Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги трехфазной дуговой электропечи

 

1.УСТРОЙСТБО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ЗНАЧЕШЙ ГАРМОНИК ТОКА ДУГИ ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ содержащее в каждой фазе измерения п полосовых фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока дуги, а его выкод подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повьшенйя точности измерения информативных значений гармоник тока дуги, оно дополнительно снабжено п вьшрямителями , п блоками выборки-хранения усредненного значения входного сигнала , датчиком тока дуги и вторым блоком сравнения, при этом выход каждого полосового фильтра врез последовательно соединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала подключен к входу регистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, а его выход соединен с входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу каждого блока выборки-хранения усредненного сл значения входного сигнала. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операцион-йь ного усилителя соединен со своим qD 4 инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усред ненного значения входного сигнала, один из выводов регистра является входом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, его второй вывод через ключ соединен с неинвертирующим входом опера ционного усилителя, к которому подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к вьшоду, предназначенному для заземления.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСА БЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 Ф) 3675575/24-07 (22) 14. 12. 83 (46) 07.04.85. Бюл. Р 13 (72) Б.Д.Денис, О.Ю.Лозинский, Я.С.Паранчук, Л.Д.Костинюк, В.Я.Перевознюк, Я.Б.Сметанюк, А.С.Шепель и А.А.Нехаев (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола и Донецкий металлургический завод им. В.И.Ленина (53) 621.365.22 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 624396, кл. Н 05 В 7/148, 1976.

2.Хусид Ф.Б. Исследование и разработка метода управления дуговыми сталеплавильными печами на основе анализа кривых тока дуги. — Автореф. дис. канд-та техн. наук. М., 1974, с. 8-13. (54) (57) 1. YÑYÐÎÉCÒÂÎ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ИНФОРМАТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГАРМОНИК ТОКА

ДУГИ ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ» содержащее в каждой фазе измерения и полосовых фильтров, настроенных на измеряемые гармоники. тока, входы которых через масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока дуги, а его вщсод подключен к управляющему входу маспггабирующего усилителя, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппенйя точности измерения информативных значений гармоник тока дуги, оно

4(51) Н 05 В 7! 144 G 01 R 23/16 дополнительно снабжено п выпрямителями, и блоками выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, датчиком тока дуги и вторым блоком сравнения, при этом выход каждого полосового фильтра -ерез последовательно соединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усред— ненного значения входного сигнала подключен к входу регистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, а его выход соединен с входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу каждого блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операционного усилителя соединен со своим инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, один из выводов регистра является входом блока выборки †хранен усредненного значения входного сигнала, его второй вывод через ключ соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, к которому подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к выводу, предназначенному для заземления.

Ф 31494

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения информативных значений гармонических составляющих тока дуги нри получении информации о 5 ходе технологического процесса в дуговых электропечах.

Известно устройство для измерения значений гармоник тока дуги, содержащее датчик мгновенного значения 10 тока дуги, соединенный выходом с входом анализатора, и регистрирующий прибор (1) .

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения fS информативных значений гармоник тока дуги.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения информатив- рб ных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи, содержащее в каждой фазе измерения и полосовых фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через 25 масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока дуги, а его выход подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя, и регистрирующий прибор j2j, Недостатком известного устройства является низкая точность измерения 35 информативных значений гармоник тока дуги ввиду того, что значения гармоник тока контролируются на всем диапазоне изменения тока, включая режимы короткого замыкания и близкие 4О к нему и режимы прерывистого горения тока дуги, а значения гармоник в этих режимах ие несут информации о ходе технологического процесса.

Целью изобретения является повышение точности измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи.

Поставлеинан цель достигается тем, что устройство, содержащее в каждой фазе измерения и полосовых фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значе- 55 ния тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока.. дуги, а его выход подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя и регистрирующий прибор, дополнительно снабжено п выпрямителями, и блоками выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, датчиком тока дуги и вторым блоком сравнения, при этом выход каждого полосового фильтра через последовательно соединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала подключен к входу регистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, а его выход — с входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу каждого блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала.

Блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операционного усилителя соединен со своим инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, один из выводов резистора является входом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, его второй вывод через ключ соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, к которому подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к выводу, предназначенному для заземления.

В предлагаемом устройстве информативные значеыия гармоник тока дуги измеряются и усредняются лишь в таких электрических режимах работы печи, в которых значения гармоник тока дуги являются источником информации о ходе технологического процесса в дуговой электропечи — информативных режимах, т.е. в режимах, где имеется наибольшая связь между физико-химическими процессами, происходящими в печи, обусловленными технологией выплавки стали, и формой кривой тока дуги. Электрические режимы работы печи, в которых значения гармоник тока дуги (электрода) определяются в основном длиной дуги и мало зависят от условий горения печной дуги (температуры в ванне печи, формы и состава шихты, физико-химического

3 1 состояния расплава и др.) — неинформативные режимы. Последние исключают ся из режимов, в которых происходит усреднение измеренных значений гармоник тока дуги. В этих режимах гармоники тока дуги принимают экстремальные значения (минимальные— в режимах эксплуатационного короткого замыкания и близких к нему, и максимальные — в режиме прерывистого горения дуги). Поэтому исключение из процесса усреднения измеренных значений гармоник в неинформатив-ных режимах приводит к уменьшению нестационарности случайного процесса изменения информативных значений гармоник. В предлагаемом устройстве определение этих режимов осуществляется путемконтроля величины тока дуги посредством датчика тока дуги и блока сравнения. Выходной сигнал блока сравнения указывает в каком режиме находится рабочая точка А печи и является управляющим сигналом устройств выборки-хранения усредненного значения входного сигнала во всех каналах измерения гармоник.

Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря исключению из процесса усреднения значений гармоник, измеренньм в неинформативных режимах, повышается точность измерения информативных значений гармоник тока дуги.

На фиг..i представлена функциональная схема предложенного устройства для измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи; на фиг. 2 — схема блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала; на фиг.3статическая характеристика блока сравнения, где U „ H U „-„ соответственно входное и выходное напряжения блока сравнения, U и U2 — соответственно нижний и верхний пороги пе.Реключения; на фиг. 4 — зависимость тока дуги Ig от напряжения на дуге

Ug электропечной установки, где

А(0,1„, Iy ) — Рабочая точка печи, соответствующая- установленному электрическому режиму дуговой электропечи (Ug „и Ig „— напряжение и ток дуги, соответствующие электрическому режиму,Е„ — ток эксплуатационного трехфазного короткого замыкания электропечи, I1 и Е д - значения токов дуги, ограничивающие об149447 4.ком диапазоне: от максимального значения I<> (короткое замыкание) до

5

30 !

45 ласть информативных электрических режимов работы электронечи) .

Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги в каждой фазе измерения содержит датчик 1 мгновенного значения тока дуги, выход которого соединен с входом масштабирующего усилителя 2, выход которого соединен с входами полосовьм фильтров 3. Выход полосо-; вого фильтра 3 первой гармоники через блок 4 сравнения соединен с управляющим входом масштабирующего усилителя 2. Устройство содержит также п выпрямителей 5, и блоков б выборки-хранения усредненного saaчения входного сигнала. Выход каждого полосового фильтра 3 через последовательно соединенные выпрямитель 5 и блок 6 выборки-хранения усредненного значения входного сиг.— нала подключен к соответствукнцему входу регистрирующего прибора 7.

Датчик 8 тока дуги подключен входом к выходу датчика 1 мгновенного значения тока дуги, выходом — к входу блока 9 сравнения, а выход блока 9 сравнения соединен с управляющими входами каждого блока б выборкихранения усредненного значения входного сигнала.

Блок б выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит операционный усилитель 10, выход которого является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала и соединен с инвертирующим входом операционного чсилителя 10, à его неинвертируквций .аход через последовательно включенный ключ 11 и резистор 12 соединен с входом блока б выборки-хранения усредненного значения входного сигнала. Конденсатор 13 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 10 и нулевой точкой устройства.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы дуговой элек- тропечи ток дуги изменяется в широнуля (обрыв дуги). Поэтому в устройстве анализируются отношения высших гармонических составляющих тока дуги к первой гармонической составляющей. Исследуемый сигнал, снимаемый

1149447 Ь

12 и конденсатор 13 и повторение усредненного значения на выходе операционного усилителя 10 (на выходе блока 6 выборки-хранения). Постоян5 ная времени фильтра низкой частоты

Т определяется из требуемого усреднения измеряемой величины и ее величину можно вычислить, например, по фор. муле где D

Ап

Ьав Sn

sin (n рй)М с выхода датчика 1 мгновенного значения тока дуги, поступает на вход масштабирующего усилителя, который вычисляет отношение входного сигнала к первой гармонической составляющей.

Зто осуществляется путем изменения коэффициента передачи масштабирующего усилителя 2 в функции модуля напряжения отрицательной обратной связи, охватывающей полосовой фильтр первой гармонической составляющей (50 Гц). Обратная связь реализуется блоком 4 сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра 3 первой гармоники, а 15 выход блока 4 сравнения — с управляющим входом масштабирующего усилителя 2. Сигнал на выходах полосовых фильтров 3 равен

1 Dx

Т

) р г дисперсия неусредненного значения измеряемой величины, требуемое среднеквадратическое отклонение усредненного значения измеряемой величины; постоянная времени аппрокси. мирующей экспоненты на нагде А и А„ — соответственно ампли1 туды первой и п-й гармоник тока дуги;

43 — угловая частота первой гармоники;

M — масштабный коэффициент. 30

С выходов паласовых фильтров 3 сигналы поступают на входы выпрямителей 5, которые представляют собой, например, двухполупериодные выпрями,тели. 35

Выходные сиг налы выпрямителей 5 поступают на входы блоков б выборкихранения усредненного значения входного сигнала. Зти блоки могут работать в двух режимах: в режиме отсле- 40 живания усредненного значения входного сигнала и в режиме хранения усредненного значения входного сигнала. Переход с режима на режим определяется управляющим сигналом, который снимается с выхода блока 9 сравнения и управляет состоянием ключа 11. В качестве ключа 11 может быть использован, например, аналоговый ключ, выполненный по известным схемам на МОП-транзисторах. В режиме отслеживания управляющий сигнал равен "0", что соответствует закрытому состоянию ключа 11 (фиг. 2). В этом режиме происходит усреднение входного сигнала посредством фильтра низкой частоты, элементами которого являются активное сопротивление чальном участке кривой корреляционной функции исходного неусредненного сигнала.

Так как постоянная времени фильтра низкой частоты Т равняется

T =КС где R и С вЂ” соответственно величины активного сопротивления 12 и емкости конденсатора 13, то,задаваясь, например, величиной емкости конденсатора

13, можно определить величину активного сопротивления 12. Если выходной сигнал блока сравнения принимает значение " 1", то ключ 11 открывается, и устройство 6 выборки-хранения переходит в режим хранения, т.е. напряжение на выходе операционного усилителя 10 постоянно и равно усредненному значению входного сигнала в момент размыкания ключа 11.

С выходов блоков 6 выборки-хранения усредненные значения гармоник поступают на соответствующие входы регистрирующего прибора.

Переход блока 6 выборки-хранения с режима на режим осуществляется в функции тока дуги Ig посредством датчика 8 тока дуги и блока 9 сравнения. Датчик тока дуги определяет, например, эффективное значение тока дуги, которое поступает на вход блока 9 сравнения. Блок 9 сравнения

1149447 определяет,в каком электрическом режиме — информативном или неинформативном — находится в данный момент времени рабочая точка А лечи.

Это осуществляется путем контроля тока дуги и. сравнения его с заданными значениями. Если рабочей точке печи в данный момент времени соответствует ток дуги I< с ? < Iz> или 0 < Ig ? (фиг. 4) — что соот- 10 ветствует неинформативному электрическому режиму — то на выходе блока сравнения 9 сигнал равен " 1" (фиг.3), а при токах дуги I1 Т - Т вЂ” информативный электрический режим — на 1$ выходе блока 9 сравнения сигнал равен "0", Блок 9 сравнения представляет собой двухпороговый компаратор и может быть реализован по известной схеме на основе. микросхемы 521СА1. 2О

Величины напряжения нижнего U и верхнего U порогов переключения блока 9 сравнения устанавливаются пропорциональными значениям токов и Ig соответственно. Величину 25 тока I можно ориентировочно принять равной (0,85 — 0,9)I „, а значение тока I< для данной печи опредеь.яется следующим образом: сначала по известной зависимости относительной величины напряжения дуги Д от отношения реактивного сопротивления электропечной установки к активному определяется напряжение дуги, соответствующее границе непрерывного и прерывного процессов горения дуги, а затем по зависимости Iy= f(Ug) ток дуги I, соответствующий этому напряжению (фиг. 4) . Вычисленные значения токов дуги Х1 и Ig уточня- 4р ются в процессе наладки.

Таким образом, в процессе работы дуговой электропечи представляется возможность посредством датчика 8 тока дуги и блока 9 сравнения оперативно определять информативные и неинформативные электрические режимы и управлять режимами работы блоков.

6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала. Одновременно с этим напряжения (1) с выходов полосовых фильтров 3 через выпрями тели 5 поступают на входы блоков 6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, которые производят текущее усреднение входного сигнала (если рабочая точка находится в информативном режиме) или хранят нл выходе усредненное значение входя -.о сигнала на временном интервале, когда рабочая точка печи находится в неинформативном режиме.

Усредненные информативные значения гармоник, снимаемые с выходов блоков

6 выборки-хранения, н на соответствующие входы регистрирую- щего прибора.

В предлагаемом устройстве благодаря исключению из процесса усреднения значений гармоник, измеренных в неинформативных электрических режимах работы дуговой электропечи повышается точность измерения информативных значений гармоник тока дуги.

Кроме того, в предлагаемом устройст,— ве уменьшается дисперсия усредненных значений гармоник, что позволяет уменыпить постоянную времени усреднения и, как следствие, увеличить быстродействие процесса измерения информативных значений гармоник тока.

3149447

Составитель Г Тараканова

Редактор Л.Зайцева Техред А.Кикемезей

Корректор С. Еекмар

Подписное филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 1921/44 Тираж 794

ВЯИИПИ Государственного коеитета СССР ло делам изобретений и открмтий

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д.4/5