Автоматический регулятор электрического режима трехфазной дуговой электропечи

 

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования, выход датчика угла подключен к третьему входу блока сравнения через блок вычисления квадрата косинуса этого угла, а к управляющему входу датчика тока дуги - через блок вычисления квадрата синуса этого угла. ю ОС со

„„SU„„1029431 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(59 Н 05 В 7/148; F 27 D 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ., .Ъ .Я

"""- Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ = — 1 (21) 3320453/24-07 (22) 16.06.81 (46) 15.07.83. Бюл. № 26 (72) В. А„Клещев (53) 621.365.22 (088.8) держащий в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования, выход датчика угла подключен к третьему входу блока сравнения через блок вычисления квадрата косинуса этого угла, а к управляющему входу датчика тока дуги через блок вычисления квадрата синуса этого угла. (56) 1. Электрооборудование и автоматика электротермических установок. М., «Энергия», 1978, с. 222.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 612423, кл. Н 05 В 7/148, 1978. (54) (57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, соЪ

1029431

Изобретение относится к электротермии и может быть применено при регулировании электрического режима дуговых печей.

Известно устройство, содержащее датчики тока и напряжения, элемент сравнения, полупроводниковый усилитель, силовой тиристорный преобразователь, исполнительный электродвигатель, узлы обратной связи по напряжению и току исполнительного электродвигателя (1).

Однако данное устройство не обеспечивает стабильного электрического режима в процессе плавки из-за взаимного влияния фаз на работу фазных регуляторов.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является регулятор элек15 трического режима трехфазной дуговой электропечи, содержащий в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига тока дуги и фазного напряжения (2).

При возмущениях в одной из фах в здоровой фазе происходит либо повышение фазного напряжения, либо понижение его, при этом знаки отклонения рабочего тока и фазного напряжения будут одинаковы, устройство выключает на это время фазный регулятор из работы; применено логическое устройство, которое сравнивает знаки отклонения сигналов тока и напряжения и дает команду на выключение регулятора невозмущенной фазы.

Указанное устройство позволяет исключить ложные отработки здоровых фаз при возмущениях в соседней фазе, но это, в свою очередь, приводит к обрыву дуг в процессе расплава. Практически возмущения в работе регуляторов имеют место только в период расплава, который по продолжительности занимает 70 /o времени плавки. В период 40 расплава происходит проплавление колодцев, при этом подача электродов должна осуществляться непрерывно. Возмущения же вызваны, к правило, обвалом оплавляющейся шихты, вызывая технологическое короткое замыкание или близкий к нему ре- 4> жим. В этом случае и происходит повышение напряжения в здоровых фазах, Во время отработки регулятора возмущенной фазы регуляторы здоровых фаз выключены из работы и подача электродов вниз прекращена, за это время, за счет расплавнения шихты под электродами, дуги удлиняются до недопустимой длины, а так как после повышения напряжения неппминуемо последует его понижение, регуляторы также бездействуют, то дуги невозмущенных фаз обрываются.

Обрывы дуг прекратятся только тогда, когда под электродами появится зеркало расплавленного металла, но в это время практически прекратятся и возмущения.

На печах большой емкости, имеющих инерционную систему перемещения электродов, процесс зажигания дуг занимает значительное время и связан с раскачкой шинопроводов короткой сети и электрода. Все это удлиняет время расплава и время плавки в целом. Кроме того, указанное устройство осуществляет регулирование по току и напряжению. Такие регуляторы из-за большого количества выбросов тока (до трех выбросов в секунду) и запаздывания системы перемещения электрода (инерционность, люфты) часто работают невпопад, т. е. расстраивается синхронность регулирования и как результат - рвется дуга или в лучшем случае расстраивается нормальный процесс регулирования.

Таким образом, недостатком указанного устройства является низкое качество регулирования, вызванное обрывом дуг и нарушение синхронности регулирования в процессе расплава.

Цель изобретения — повышение качества регулирования дуговой трехфазной электропечи за счет исключения влияния тока дуги на работу фазных регуляторов и исключения обрыва дуг в процессе расплава.

Для достижения этой цели в автоматическом регуляторе электрического режима трехфазной дуговой электропечи, содержащем в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, выход датчика угла подключен к третьему входу блока сравнения через блок вычисления квадрата косинуса этого угла, а к управляющему входу датчика тока дугги — через блок вычисления квадрата синуса этого угла.

На фиг. 1 изображена блок-схема одной фазы предлагаемого регулятора; на фиг.

2 — схема замещения; на фиг. 3 — круговая диаграмма.

Регулятор состоит из датчика 1 тока дуги, датчика 2 фазного напряжения, блока сравнения 3, реверсивного усилителя 4, блока 5 управления механизмом перемещения электрода, блока 6 возведения в квадрат косинуса угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, блока 7 возведения в квадрат синуса угла и датчика 8 этого угла.

Электрод фазы 9 через короткую сеть 10 подключен к печному трансформатору 11

Устройство рабоатет следующим образом.

С блока 6 на блок сравнения подается сигнал U<, пропорциональный cos q цепи.

Влок 7 корректирует сигнал с датчика тока

U таким образом, чтобы сумма параметри1029431

1)2ф кс + А

U2 — UNc + UUa.

45 (2)

Кн(-1гср К т 1д ческого и токового сигналов в статическом положении была равна сигналу по напряжению U„, поступающему с датчика напряжения.

В статическом положении регулятора на входе реверсивного усилителя 4 обеспечивается равенство

U + Uä + UH = О, где U — сигнал по току, В; 10

U параметрический сигнал, В, прямо пропорциональный соУ силовой фазной цепи;

Ц, — сигнал по напряжению, В.

Регулятор автоматически поддерживает постоянным напряжение на дуге и не реагирует на отклонения тока дуги. Это вытекает из следующего. По схеме замещения одной фазы дуговой трехфазной электропечи можно записать где 13 — вторичное фазное напряжение печного трансформатора по отношению к корпусу электропечи;

Ц,с — падение напряжения на индуктив- 25 ных сопротивлениях короткой сети и электрода (х „„х );

Uä — падение напряжения на активных сопротивлениях дуги, электрода и короткой сети (г, г,г„ )

30 х„=0 г эг,„+г„

Соотношение между векторами U, U>

U соответствует круговой диаграмме с диаметром полуокружности U o, (см фиг. 3).

Спроектируем векторы 0,Р, Од, О„с на направление вектора Ц :

35 — 11,U — U яп1,Uä U сов г

2(р 2 Р кс — Ug

Подставив в последнее выражение значение проекций, получим яф 1 н з и + +

U = хкс1, x = хс+ х „;

1) = х„,з1пч1 + U coso (1) где х„„х „— индуктивные сопротивления короткой сети и электрода; 50

1д — ток дуги.

Регулятор, работающий по принципу сравнения сигналов тока и напряжения, поддерживает соотношение где ʄ— коэффициент пропорциональности сигнала по напряжению для ступени силового трансформатоU „ — номинальное вторичное фазное напряжение ступени силового трансформатора по отношению к корпусу электропечи;

U„o — исходная величина сигнала по напряжению;

U = 40 — 50 В;

Кт — коэффициент передачи сигнала по току;

К„U — числовое выражение в вольтах сигнала по напряжению;

К 1д — числовое выражение в вольтах сигнала по току;

"нагр тт т 1с Кдел . г„„„— сопротивление нагрузки трансформатора тока;

К вЂ” коэффициент трансформации тока;

К вЂ” коэффициент деления сигнала.

Поставляя формулу (1) в формулу (2) получим: и хне ыпс1 1д Кн Uz+ cong = Кт1д. (3)

Чтобы исключить влияние тока дуги на работу регулятора, подбираемК„ аким, чтобы произведение К,I было равно первому, слагаемому выраженйя (3), т.е.:

К„х„, чп 11д=К 1д= К,. ып ч 1д

1 н х кс

Кт1 Кн кс51пЯ 1 тэ п. т 61пЯ

Чтобы равенство (3) не нарушилось, в правую часть вводим дополнительный сигнал Зп, тогда выражение (3) примет вид

Kz хкс йщ1д+Кн Улу cooèñ =К„Лд unQ+U» (4) где U„— параметрический сигнал.

Для номинального напряжения любой ступени трансформатора выражение (4) запишется

Кйхксяпч1дt-Кн14 нсо y =)С„Лд ь1П ч+Нп .

Произведение K„U » есть величина постоянная

KHU2glн 1-) МО

Принимаем U„= U cos q (5)

Равенство (4) примет вид:

Кнхксыпч 1д1 l(z U>+ cos>q= (6) т д т д " + но или U>= К,.1дз1п су + БносоРу (7) где U> — сигнал по напряжению

Uw — = Кн11рср

ЕсаН 1-)н= K Ia = U, то равенство (7) имеет место при любом с.

Таким образом, чтобы система регулирования была независима от тока дуги, на

1029431

К хкс

К= —.

ыпя

1- н = 1- т + Un

U +U, Uÿ=0 (8) 25

I хкс

Фиг.2 блок сравнения 3 должны поступать следующие сигналы.

Сигнал по напряжению У„получается с помощью датчика 2 фазного напряжения известным способом.

С переходом на другую ступень силового трансформатора величина сигнала по напряжению не меняется. Для номинального фазного напряжения на любой ступени силового трансформатора U„o = 40 — 50 В.

Сигнал по току U — получается с помощью датчика 1 тока, датчика 8 и блока 7.

Параметрический сигнал У„получается с помощью датчика 8 и блока 6: Uä ——

= 1 но соР< .

Соотношение сигналов, поступающих на блок сравнения 3, когда система регулиро- 20 вания находится в состоянии равновесия, т.е. сигнал на входе реверсивного усилителя 4 равен нулю, запишется:

При возмущении в соседней фазе, если фазное напряжение невозмущенной фазы повысилось с 1,1 до U+4„, ток дуги возрастает, повышается температура дуги, сопротивление дуги снижается и возрастает угол ч.

Анализ по схеме замещения и круговой диаграмме показывает, что сигнал U, станет больше U ) + Uq,поэтому регулятор произведет отработку вниз и подожмет электрод, до восстановления равенства (8) .

Следовательно, после ликвидации нарушения в соседней фазе дуга не погаснет, так как электрод был в нижнем положении.

При возмущении в собственной фазе, например расплавлении шихты под электродом, длина дуги увеличивается, увеличивается гд, уменьшается угол ч, уменьшается ток дуги 1 и несколько растет 1 .

Регулятор произведет отработку вниз, поджав электрод. Система регулирования придет к равновесию (6).

Следовательно, при возмущении в собственной фазе, например увеличении дли. ны дуги, регулятор поджимает электрод, приводя систему в исходное положение. При уменьшении длины дуги (например, обвал шихты) фазное напряжение уменьшается.

Регулятор отработает на подъем, приведя систему к равновесию (6).

При понижении фазного напряжения невозмущенной фазы, (например обрыв дуги в соседней фазе) фазное напряжение понижается до величины Uqy=- — U и

Va

- -1У О

З1П сР - 51П9 51ПсГ /

hU со <у,<Р

3а счет зоны нечувствительности отработка регулятора на растягивание дуги не происходит.

Применение предлагаемого устройства исключает обрыв дуг в процесс плавки; стабилизирует процесс регулирования и повышает точность поддержания мощности, вводимой в электропечь, так как сигнал рассогласования определяется напряжением на дуге и cosy силовой фазной цепи: исключено влияние тока дуги на работу фазного регулятора. Кроме того, появляется возможность применения регуляторов, поддерживающих постоянное напряжение на ванне печи.

1029431

i (fe

Ъ1=

Составитель О. Турпак

Редактор О. Персиянцева Техред И. Верес 1(орректор А. Тяско

Заказ 5004/59 Тираж 845 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4