Устройство для автоматического регулирования напряжения на электрофильтре

011654269 Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл,В 010 46/46//6 05 Р 1/40 по делам изобретений (43) Опубликовано 30.03.79, Бюллетень12(45) Дата опубликования описания 30.03.79(72) Авторы изобретения К. А. Веремьев, Н. К, Веремьев, В. И, Сикорский и В. В. Кутляшов Научно-исследовательский и проектный институт по газоочистным сооружениям, технике безопасности и охране труда в промышленности строительных материалов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ(23) Приоритет Изобретение относится к системам регулирования электрических величин, а более конкретно к устройствам для автоматического регулирования напряжения на электрофильтре.5Питание электрических фильтров газа электроэнергией осуществляется посредством специальных преобразовательных агрегатов, которые отличаются от обычных управляемых выпрямителей наличием спе циализированной системы автоматического регулирования, обеспечивающей оптимизацию режима электропитания, направленную на повышение интенсивности процесса очистки газа 1 - 31. 15Эффективность работы указанной системы регулирования в значительной степени определяется принятым при конструировании критерием оптимальности регулирования и выбором параметра, по которому оно 20 ведется. Наибольшее распространение в настоящее время получили регуляторы, устанавливающие тот или иной уровень напряжения на электрофильтре в зависимости от интенсивности процесса искрения в 25 осадительном пространстве,Известны следующие системы, аналогичные по назначению изобретению: повысительно-выпрямительный агрегат типа АУФ; система автоматического регулирования ЦЕМЕС; тиристорный повысительно-выпрямительный агрегат фирмы СИМЕНСЛУРГИ; тир исторный повысительно-выпрямительный агрегат типа АТФ.Все перечисленные системы производят автоматическое регулирование напряжения на электрофильтре по интенсивности процесса искрения, т, е. интенсивность искрои дугообразования используется в этих устройствах в качестве сигнала основной отрицательной обратной связи.Критерии оптимальности, заложенные в эти устройства, определяются статическими характеристиками собственно автоматических регуляторов. Эти статические характеристики представляют собой падающие зависимости выходного напряжения от интенсивности искрения; все они с достаточной степенью точности могут быть аппроксимированы уравнениями вида где Унаиа - наибольшее возможное напряжение на выходе агрегата при данной вольт-амперной характеристике электрофильтра, В;У - установленное регуляторомзначенв= напряжения на электрофильтре, В;Ри - интенсивность искрения в осадительном пространстве; А, В, С - постоянные автоматическогорегулятора (коэффициенты аппроксимации);е -- основание натуральных логарифмов. Таким образом, статические характеристики, реализуемые перечисленными устройствами, в основном отличаются выбором физического параметра, характеризующего интенсивность искрения.В устройствах типа АУФ и в агрегате фирмы Сименс-Л УРГИ интенсивность искрения характеризуется его средней на некоторый период частотой, в автоматическом регуляторе 11 - частотой, отнесенной к периоду интегрирования суммой интервалов времени, в течение которых производные тока и напряжения имеют противоположные знаки, в агрегатах типа АТФ относительной суммарной длительностью первых полуволн тока дуговых и искровых разрядов,Естественно, что по другим качествам, таким, например, как динамические свойства, точность регулирования, эффективность гашения дуговых разрядов, перечисленные аналоги 11 - 4 существенно отличаются друг от друга.Наиболее близким по технической сущности к данному предложению является устройство 5. Схема этого устройства состоит из высоковольтного делителя напряжения, связанного через амплитудно-фазовый преобразователь с формирователем импульсов управления тиристорного регулятора, соединенного с первичной обмоткой трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключен высоковольтный выпрямитель.Поскольку указанная схема усовершенствует основной контур автоматического регулирования агрегата АТФ, дается краткое описание только этого контура.Основной контур регулирования агрегата АТФ, реализующий зависимость, представленную в указанном уравнении, включает следующие устройства: датчик мгновенных значений напряжения на электро- фильтре, датчик тока электрофильтра, селектор искровых разрядов, формирователь основного сигнала управления, амплитудно-фазовый преобразователь, формирователь импульсов управления, амплитуднофазовый преобразователь, формирователь импульсов управления тиристорами, совокупность которых представляет собой тракт формирования основного управляющего сигнала. Кроме того, основной контур регулирования имеет тиристорный регулирующий орган, выпрямительное устройство,5 1 о 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 включающее силовой повышающий трансформатор и выпрямитель, электрофильтр.Работает основной контур регулирования агрегата АТФ следуюим образом,От датчика напряжения и датчика тока в селектор искровых разрядов поступают сигналы, пропорциональные этим параметрам. Селектор выделяет переходные составляющие тока и напряжения, соответствующие искровым разрядам, и формирует прямоугольные импульсы равной амплитуды, длительность которых равна длительности первых полуволн тока разрядов. Последовательность этих импульсов поступает в формирователь основного сигнала управления, где подвергается скользящему нелинейному интегрированию. Выходной сигнал формирователя является основным сигналом управления, после амплитудно-фазового преобразования в блоке он однозначно определяет фазовый угол формирования импульсов управления тиристорами и тем самым угол включения тиристоров регулирующего органа. Тиристорный регулирующий орган включен последовательно с первичной обмоткой силового повышающего трансформатора выпрямительного устройства, питающего электрофильтр. Таким образом, увеличение интенсивности искрения в электрофильтре приводит к возрастанию мощности потока импульсов селектора, повышению уровня сигнала на выходе формирователя, увеличению угла включения тиристоров регулирующего органа и понижению среднего напряжения на электро- фильтр, как следствие, уменьшается интенсивность искрения. Равновесие системы наступает при таком соотношении между средним напряжением и интенсивностью искрения в фильтре, когда скорость поступления импульсов селектора в формирователь основного сигнала управления равна скорости их забывания в процессе скользящего интегрирования. Каждой интенсивности потока импульсов селектора соответствует определенный уровень сигнала на выходе формирователя, поэтому вследствие неоднозначности зависимости между напряжением на электрофильтре и интенсивностью искрения система имеет множество равновесных состояний, соответствующих точкам статической характеристики регулятора, т. е. зависимости среднего напряжения на выходе высоковольтного выпрями- тельного устройства от интенсивности процесса искрения при разомкнутом контуре регулирования. Следовательно, целью регулирования является поддержание в электр офильтре ситуации, удовлетворяющей любой из точек статической характеристики регулятора.Вид статической характеристики агрегата АТФ в основном определяется нелинейными свойствами интегратора, входящего в состав формирователя основного сигналауправления, отрицательной обратной связью, введенной в этот формирователь от амплитудно-фазового преобразователя, а также статическими характеристиками тиристорного регулирующего органа и выпрямительного устройства.Прототипу изобретения, так же как и перечисленным ближайшим его аналогам, свойственны недостатки.К недостаткам относится неоптимальность цели, на достижение которой направлено автоматическое регулирование.По современным представлениям, эффективность газоочистки в той мере, в которой она зависит от параметров электропитания, достигает максимума при наибольшем среднем напряжении на электродах электрофильтра, Каждый искровой или дуговой разряд сопровождаетя более или менее длительной глубокой посадкой напряжения на электрофильтре. Это определяет понижение искровым процессом среднего напряжения, тем большее, чем больше интенсивность этого процесса. Интенсивность искрообразования возрастает с увеличением напряжения, задаваемого автоматическим регулятором; при этом приращение выходного напряжения источника питания частично или полностью компенсируется возрастанием потерь среднего напряжения от пробоев осадительного пространства. В результате, при каждом данном режиме работы электрофильтра, имеется экстремум среднего напряжения, который и определяет оптимум режима электропитания в условиях искровых и дуговых разрядов.Статические характеристики прототипа, определяющие соотношения между интенсивностью искрения и напряжением, на поддержание которых направлено автоматическое регулирование, не соответствуют максимальным значениям среднего напряжения на электрофильтре. Это приводит к снижению эффективности процесса газоочистки по сравнению с потенциально возможным уровнем.Кроме того, недостаток прототипа заключается в неоднозначности статических характеристик прототипа, связанной с их зависимостью от вольт-амперной характеристики электрофильтра.Действие автоматического регулятора прототипа направлено фактически на поддержание однозначной зависимости между интенсивностью искрения и углом включения тиристоров регулирующего органа. Эта зависимость определяется статической характеристикой тракта формирования основного управляющего сигнала. Выпрямительное устройство, преобразующее угол управления тиристорами в среднее напряжение на своем выходе, обладает значительным внутренним индуктивным сопротивлением. Так как вольт-амперная характеристика одного и того же электрофильтра в зави.12 айи 50 4 аУ = 11 п1 -У 55 Л 0Р = - вероятность возникыовеиния искровых разрядов;ЛУ - средняя интенсивностьпроцесса искрения, оцениваемая как усредненная потеря напряжения от искровых разрядов, В;У - выходное напряженые вы.прямительного устройстгде б 5 симости от технологических факторов может изменяться в широких пределах, одному и тому же углу включения тиристоров регулирующего органа могут соответствовать различные напряжения на выходевы прям ительного устройства вследствиеразличной величины внутреннего индуктивного падения напряжения. Таким образом,статическая характеристика исполнительно 10 го органа прототипа (тиристорный регулирующий орган и выпрямительное устройство) не является однозначной и меняетсяпри изменениях вольт-амперной характеристики электрофильтра. Поэтому статиче 15 ская характеристика агрегата в целом вкоординатах интенсивность искрения - напряжение на электрофильтре также неоднозначна, что снижает точность процессарегулирования,20 Цель изобретения - повышение точности процесса регулирования напряжения наэлектрофильтре и увеличение эффективности процесса очистки газа в электрофильтре. Основному контуру регулирования при 25 даются следующие свойства.Сигнал рассогласования формируется наоснове зависимости интенсивность искрения - напряжение, соответствующей максимальным значениям среднего напряже 30 ния на электрофильтре, с учетом потерьвольт-секундной площади при пробоях.Исключается разброс реализуемой автоматическим регулятором зависимости между интенсивностью искрения и напряжени 35 ем, связанный с нестабильностью вольт-амперной характеристики электрофильтра.Интенсивность искрения оценивается поусредненной потере напряжения, вызываемой искровым процессом.40 Как показывают экспериментальные итеоретические исследования, максимальныезначения среднего напряжения имеют место при ситуациях в электрофильтре, удовлетворяющих условию4550 11 п1 - х 55 60 55 ства (в промежутках между разрядами), Ва - коэффициент, В - .Непрерывное поддержание соотношения между интенсивностью искровых разрядов и выходным напряжением выпрямительного устройства, определяемым последней формулой, обеспечивает повышение точности и эффективности процесса газоочистки.Именно в этом и состоит цель предложения. Эта цель достигается за счет того, что устройство снабжено подключенными к высоковольтному делителю датчиком среднего значения выходного напряжения и датчиком усредненной величины потерь от пробоев в электрофильтре, причем первый из датчиков через квадратор, а второй через блок деления и логарифмический функциональный преобразователь соединены соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого через интегратор подключен к входу амплитудно-фазового преобразователя.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 приведены графики, поясняющие его работу.Устройство для регулирования напряжения на элсктрофильтре содержит делитель 1 напряжения, подключаемый к высоковольтной цепи, питающей электрофильтр; датчик 2 среднего значения выходного напряжения выпрямителя, выполненный в виде устройства скользящего интегрирования с постоянной времени порядка 0,01 - 0,1 с; оперативный усилитель 3, воспроизводящий квадратичную функцию; датчик 4 усредненной величины потерь напряжения от пробоев, который представляет собой сочетание инвертирующего усилителя с устройством скользящего интегрирования, имеющим постоянную времени порядка 50 - 100 с; блок 5 деления одной переменной величины на другую - известное в аналоговой вычислительной технике сочетание операционных усилителей и функциональных преобразователей; логарифмический функциональный преобразователь 6, воспроизводящий обращенную логарифмическую функцию Кроме того, устройство включает в себя дифференциальный усилитель 7, интегратор 8, амплитудно-фазовый преобразователь 9 основного сигнала управления, синхронизированного напряжением питающей сети, формирователь 10 импульсов управления тиристорами, тиристорный регулирующий орган 11, выпрямитель 12, включающий силовой повышающий транфсроматор и высоковольтный выпрямитель, электрофпльтр 13. 10 15 20 25 Зо 35 40 45 8Работает устройство регулирования следующим образом.Сигнал, пропорциональный напряжению на электрофильтре, снимается с делителя 1 напряжения, усиливается и подвергается скользящему интегрированию в датчике 2 среднего значения выходного напряжения. Ввиду малой величины постоянной времени интегратора выходной сигнал датчика 2 содержит провалы, возникающие при искровых и дуговых разрядах. В промежутках между этими провалами сигнал пропорционален среднему значению выходного напряжения выпрямительного устройства, Сигнал датчика 2 возводится в квадрат и умножается на постоянный множитель а в операционном усилителе 3 воспроизведения и подается на один из входов дифференциального усилителя.Величина множителя а задается при наладке системы регулирования в зависимости от технологических особенностей очищаемого газа и конструктивных параметров электрофильтра 13.Одновременно датчиком 4 усредненной величины потерь напряжения от пробоев фиксируются и подвергаются скользящему интегрированию провалы в сигнале делителя 1 напряжения. Сформированный в блоке 4 сигнал, пропорциональный усредненной величине потери напряжения, подастся на вход делимого (числитель) блока 5 деления. На вход делителя блока деления подается сигнал от датчика 2 среднего значения напряжения (знаменатель). Выходной сигнал блока деления пропорционален текущему значению вероятности возникновения пробоев осадительного пространства фильтра. Он поступает на преобразователь 6, где подвергается функциональному преобразованию в соответствии с правой частью приведенного уравнения.Функционально преобразованный сигнал вероятности искрообразования преобразователя 6 подается на другой вход дифференциального усилителя 7, который вычитает его из сигнала, пропорционального квадрату напряжения на выходе выпрямителя 12, поступающего на первый вход от блока 3.Сигнал на выходе дифференциального усилителя 7, таким образом, по своей величине является мерой отклонения ситуации в электрофильтре от оптимума, определяемого приведенным уравнением; знак сигнала определяет направление этого отклонения (рассогласования системы),Величина, пропорциональная рассогласованию, поступает с выхода дифференциального усилителя 7 в интегратор 8. Выходной сигнал последнего, пропорциональный интегралу текущей ошибки регулирования, используется в качестве основного сигнала управления. После амплитудно-фазового преобразования в преобразователе 9 егоуровень непосредственно определяет фазовый угол формирователя 10 и угол включения силовых тиристоров регулирующего органа 11.Полярность подключения выхода дифференциального усилителя 7 к интегратору 8 выбрана таким образом, чтобы превышение сигнала, пропорционального квадрату напряжения, над сигналом, поступающим от преобразователя 6, вызывало снижение уг ла проводимости тиристоров регулирующего органа и наоборот.Уменьшение угла проводимости тиристоров приводит к снижению среднего напряжения на выходе выпрямителя 12 и, как 15 следствие, к уменьшению интенсивности искрения в осадительном пространстве фильтра 13. В результате сигнал на выходе выпрямителя 12 понижается, а функционально преобразованный сигнал интен сивности искрения, поступающий с преобразователя 6, возрастает, Отработка системы в этом направлении продолжается до полного погашения возникающего рассогласования или смены знака. 25На фиг. 2 изображены графики статических характеристик описываемого устройства (кривая 14) и основного контура регулирования агрегата типа АТФ (кривая 15), Кривые 16 - 19 представляют собой семей- з 0 ство статических характеристик электро- фильтра, кривые 20 - 23 - зависимости среднего напряжения на электродах фильтра с учетом потерь, вызванных искрением от вероятности искровых разрядов. 35Точки пересечения кривой 14 с кривыми 16 - 19 являются точками равновесия предлагаемой системы регулирования, точки пересечения кривой 15 с этими же характеристиками представляют собой точки равно весия системы АТФ, Ординаты точек равновесия равны выходным напряжениям выпрямительного устройства - средним напряжениям в промежутках между искровыми разрядами. Фактические величины 45 среднего напряжения на электродах фильтра определяются ординатами соответствующих по величине вероятности искрения точек кривых 20 - 23.Предлагаемая система регулирования дает возможность получить наибольшие средние напряжения на электрофильтре, превышающие напряжения, обеспечиваемые системой АТФ, в среднем на 6,5%. Формула изобретенияУстройство для автоматического регулирования напряжения на электрофильтре, содержащее высоковольтные делитель напряжения, связанный через амплитудно-фазовый преобразователь с формирователем импульсов управления тиристорного регулятора, соединенного с первичной обмоткой трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключен высоковольтный выпрямитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и эффективности процесса газоочистки, оно снабжено подключенными к высоковольтному делителю датчиком среднего значения выходного напряжения и датчиком усредненной величины потерь от пробоев в электрофильтре, причем первый из датчиков через квадратор, а второй через блок деления и логарифмический функциональный преобразователь соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого через интегратор подключен к входу амплитудно-фазового преобразователя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР312612, кл, В 01 Р 46/46, 1969.2, Патент Франции2037713/В, кл. В 01 Р 31/00, опубл, 1971.3. Авторское свидетельство СССР318922, кл. б 05 Р 1/00, 1968.4. Авторское свидетельство СССР217502, кл. б 05 Г 1/22, 1966.5. Авторское свидетельство СССР355605, кл. 6 05 Р 1/22, 1972.,2 2 г,2,Составитель Г. Бендередактор И. Грузова Техред А, Камыщникова Корректор Е. Хмеле Типография, пр. Сапунова,Заказ 572/6НПО Г Изд.228 Тираж 876 Подписнорственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д, 4/5