Устройство для определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи

(51) ЕЛ ВСЕСР".: ВУ СЬ Об (:Ь ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола (72) О.Ю. Лозинский и Я,С, Паранчук (53) 621.36522(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР У 873476, кл. Н 05 В 7/148, 1981,Авторское свидетельство СССР У 873478, кл. Н 05 В 7/148, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРА ДИЕНТА ПОТЕНЦИАЛА В СТОЛБЕ ДУГИ ДУГ ВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ(57) Изобретение относится к электр технике. Целью изобретения является повышение точности определения градиента потенциала в столбе дуги дуг,ЯО 140682 вой электропечи путем использованиястатистических характеристик процессовв печи, В устройстве процесс измерения градиента потенциала в столбедуги происходит только в режимах нормального горения дуги, Для этого вустройство введены второй дифференциатор 4, элемент умножения 6, квадратор 8, первый 7 и второй 9 усредняющие блоки, датчик 13 тока дуги,два элемента сравнения 12, 14, элемент 2 ИЛИ-НЕ 15 и таймер 5. Использование в устройстве статическогометода измерения позволяет существенно снизить величину дисперсииизмеренных значений и, как следствие, повысить качество регулирования электрического режима. 1 кп,где ь - постоянная величина, равнаясумме анодного и катодногопадений напряжения, 5Из последнего выражения можно за- писать дР 41 Од--- или йБ = ЪдЬ1 Ьд С 1 Ь 3а Г дДПерейдя к конечным приращениям, получим ЬРЭ .=6 Ьэ, где ЬБ и Ь- зависимые случайные стационарные центрированные процессы изменения приращений напряжения на дуге и длины дуги соответственно за временные промежутки величиной Ь С.Далее, следуя положениям теории метода наименьших квадратов, значение 3 определим из условия Г (э) = М (ЬПд -ЬЬ) 21 = тп, где М символ математического ожидания,Из последнего выражения следут, что РЪ) = МЬБа 2 - 2 МЬБдЬЬд 51++ И 2 ЬгДУчитывая, что МЬБ = Ры,ф где Р , РьЬа - дисперсии центрированных случайных процессов Ь БЭ и Ь ЬЗ соответственно; К Ь - второй сме 31шанный центральный момент центрированных случайных процессов Ъ 3 и ь 1 можно записать Г = Рь" Э ьдь"дродифференцировав последнее выражение по э и приравняв к нулю полученное выражение, можно записать 45 1(Р)- = -2 К + 2 п - О.. с 1 а,дэ - ЭИз этого выражения можно определить величину градиента потенциалав столбе дуги дуговой электропечи Описанный статистический метод определения величины градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи, заключающийся в проведении вычислений, определяемых выражением (1),1 14 О 6826 2Изобрегение относится к электротермии и может быть использовано дляизмерения градиента потенциала встолбе дуги в системах автоматического управления электрическим режимом дуговых электропечей,Цель изобретения - повьппениеточности измерения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи.Дуговые электропечи представляютсобой объект со случайными изменениями координат электрического режима, таких как ток дуги 1, напряжение на дуге Р, длина дуги Ь, градиент потенциала в столбе дугиидр., вследствие различных действующих 2 Ослучайных возмущений, В частности,случайный характер процесса изменения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи обусловленслучайными изменениями степени ионизации и температуры в столбе дуги,длины дуги, физико-химического состояния расплава и др. Но в течениеопределенного временного промежутка,равного 3-4 мин, эти процессы можносчитать стационарными и нормальными. М 1 Ь Ь =3 МЬЬ 1 = РПоэтому для измерения величины градиента потенциала в столбе дуги (5следует использовать метод, которыйоснован на рассмотрении статистических характеристик процессов, протекакщих в дуговых электропечах, чтопозволяет значительно повысить точность измерения величины. Измеренные таким способом значения 3 мож 40но использовать в контурах адаптациисистем регулирования электрическогорежима дуговых электропечей, обладающих высокими динамическими показателями,Сущность определения величиныградиента потенциала в столбе дугидуговой электропечи заключается вследующем, На участках стационарности статистических характеристик реальных процессов, по которым определяют О какся значения ф, измеренное значениеКьц,градиента потенциала в столбе дугипринимается постоянным. Продифферен- ацировав выражение для определения величины напряжения на дуге Б = сг, + 5515 5 140 б 8 кие к ним режимы. Процесс контроля наличия режимов короткого замыкания и близких к ним режимов осуществляется посредством датчика 1 напряжения на дуге и первого элемента 125 сравнения. Сигнал, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения на дуге Б 3, с выхода датчика 1 напряжения на дуге поступает на вход первого элемента 12 сравнения, При сигналах на входе первого элемента 12 сравнения, равных 0 с ББ, что соответствует режимам короткого замыкания и близким к ним режимам, его выходной сигнал БустанавлиВЬХ 1вается на уровне "1", а при сигналах БУ 9; выходной сигнал первого элемента 12 сравнения Б равен "0". Величину сигнала У можно установить равной П = (0,03-0,05)Бд, где Пз - величина напряжения на дуге, соответствующая установленному электрическому режиму работы электропечи. Процесс контроля наличия режимов об рыва дуги и близких к ним режимов осуществляется посредством датчика 13 тока дуги и второго элемента 14 сравнения. Сигнал, пропорциональный средневыпрямленному значению тока Зр дуги 1 З, с выхода датчика 13 тока дуги поступает на вход второго элемента 14 сравнения, При сигналах на входе второго элемента 14 сравнения01 р 6 1 д , что соответствует режиму1 35 обрыва дуги и близким к нему режимам, его выходной сигнал У , устанавливается на уровне "1", а йри сигналах 1Т выходной сигнал второго элемента 14 сравнения Б , равен "0", Величину сигнала 1, можно принять равной 1 = (0,03-0,05) 1, , где 1 - величина тока дуги соответ.стЭствующая установленному электрическому режиму работы электропечи, Дат чик 13 тока дуги - это датчик средне- выпрямленного значения тока дуги, который состоит из последовательно соединенных трансформатора тока, устанавливаемого на электропечах для контроля мгновенного значения тока дуги, выпрямителя и фильтра низкой частоты. Выходной сигнал фильтра низкой частоты, пропорциональный средневыпрямленному значению тока дуги, является выходным сигналом датчика 13 тока дуги. Сигналы с выходов первого 12 и второго 14 элементов сравнения поступают на пер 26 6вый и второй входы логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 15, который предназначен для определения режимов нормального горения дуги или их отсутствияи управления работой таймера 5 ипервого 7 и второго 9 блоков усреднения. Если на первом и втором входах логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 15сигнал равен "0" (что соответствуетрежимам нормального горения дуги),то на его выходе присутствует сигнал, равный "1", который, поступаяна первые управляющие входы первого7 и второго 9 блоков усреднения, устанавливает в них режим текущего, усреднения входных сигналов и, поступая на вход таймера 5, устанавливает в нем режим текущего отсчета времени промежутка усреднения Т. Еслина одном из входов логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 15 сигнал становитсяравным "1" (что соответствует тому,что в печи отсутствуют режимы нормального горения дуги), то на его выходе устанавливается сигнал, равный"0", что вызывает прекращение процесса текущего усреднения входных сигналов в первом 7 и втором 9 блокахусреднения и остановку текущего отсчета времени промежутка Т в таймере 5; Таким образом, в устройствезначение градиента потенциала в столбедуги Р измеряется лишь в режимах нормального горения дуги на протяжениивременного промежутка Т. Величинапромежутка усреднения Т представляетсобой "чистое" время, т.е. ее составляют временные интервалы, в течение которых в печи происходили процессы нормального горения дуги. Использование в устройстве статистическогометода измерения величины , реализация которого позволяет измерять величину градиента потенциала в столбедуги дуговой электропечи на определенном временном промежутке, обеспечивает существенное снижение величиныдисперсии измеренных значений(5 и, какследствие, повьппение точности измерения этой величины. Это, в свою очередь, при использовании устройства вадаптивных системах регулирования электрического режима позволяет повыситьточность адаптации этих систем авто-,матического регулирования к процессуизменения величины градиента потенциала в столбе дуги по ходу плавки,что улучшает качество регулирования21 моксгде Г - наибольщая частота из примСиК Ссутствующих в процессахи 1С выходов дифферсцциаторов сигналы 611 д и ь 1,д поступают чл пепвый и второй входы элемента 6 у.цьожс ия соот - ветственно, Вьгходной цц цал цемента 6 умножения, равный б ,1 Ь 1,з, поступает на вход первого.гк 7 усреднения. Работа блока . срслнсцця циклически повторяется, ;.: иаждом цикле 50 55 1 ч 0682реализован в устройстве, функциональная схема которого приведена на чертеже.В процессе работы электропечи сиг 5 нал, пропорциональный текущему средневыпрямленному значению напряжения на дуге Б, снимаемый с выхода датчика 1 напряжения на дуге, поступает на вход дифференциатора 2, на выходе которого путем дискретного диффере:нцирования формируется сигнал ьУ, который представляет собой случайный стационарный центрированный процесс. Датчик 1 напряжения на дуге 15 выполнен в виде блока, состоящего например, из схемы измерения мгновенных значений напряжения на дуге, на выходе которой включены последовательно соединенные выпрямитель и 20 фильтр низкой частоты, Выходной сигнал фильтра низкой частоты, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения на дуге, является выходным сигналом датчика 1 напря жения на дуге. Одновременно сигнал с выхода датчика 3 перемещения электрода, пропорциональный величине перемещения электрода 1., поступает на вход дифференциатора ч, на выходе которого путем дискретного дифференцирования формируется сигнал 6 1 который представляет собой случайный станционарный центрированный процесс,Процессы 613 и 61, Формируются дифференциаторами 2 исоответственно путем вычисления текущих приращений процессов Г и 1.д за определенный промежуток Ъ С, который определяется периодом импульсов, поступающих на управляющие входы этих дифференциаторов с первого выхода таймера 5, Требуемая величина периода этих импульсовможет быт определена, например, по формуле Котельникова:45 64этот блок производит усреднение входного сигнала на протяжении определенного временного промежутка Т, В любоймомент времени сигнал на выходе первого блока 7 усреднения равен среднему значению его входного сигнала,т,е. МЬБ Ь 1, = Кь 1за преды, 1:Эдущий временной промежуток усредненияТ. Выходной сигнал первого блока 7усреднения равный К 0, постуВпает на первый вход элемента 10 деления, Одновременно выходной сигналЬ 1, дифференциатора и поступает навход квадратора 8 с выхода которогосигнал, равный Ь 1. , поступает на входвторого блока 9 усреднения. Работапервого 7 и второго 9 бгоков усреднения происходит аналогично и синхронно по времени. В любой момент времени текущего промежутка усреднения сигнал на выходе второго блока 9 усреднения равен среднему значению еговходного сигнала, т,е. МЬЬД = П рза предыдущий временной промежутокусреднения. Выходной сигнал второгоблока 9 усреднения, равный Э 1 , поступает на второй вход элемента 10деления, В элементе 10 деления производится вычисление величины градиента потенциала в столбе дуги дуговойэлектропечисогласно выражению(1). В любой момент времени выходнойсигнал элемента 10 деления пропорционален величине градиента потенциалав столбе дуги 5 , измеренной в предыдущем временном промежутке Т. Этотсигнал с выхода элемента 10 деленияпоступает на вход прибора 11, которыйрегистрирует измеренные значения градиента потенциала в столбе дуги Д,Значение временного промежутка Т,равного периоду постоянства величины В, предварительно принимаетсяравным 3-4 мин и уточняется для конкретной дуговой электропечи по результатам статистической обработки полученных процессов изменения 15 по ходу плавки при различных значенияхпромежутка усреднения Т,В устройстве процесс измеренияградиента потенциала в столбе дугиВ происходит только в режимах нормаль -ного горения дуги, так как из процесса вычисления величин К,иа,ь аЛна временном промежутке Т исключены промежутки, в течение которых в печи существуют режимы короткого замыкания, обрыва дуги и близ1406826 новки. Составитель Е, КосаревТехред А. Кравчук Корректор И.Муска Редактор А, Огар Заказ 3211/56 Тираж 832 Подписное В 11 ИШИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно в :.дитрдфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 электрического режима и, следовательно, значения технико-экономических показателей работы электропечной устаФормула изобретенияУстройство для определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи, содержащее датчик напря жения на дуге, датчик перемещения электрода, выход которого соединен с входом первого дифференциатора, и элемент деления, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи, оно дополнительно снабжено вто рым дифференциатором, элементом умножения, квадратором, первым и вторым блоками усреднения, таймером, датчиком тока дуги, первым и вторым элементами сравнения, логическим эле ментом 2 ИЛИ-НЕ и регистрирующим прибором, при этом выход датчика напряжения на дуге через второй дифференциатор соединен с первым входом элемента умножения и через первый элемент сравнения с первым входом логического элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход первого дифференциатора соединен с вторым входом элемента умножения и свходом квадратора, выход элементаумножения через первый блок усреднения соединен с первым входом элемента деления, а выход квадраторачерез второй блок усреднения - свторым входом элемента деления, выход элемента деления соединен с входом регистрирующего прибора, а выход датчика тока дуги через второйэлемент сравнения - с вторым входомлогического элемента 2 ИРИ-НЕ, выходкоторого соединен с входом таймера и спервыми управляющими входами первогои второго блоков усреднения, первыйвыход таймера соединен с управляющими входами первого и второго дифференциаторов, а второй, третий и четвертый выходы таймера соединены соответственно с вторыми, третьими ичетвертыми управляющими входами первого и второго блоков усреднения,