электрода, обеспечивает постоянное и одинаковое при спуске и подъеме ускорение электрода. Это определяет возможность вычисления величины пути торможения электрода от данной скорости до нуля по формуле;2 2.2С ы12ч . 2 С Е 2где Ч - линейная скорость электрода;ч - линейное ускорение электрода; . 20 сд - угловая скорость двигателя;6 - угловое ускорение двигателя;С - постоянный коэффициент приведения соответственно линейных скорости и ускорения электрода к угловым скорости и ускорению двигателя).Так как величины С и с постоянные, то выражениеможно записать в виде:С , 2 (2)ГДЕ С 4.= 2 - .С30 Это выражение реализовано в блоке 20, . напряжение с выхода которого, пропорциональное величине пути торможения электрода, поступает на второй вход релейного блока сравнения 17. На первый вход блока 7 поступает напряжение, пропорциональ- З 5 ное величине отклонения длины дуги от установленного значений, снимаемое с блока 15, который представляет собой нелинейный элемент, который реализует зависимостьа= /1(1-)рас )I (3)где Ьг - величина отклонения длины дугиот установленного значения;ф=,. - величина напряжения рассогласования на выходе блока сравнения 3;0 и 3 -действующие значения соответственно напряжения и тока дуги;а и Ь -постоянные коэффициенты, определяющие уставку мощности регулятора.Зависимость (3) можно снять экспериментально или рассчитать аналитически при определенных значениях параметров электрического режима, влияющих на вид этой зависимости Величина отклонения длины дуги от установленного значения Ьг при постоянном напряжении рассогласования 55 13 р с (вид зависимости 1(Урэ) зависит от таких параметров электрического режима: величины уставки мощности регулятора (ко 4торая определяется значениями коэффициентов а и Ь), ступени напряжения печного трансформатора (определяющей вид статической вольт-амперной характеристики электропечной установки Э = Г(У) и значения коэффициента усиления печи по напряжению ф (градиента напряжения на дуге). Примерный вид семейства зависимостей Ыв=1(.)рс,) при различных значениях перечисленных выше параметров электрического режима приведен на фиг, 2. Каждая из кривых этого семейства соответствует определенным фиксированным значениям параметров электрического режима печи ДСП: кривая 1 рассчитана для первой ступени напряжения печного трансформатора Ц =280 В, номинальной установке мощности регулятора а= 0,248, Ь = 1,56 10 з ф и 5 Д; кривая 2 рассчитана при12 х - - 96 В, а =0,347, Ь=1,72 О- и ,а=2 в; кривая 3 рассчитана пари кав = =196 В, а=0,347, Ь =1 72 10и ф= =1,5 - . Поэтому при определейии величины отклонения длины дуги от установленного значения й 1 в по выражению (3) необходимо оперативно по ходу плавки контролировать перечисленные параметры электрического режима и в функции от их значений корректировать зависимость (3),Блок 16 предназначен для коррекции зависимости (3), реализованной в блоке 15, по значениям уставки мощности регулятора, ступени напряжения печного трансформатора и коэффициента усиления печи по напряжению , информация о значениях которых поступает из блоков 21, 22 и 23. Блок коррекции 16 может быть реализован, например, на микропроцессорном управляющем вычислительном комплексе, построенном на основе микропроцессора К 580 ИК 80, Алгоритм функционирования процесса коррекции зависимости, реализованной в блоке 15, следующий. Сигнал на выходе блока 15, пропорциональный величине отклонения длины дуги от установленного значения, равныйЬ 1 =КО (Чр )1,где К - постоянный, независимый от велиАчины .1 р коэффициент коррекции, вычисляемый блоком коррекции 16 в зависимости от значения уставки мощности рет гулятора, ступени напряжения печного трансформатора и коэффициента усиления печи по напряжению;Л(.рай) -базовая функция, рассчитаннаяили экспериментально снятая при определенных значениях перечисленных выше параметров (например при номинальной . уставке мощности регулятора на первой ступени напряжения печного трансформа 1029432тора и определенном, принятом за базовое, значении коэффициента усиления печи понапряжению /3) и реализованная на стандартном нелинейном функциональном преобразователе в блоке 15.Коэффициент коррекции К вычисляетсяв блоке 16 согласно выражению:К=КнКц Кгде Кн - коэффициент коррекции по ступе Они напряжения печного трансформатора;К-коэффициент коррекции по уставке мощности регулятора;К -коэффициент коррекции ко коэффициенту усиления печи по напряжению,Значение коэффициента коррекции К реализуется на стандартном усилителе в блоке 15(блок 15 содержит последовательно соединенные стандартные нелинейный функциональный преобразователь и операционныйусилитель). Значения коэффициентов Кн иК,определяются заблаговременно по зависимости Ю= КК)1 Д 11)/ при определенных, отличных от базовых, значенияхступени напряжения печного трансформатора, уставке мощности регулятора и призначении коэффициента усиления печи понапряжению, равному базовому, и заносятся в память блока 16. Коэффициент коррекции по коэффициенту усиления печи понапряжению Кз определяется по выражениюК Яф (4)При базовых значениях режимных параметров плавки значения коэффициентов коррекции К К, К равны единице, т. е. К=1и 1 =(1(1.)ра)1 При работе печи в режимах, отличных от базового, из памяти микропроцессорного управляющего устройства(блок 16) выбираются соответствующие выданным блоками 21 и 22 сигналам коэффициенты коррекции Ки Км, блоком 16 вычисляются значение коэффициента Кпо выражению (4) в соответствии с текущим значениемкоэффициента усиления печи по напряжению Я (выданным блоком 23) и значение коэффициента коррекции К = КК К. Вычисленное значение коэффициента К вводится вблок 15 и реализуется его операционнымусилителем.Блоки 15, 17 и 20 могут быть реализованы, например, на соответствующих элементах унифицированной блочной системырегулирования (УБСР). 50Блоки 21, 22 и 23 служат для определения по ходу плавки информации о значениях параметров установленного режимаплавки: 21 - для определения вел ичиныуставки мощности регулятора; 22 - дляопределения величины ступени напряженияпечного трансформатора, а блок 23 - дляопределения значения коэффициента ф (коэффициента усиления печи по напряжению). Сигналы на выходе блоков 21 и 22 соответствуют выбранной величине уставки и мощности регулятора и ступени напряжения печного трансформатора, которые выставляются, например, вручную оператором и определяют собой заданные значения параметров электрического режима. Сигнал на выходе блока 23 определяет собой величину коэффициента усиления печи по напряжению который задается, например, вручную оператором по периодам плавки; эти блоки могут быть, например, реализованы на галетных переключателях, снимающих с по-, тенциометров напряжения пропорциональные ступени напряжения печного трансформатора, устав ке мощности регулятора и коэффициенту усиления печи по напряжению (градиенту напряжения на дуге).Регулятор работает следующим образом.На вход датчиков 5 и 20 непрерывно подаются соответственно напряжение рассогласования 11, и напряжение, пропорциональное скорости двигателя. С выходов этих датчиков напряжения, пропорциональные величине отклонения длины дуги от установленного значения и длине пути торможения электрода, поступают на входы релейного блока сравнения. Если абсолютное значениеМэ больше величины пути торможения электрода, то напряжение на выходе блока сравнения 17 отрицательное, диод 18 закрыт и на исполнительном реле 19 напряжение равно нулю, размыкающий контакт 5 замкнут и двигатель электрода работает в направлении ликвидации рассогласования электрического режима. Когда оба напряжения на входе блока 17 (а они всегда имеют постоянные и противоположные знаки) сравниваются или напряжение на выходе блока 20 станет больше величины напряжения на выходе блока 15, то напряжение на выходе релейного блока сравнения 17 изменит свой знак, исполнительное реле 19 сработает, разомкнет свой контакт 5 и двигатель начнет тормозиться за счет отрицательной связи по скорости двигателя. Когда скорость двигателя уменьшится до нуля, то и рассогласование ликвидируется до нуля без изменения знака в процессе отработки возмущения (т. е, без перерегулирования),Таким образом, предлагаемый регулятор мощности дуговой электропечи в отличие от прототипа обеспечивает апериодический процесс отработки возмущений электрического режима, что положительно влияет на уменьшение дисперсии тока дуги Кроме этого, в предлагаемом устройстве сохраняется рациональный (апериодический) закон движения электропривода механизма перемещения электрода при увеличенном быстродействии регулятора (т. е. при увеличении максимальной скорости перемещения электрода). Это возможно за счет того, что момент начала торможения определяется ра1029432.: Составитель Г. ТаракановаТехред И. Верес КорректоТираж 845 ПодписноГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийсква, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5Патентэ, г. Ужгород, ул. Проектная,Гнрня Редактор Т.МитейкоЗаказ 5004/59ВНИИ 13035, М лиал ППП венством величин отклонения длины дуги от установленного значения и тормозного пути электрода. Это обстоятельство также положительно влияе на улучшение качества регулирования мощности (на уменьшение дисперсии тока дуги), так как увеличение быстродействия при сохранении рационального закона отработки возмущений приводит к уменьшению времени регулирования, Предлагаемое устройство обеспечивает инвариантность динамических свойств регулятора по отношению к установленной в нем величине зоны-нечувствительности (так как значение контролируемого напряжения рассогласования снимается с выхода блока сравнения, т. е. перед блоком формирования сигнала управления регулятора, где задается величина зоны нечувствительности), а также по отношению к изменяющимся параметрам объекта и координатам электрического режима на протяжении всей плавки.Все это уменьшает дисперсию тока дуги в процессе работы электропечи и, как следствие, приводит к улучшению технико-эко О5номических показателен ее работы; к снижению удельного расхода электроэнергии и уменьшению времени плавки (увеличению производительности печи).