Устройство для определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг трехфазной дуговой электропечи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

3(59 Н 05 В 7 144

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3246186/24-07 (22) 05.02.81 (46) 15.04.84. Бюл. )) 14 (72) Б.Д.Денис и Я.(0.Марущак (,71) Львовский ордена Ленина политех нический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.365.22(088.8) (56) 1, Патент ФРГ Р 2437887, кл. Н 05 В 7/144, 1978.

2. Патент ФРГ Р 2405252, кл. Н 05 В 7/144, 1977.

),54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ IIAPAMETPOB ТОКОПОДВОДА

И НАПРЯЖЕНИЙ ДУГ ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ

ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащее датчики фазных токов дуг, датчики первой производной тока дуги по времени каждой фазы, датчики фазних напряжений со стороны низкого напряжения трансфор. матора, для каждой фазы сумматор, четыре входа которого .соединены с выходами четырех блоков умножения, первые входы трех иэ них соединены с датчиками производных токов дуг фаз, первый вход четвертого блокас датчиком тока дуги фазы, а пятый вход сумматора соединен с датчиком фазного напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг, датчик фазного напряже-. ния каждой фазы соединен с первыми входами пары элементов ПАМЯТЬ, три других входа которых соединены с выходами датчиков первой производной тока трех фаз, управляющие входы. каждой пары элементов ПАМЯТЬ через . пару управляемых ключей и нуль-орган связаны с выходом датчика тока дуги каждой фазы, а выходы элементов IIAМИТЬ трех фаз соединены с информационными входами первого вычислительно го блока, определяющего собственные и взаимные индуктивности фаз токоподвода, а его выход соединен с входом индикатора с памятью и c R-входами шести R-S-триггеров, S-входы которых через нуль-органы и управляемые ключи связаны с датчиками фаэных токов дуг, а выходы триггеров соединены с входами элемента И, выход которого соединен с управляющим входом перво-Щ го вычислительного блока, и с входом элемента НЕ, соединенного выходом с первым управляющим входом каждого управляемого ключа, вторые управляющие .входы каждой пары ключей связаны через встречно включенные диоды с датчиком первой производной тока дуги фазы, датчики фазных токов дуг и фазных напряжений соединены с входами второго вычислительного блока, определяющего активные сопротивления фаз токоподвода, каждый из трех выходов которого, выдающий активное со противление токоподвода фазы, соединен с вторым входом четвертого блока умножения данной фазы, а вторые вхо- . ды первых трех блоков умножения каждой фазы соединены с выходами индикатора с памятью, запоминающими собственную и взаимные индуктивности фаз токоподвода.

1086557

Изобретение относится к электротермии, в частности к определению электрических параметров трехфазной цепи электропечной установки со сто роны низкого напряжения печного трансформатора на действующ х установках. 5 электродугового нагрева.

Известно устройство для опреде- ления электрических параметров дуговых трехфазных электропечей со сторо. ны низкого напряжения печного транс- ®0 форматора, содержащее датчики токов дуг, датчики первой производной по времени тока дуги для трех фаз, дат-. чики фазных напряжений и сумматор (1).

Недостаткрм данного устройства 15 является то,.что значения параметров токоподвода, необходимые для определения напряжения на дуге, принимаются постоянными и не. учитываются их случайные изменения в процессе плав- 20 ки, а это приводит к большим погрешностям измерения действительного напряжения дуги.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой- 25 ство для определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг в трехфаэной дуговой электропечи, содержащее датчики фазных токов дуг, датчики первой производной тока дуги по,времени каждой фазы, датчики Фаз-. ных напряжений со стороны низкого напряжения и сумматор для каждой фазы, четыре входа которого соединены с выходами четырех блоков умножения, первые входы трех из них соединены с датчиками производных токов дуг

Фаз, первый вход четвертого блока— с датчиком тока дуги фазы, а пятый вход сумматора соединен с датчиком

Фазного напряжения (2)

Недостатком этого устройства является то, что не учитывается электродвижущая сила самоиндукции токопод вода и каждой фазе, а значения всех электрических параметров предполага- 45 ются известными и неизменными в кроцессе плавки.

Цель изобретения - повышение точности определения электрических паРаметров токоподвода и напряжений Я) дуг»

Указанная цель достигаетря тем, что в устройстве для определения электрических параметров токоподвода, и напряжений дуг содержащем дат- 55 чики Фаэных токов дуг, датчики пер-, вой производной тока дуги по време,ни каждой фазы, датчики фазных напря жений со стороны низкого напряжения трансформатора, сумматор для Каждой 60 фазы четыре входа которого соедине-, ны с выходами четырех блоков умноже:ажя, первые входы трех as них соеди

Нами с датчиками производных токов

Дуг фаэ, а первый вход четвертого. 65 блока - с датчиком тока дуги фазы, а пятый вход сумматора соединен с датчиком Фазного напряжения датчик фазного напряжения каждой фазы соединен с первыми входами пары элементов ПАМЯТЬ, три других входа которых соединены с выходами датчиков первой производной тока трех фаз, управляющие входы каждой пары элементов lIAМЯТЬ через пару управляемых ключей и нуль-орган связаны с выходом дат-. чика тока дуги каждой фазы, а выходы элементов ПАМЯТЬ трех фаз соединены с информационными входами первого вычислительного блока, определяющего собственные и взаимные индуктивности фаз токоподвода, а его выход соединен с входом индикатора с памятью и с В-входами шести R- s-триг геров, s-входы которых через нульорганы и управляемые ключи связаны с датчиками фазных токов дуг, а выходы триггеров соединены с входами элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого вычислительного блока и с входом элемента НЕ, соединенного выходом с первым управляющим входом каждого управляющего ключа, вторые управляющие вхо.- ды каждой пары ключей связаны через встречно включенные диоды.с датчиком первой производной. тока дуги фазы, датчики фазных токов дуг и фазных напряжений соединены с входами второго вычислительного блока, опреде- ляющего активные сопротивления-Фаз токоподвода, каждый из трех выходов которого, выдающий активное сопротивление токоподвода фазы, соединен с вторым входом четвертого блока умножения данной Фазы, а вторые входы первых трех блоков умножения каждой фазы соединены с выходами индикатора с памятью, запоминающим собственнуюи взаимные нндуктив ности фаз токоподвода.

На фиг. Ч. представлена блок-схема устройства для определения параметРов токоподвода и напряжений на дугах в процессе плавки; на фиг. 2— выполнение вычислительного блока, определяющего активное сопротивления фаз токоподвода.

Устройство состоит из датчиков тока 1 — 3, к виходу которых подсое. динены:нуль-органы 4 - 6, датчики первой производной по времени токов дуг 7 — 9, вычислительное устройство 10 для определения активных сокро тивлений токоподводов, блок умножения 11 и датчики напряжения 12. - 14, к выходам которых подсоединены блоки памяти 15 — 20, вычислительное устройство 10 и сумматор 21 для определения напряжения на дуге одной фазы. Выходы датчиков первой производной ко времени токов дуг подсоедине ны непосредственно к блокам умноже.

1086557 о о д«,(о«+)/а о ; (о,)/а д, ««)/dt о д« (о,)/dt о d« (о«)/dt

d««(о«) /dt P

d«g(о,,)/dt о й«(p)/dt й, (о„,,)/а . о ния 22 — 24 и к блокам памяти 15 — 20,,а через диоды 25 — 30 — к ключам 31 «

36.Выходы ключей подсоединены к бло кам памяти и к одному иэ входов триггеров 37 — 42.Выходы триггеров соедк» нены с логической схемой И 43,выход которой соединен с вычислительным уст

:ройством 44 и через логическую схему

НЕ 45 с ключами 31 — 36. Выход вычис

:лительного устройства 44 соединен с

:индикатором с памятью 46, выходы ко-. торого соединены с входами блоков умножения. Выходы блоков умножения

22 — 24 соединены с входами сумматора 21. Выход вычислительного устройства 10 подсоединен к индикатору с 15 ,:памятью 47.

Устройство работает следующим о6. разом.

Фазные напряжения со своих датчиков 12 — 14 подаются на блоки памя- .щ ти 15 и 16, 17 и 18, 19 и 20 соответственно. На эти же блоки памяти подаются значения всех первых производ-, ных по времени токов дуг, поступающих с датчиков токов 1 — 3 через дат- 75 чики производных 7 — 9. Вся поступающая на блоки памяти информация запоминается по сигналам нуль-органов токов дуг 4 — 6, которые.подаются через ключи 31 — 36. Так, например, длнзО первой. фазы при нулевом значении тока дуги и положительном знаке его производной, который контролируется диодом 25, ключ 31 пропускает сигнал, разрешающий запись в блок памяти 15 °

При нулевом значении тока и отрицательном знаке его производной, который контролируется диодом 26, ключ

32 пропускает сигнал, разрешающий запись информации в блок памяти 16.

Аналогично происходит запись информа <О циы и в остальные блоки памяти 17—

20. Таким образом, за один период тока дуги происходит запоминание информации во всех шести блоках памя- . ти. 45

Контроль эа запоминанием информации в блоках памяти осуществляется триггерами 37 — 42.. В момент за- поминания теми же сигналами нуль-органов триггеры 37 — 42 переводятся 5О в состояние "1" и на выходе логичес,кой ячейки И 43 появляется сигнал, разрешающий работу вычислительного устройства 44, которое снимает инфор мацию с блоков памяти. Этот же сиг-. нал с блока И 43 через логический элемент HE 45 блокирует ключи 31

36 и тем самым исключает возможность искажения информации при ее передаче с блоков памяти 15 †. 20 в вычислительное устройство 44.

Наличие нуль-органов токов дуг и ключей позволяет записывать в блоки памяти значения фазных напряжений и значения первых производных по вре мени токов дуг только в моменты вре. мени, когда ток дуги соответствую.щей фазы равен нулю. Так как дуга ,имеет характер нелинейного активно- го сопротивления, то напряжение на дуге в этот момент времени и падения напряжения на активном сопротивлении. токоподвода равны нулю. С учетом того, что период изменения тока и напряжения в несколько раз меньше постоянной времени механизма перемещения электродов, а также периода колебания гибкой части токоподвода, от положения которых зависят значения его индуктивностей и взаимных индуктивностей, то можно записать следующую систему уравнений.для шести моментов времени, когда ток дуги равен нулю в начале и в конце положительного полупериода тока в каждой ,",фазе (p« k) «« «(«4 "«2 Я(««)И("3 « (0« ) Я 1

U(p (0-) = L „3««(0«) f d (+L« д (0«) /d< «L s«d «q(о«) l d t

Uq,ÌL« «(0 .Þ („4,(0„)(В (.„Д;,(0„)(Д ф (2-) 12« «(2Р (р2««« 4- ф Ьу А (0 )tdt Ръ(««« ) (2ъ« Ж3«)Я(+(ая д« (Qgg)fdt ФВ -4« Ф)1 4з Ф„)В L»h,(о,,)/р, где 0 (О,) и Uq; (О )- фаз ные напряже ния в начале и конце положительного полупериода тока дуд;;(0„) д(0) ги i-A фазы; д — значения производных тока j-й фазы в начале и конце положительного полупериода тока i-й фазы.

В матричной форме эта система уравнений записывается в виде (Ф (° = О о (,4,4з,(«.,4 (,>

1086557 };,2(o„Rat ф,(0„)/at. О Д (0;Д/at О О

Jl я(o l/at ) F,(o„)/at о д1 (0,)/at о. Ц .Е ((} (0,,(},(0,И

Значения индуктивностей определяются из матричного уравнения 1 вычислительным устройством 44 по формуле (0,),tj!p (О-1Яу (o,),u (o. L)

",=,„- „ ;, - „(},,щ- „(,,„,н,,;

Напряжения на дугах двух других фаз определяются аналогично.

В качестве вычислительного устрой20 ства 44 » решающего систему из шести уравнений f1) может быть использован универсальный вычислительный комплекс, например УВК АСВТ М-6000, ° или специальное вычислительное уст25. ройство.

Вычислительное устройство 44 работает следующим образом, Фазные напряжения(}, O!F}rМу, (О-) а также производные N (ОЬ) d4,di j (<<-)

30 поступают на входы ключей вычислительного устройства 44,, управляемых элементом И- 43, и начинается решение системы шести

",уравнений (Ц и запоминание корней системы которые ЙВляются ин дуктивностями фаз токоиодвода, Ъ .индикаторе с памятью 46. Структура вычислительного устройства соответствует нриведенным уравнениям, которые представляют собой выражения

40 для неизвестных системы (1} в явном. виде. Эти уравнения получены путем тождественных преобраэований матрич.. ного уравнения (2)

45 АА,- ААЯ-А9(А .

1-ААг. А82

L),-A84-A82 L

}»=CO -Cgq.L !2

50 4 > 239 }-Эщ,},. ш} } 1г

4ъ- "< "F-F 2 L

1 1Э- "„

55 FFl.

Uq) (Q1 й,(0,. } }ф

L=() u, По окончании вычислительного периода вычислительное устройство 44 подает команду на передачу результатов вычислений в индикатор с памятью 46. Одновременно эта же коман да переводит триггер 37 » 42 в исходное положение. Тем самым снимается блокировка с ключей 31 — 36.

Информация о значениях индуктивностей и взаимных индуктивностей с индикатора 46 поступает на блоки умножения 22 — 24 соответственно. К этим же блокам умножения подводятся .значения производных токов соответствующих фаз °

Вычислительное устройство 10 рас читывает значения активных сопротив лений по формуле ! т ! "1!! l )4Ì

О о и выдает эти значения на индикатор активных сопротивлений 47, с выходов которого подается информация, например, о значении активного сопротивления токоподвода первой фазы на вход блока умножения 11. На другой вход блока умножения 11 подается значение тока первой фазы с датчика тока 1. !

С блоков умножения 11, 22, 23 и, 24 сигналы, пропорциональные падению напряжения на активном и индуктивном сопротивлении токоподэода первой фазы, а также сигналы, пропорционэ. ные наводи!!ым напряжениям за счет взаимоиндукции между первой и второй и между первой и третьей фазой, поступают на соответствующие входы сумматора 21. На один иэ входов этого же сумматора поступает значение напряжения с датчика фаэного напряжения 12. На выходе сумматора имеем значение напряжения на дуге первой фазы, определенное согласно вираже;нию

ФВ д1,(0 .)) J$

А (0,-) } сИ

5 Р.(о.- }а

},(0 -}Ы

/F3 Из(0г1- Ри(ом)ЦЦ. И й,(о„Ъые-Ъ,(о„цщ. Fr>

60 о д (0,.1/at î di,(o,.)/а ; (a„yat о

1086557

Дi,(0 ) /М - У >(0s ) ldtl FF2 а,(0„)/М-У,(0 )/аЦ- FF3

Uq)g(0 )-Ы,(0,)/3t . EF«

id (о -) Idt

Й,(0 .) /dt

dizz(0z-)/Ю

Idio(0z )/dt ЕГ2 а.2(о,.) /Ж ) tO

3i,(0„) ц - у,(о„) /аа ag2

СР« (а,(0„)/м3шв-ъ,(о,)/к3нг - .

,()-1й (-ма 1 ш . A8«= .

h,(o. ) tdt- Ы.ъ(о,.)/а ) -сог

Д, (О Л I dt

" а,(0,) /dt- Сй,(о,.)/Щ CD2 а,(02 ) Ц1-И (024&1->>2 Ю

Са2 а г(0z>) Id%)res-fd; (oz.) Iä )EF2

44! ll (Q, I- д

Йэ(0,)

Й (0 +) Д1 (0ф.,)

ДФ, сИ, В качестве вычислительного блока

10 может быть кспальэован тоже уни:версальный вычислительный комп«лекс, например УВК ACSTN-6000,,или специальное вычислительное устройство (на фиг. 2 представлена

:.блок- схема такого вычислительно- го блока) ° 35

Выходы датчиков тока 1 — 3 (фиг.1) соединены с соответствую/цкми входами элементов умножения 48 — 50 (фкг.2) .

Вторые входы. этих блоков умножения соединены с выходами датчиков фазных 49 напряжений 12 — .14 с низкой стороны трансформатора (фкг. 1) . Выходы датчкков тока подключены также к двум параллельно соединенным входам элементов умноженкя 51 — 53. Выход каждо- 45 го элемента умножения 48 - 53 соеди- нен с входом своего фильтра постоянной составляющей 54 — 59. Выходы фильтров 60-62 соединены.с первымй входами элементов деления 60 - 62,; 59 а выходы фильтров 57 — 59 соединены с вторыми входами элементов деления

57 » 59 соответственно. Выходы фивы ров 57 - 59 соединены также с входа-. ми соответствующих пороговых элеМен-.

/тов 63 — 65. Выходы пороговых элементов 63 — 65 соединены с управляющими входами соответствующих ключей

66 — 68. Входы этих ключей соединены с выходами соответствующих блоков деления 60 — 62. Выходы ключей 66

68 соединены с входами индикатора с памятью 47 (фиг. 1),.

Вычислительный блок 10 работает следующим образом.

Фазные напряжения к значения токов дуг постоянно поступают на соответствующие входы элементов умножения, где формируются значения (/> i> „

После выделения постоянных составляющих в фильтрах 54 — 59. значений числителя и знаменателя выражения для определения II> поступают на соответствующие входы элемен. тов деления 60 †. 62. Постоянные.составляющие, полученные на выходе фильтров 57. — 59, представляют собой квадраты эффективных значений токов фаз, а постоянные составляющие на выходе фильтров 54 — 56 — значения активной мощности. Частное от деления этих величин представляет собой активные сопротивления фаз токоподвода только при коротком замыкании, когда дуга отсутствует. Такие корот кие замыкания при работе дуговой ста леплавильной печи, особенно в период расплавления, появляются довольно часто. Поэтому на индикатор с памятью .47 (фиг. 1) поступает информация о сопротивлениях II> только при наличйи короткого замыкания фаз, что осуществляется с помощью ключей 66 — 68, которые управляются пороговыми элементами 63 — 65. Эти пороговые элементы контролируют наличие короткого замыкания в фазах.

Использование новых элементов: нуль-органов, блоков памяти и вычислительных устройств, управляемых по .предлагаемой схеме, выгодно отличает предлагаемое устройство для опре- . деления электрических параметров токоподвода и напряжений дуг в дуговых электропечах от указанного прототипа, являющегося одновременно к базовым устройством, так как уменьшается погрешность определения напряжения на дугах, обусловленная отсутствием оперативного определения в процессе клавки электрических параметров токоподвода, используемых для определения напряжения на дугах. B результате уточнены значения мощнос тей дуг и более точно установлены оптимальные режимы .плавки, что позволяет вести плавку с меньшими потерями энергии.

1086557

1086557 . Составитель Г.Тараканова

Редактор A.гулъко Текред С.Иегеза КорректорЛ.Пилипенко

Заказ 2267/52 Тираж 783 Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4