Автоматический регулятор мощности дуговой электропечи

 

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий в цепи управления каждым электродом датчик тока дуги и датчик напряжения дуги, соединенные с вхог.ами блока сравнения, датчик скорости двигателя, регулятор тока двигателя, выход которого через реверсивный тиристорный преобразователь связан с входом механизма перемещения злектрода, первый вход регулятора тока двигателя соединен с выходом датчика тока двигателя, его второй вход - с выходом сумматора , и блок задания уставки напряжения , о ,т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения качества регулирования путем уменьшения дисперсии тока дуги, он снабжён устройстром моделирования и четырьмя усилителями , выходы которых соединены с входами сумматора, вход первого усилителя соединен с выходом датчика скорости двигателя, вход второго усилителя соединен с выходом блока сравненияj а входы третьего и четвертого усилителей соединены соответственно с первым и вторым выходами устройства моделирования, вьшолненного из двух блоков сравнения , пяти корректирующих усилителей, четырех сумматоров, четырех интеграторов и двух инверторов, первый вход блока сравнения устройства моделирования , являющийся первым входом указанного устройства, соединен с вькодом датчика скорости двигателя , второй вход - с выходом первого . интегратора, соединенного входом с выходом первого сумматора устройства моделирования, выход первого блока сравнения устройства соединен с вхог дом первого корректирующего усилителя , выход которого соединен с вторым (Л входом второго сумматора указанного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого интегра- ; . тора, а третий вход второго сумматора соединен через первый инвертор с выходом третьего интегратора, являющимся вторым выходом указанного устройства, выход второго сумматора указанного устройства со-, i единен с входом второго интегратора, со выход которого является вторым выходом указанного устройства, и соединен с первым входом третьего :л сумматора указанного устройства, через второй инвертор с первым входом первого сумматора указанного устройства , выход третьего сумматора через третий интегратор связан с первым входом четвертого сумматора, выход которого через второй корректирующий усилитель соединен с первым входом второго блока сравнения устройства моделирования, второй вход которого является вторым входом

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (50 4 Н 05 В ?/148

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3731680/24-07 (22) 25.04.84 (46) . 07.12.85 ° Бюл.И 45 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Б.Д.Денис и Я.Ю.Марущак (53) 621.365.22(088;8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(599378, кл. Н 05 В 7/148, 1978.

Авторское свидетельство СССР

1(1029432, кл. Н 05 В 7/148, 1983. (54)(57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР

МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий в цепи управления каждым электродом датчик тока дуги и датчик напряжения дуги, соединенные с вхо -.ами блока сравнения, датчик скорости двигателя, регулятор тока двигателя, выход которого через реверсивный тиристорный преобразователь связан с входом механизма перемещения электрода, первый вход регулятора тока двигателя соединен с выходом датчика тока двигателя, его второй вход - с выходом сумматора, и блох задания уставки напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования путем уменьшения дисперсии тока дуги, он снабжен устройстром моделирования и четырьмя уси-. лителями, выходы которых соединены с входами сумматора, вход первого усилителя соединен с выходом датчика скорости двигателя, вход второго усилителя соединен с выходом блока сравнения, а входы третьего и четвертого усилителей соединены соответственно с первым и вторым выходами устройства моделирования, выполненного из двух блоков сравне", ния, пяти корректирующих усилителей, четырех сумматоров, четырех интеграторов и двух инверторов, первый вход блока сравнения устройства моде.лирования, являющийся первым входом указанного. устройства, соединен с выходом датчика скорости двигателя, второй вход - с выходом первого интегратора, соединенного входом с выходом первого сумматора устройства моделирования, выход первого блока сравнения устройства соединен с входом первого корректирующего усилителя,.выход которого соединен с вторым Е входом второго сумматора указанного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого интегра- . . С тора, а третий вход второго сумматора соединен через первый инвертор с выходом третьего интегратора, являющимся вторым выходом указанного устройства, выход второго сумматора указанного устройства со- i единен с входом второго интегратора

Р выход которого является вторым выходом указанного устройства, и со едннен с первым входом третьего сумматора указанного устройства, через второй инвертор с первым входом первого сумматора указанного устройства, выход третьего сумматора . Ь через третий интегратор связан с первым входом четвертого сумматора, выход которого через второй корректирующий усилитель соединен с первым входом второго блока сравнения устройства моделирования, второй вход которого является вторым входом

) 197 устройства и соединен с выходом блока задания уставки напряжения, третий вход второго блока сравнения, являющийся третьим входом устройства, соединен с выходом датчика напряже- . ния, выход второго блока сравнения соединен с входами третьего, четвертого и пятого корректирующих усили151 телей, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно .первого, третьего и четвертого сумма» торов, третий вход первого суммато, ра, являющийся четвертым входом устройства моделирования, соединен с датчиком тока двигате;.я.

25

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано ,для автоматического регулирования электрической мощности большегрузных дуговых сталеплавильных печей.

Цель изобретения — повышение качества регулирования путем уменьше ння дисперсии тока дуги.

На фиг.l приведена функциональная схема предлагаемого автоматического регулятора мощйости для одной фазы дуговой электропечи (для остальных двух фаз схемы аналогичны). на фиг.2 — переходный процесс при отработке автоматическим регулятором мощности возмущений в дуговом промежутке.

Автоматический регулятор мощности дуговой электропечи содержит четыре усилителя 1-4, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 5, . а его выход соединен с первым входом регулятора 6.тока двигателя, выход которого соединен с тиристорным преобразователем 7, а к

его выходу подключен двигатель 8 с датчиком 9 тока двигателя и датчиком 10 скорости, причем двигатель 8 соединен с механизмом 11 перемещения электрододержателя с электродом 12.

Выходы датчика 13 напряжения дуги и датчика .14 тока дуги соединены с соответствующими входами блока 15 сравнения, выход которого соединен с входом усилителя 2, а вход усилителя l соединен с датчиком 10 скорости двигателя, выход датчика 9 тока двигателя соединен с вторым входом регулятора 6 тока двигателя, а также с устройством 16 моделирования, содержащим два блока 17 и 18 сравнения, пять корректирующих усилителей

19-23, четыре сумматора 24-27, четыре интегратора 28-.31 и два инвертора 32 и 33. Выход датчика 10 скорости соединен с первым входом блока )7 сравнения, второй вход которо" го соединен с выходом интегратора 28, вход которого соединен с выходом сумматора 24, а выход блока 17 сравнения соединен с входом корректирующего усилителя 19, выход которого соединен с вторым входом сумматора 25, первый вход которого соединен с выходом интегратора 28, а его третий выход соединен через инвертор

33 с выходом интегратора 30, Выход интегратора 30, являющийся одним из выходов устройства 16, со-. единен также с входом усилителя 4 и с одним из входов сумматора 27, другой вход сумматора соединен с выходом корректирующего усилителя

22, вход которого соединен с входами корректирующих усилителей 20 и 21 и с выходом блока 18 сравнения. Выход корректирующего усилителя 20 соединен с третьим входом сумматора 24, второй вход которого соединен с выходом датчика 9 тока двигателя, а первый вход соединен через инвертор

32 с выходом интегратора 29, являющимся вторым выходом устройства 16 моделирования, который соединен с входом усилителя 3 и с одним из входов сумматора 26, второй вход которого соединен с выходом корректирующего усилителя 21, а его выход— с входом интегратора 30. Выход сумматора 27 соединен с входом интегратора 31, выход которого соединен через корректирующий усилитель

23 с третьим входом блока 18 сравнения, второй вход которого соединен

1197151 с выходом блока 34 задания уставки напряжения, а первый вход блока 18 сравнения соединен с выходом датчика 13 напряжения дуги.

В предлагаемом автоматическом 5 регуляторе мощности ДСП регулирование электрическим режимом осуществляется по полному вектору состояния системы автоматического регулирования (CAP), по которому фор- IÎ мируется задающий сигнал подчиненному контуру стабилизации тока,двигателя 8 механизма 11 перемещения электрододержателя к электродом 12.

Полный вектор состояния CAP сос- !5 тавляет следующие переменные: аЯ вЂ” приращение скорости двига3 теля Чр — напряжение рассогласования по каналу тока дуги 1 и 20 по каналу напряжения Ч, где ьЧр = К 3 -К!»Ч;

К» — коэффициент йередачи датчика 14 тока дуги;

К вЂ” коэффициент передачи дат- 25 чика 13 напряжения дуги;

6M — приращение упругого момен3та механизма ll йеремеще-. ния; ьЧ вЂ” приращение скорости элек- З0 трода.

Сигналы, соответствующие этим переменным, поступают на входы усилителей 1 — 4, коэффициенты усиления которых выбираются исходя из необхо35 димого закона распределения корней характеристического уравнения САР, замкнутой по полному вектору состояния. Обеспечением того или иного распределения корней характеристи40 ческого уравнения, соответствующего, стандартным формам (Баттерворта, биноминальной форме и т.п.), достигается заданный нереходный процесс

САР. Так, например, при распределе- 45 нии корней характеристического уравнения согласно стандартной биноми-. нальной формы для данной системы необходимо обеспечить следующие коэффициенты усиления Kl-Ê4 усилителей

1 — 4: 4ИоКТ J» о т

Ы . КТ Ю, М,l

» ч н!" (кзle,ë ) "»I

6я М3

А" М11 о Кт »1 I» M>L с с где К„ — коэффициент передачи датчика 9 тока.двигателя 8; — момент инерции привода;

С вЂ” конструктивная постоянная двигателя 8;

1 — передаточное число редуктора механизма 11 переме щения, M — масса электрододержателя с электродом 12;

L — длина электрододержателя;

С вЂ” эквивалентная жесткость механизма 11 перемещения и электрододержателя с электродом 12; — радиус зубчатого колеса в реечном соединении механизма 11 перемещения;

1— градиент дуги;

I к — ток короткого замыкания дуги;

4хх — длина дуги при ее обрыве;

И

0 .1 э

Р где Т вЂ” время регулирования;

1à — константа, обусловленная стандартной формой распределения корней характеристического уравнения (для биноминальной формы Е = 1О).

При таких значениях коэффициентов усиления усилителей 1 - 4 характеристическое уравнение САР, замкнутой по полному вектору состояния (фиг.l) р4» А 3 С CvKaC Cv 2 к» дС

К,С

+ P+»»,— Р+ + Т » Щ» "Т 3 »» 1

Cvt C kgCv(<»» l3+ K,I

Сигналй с выходов усилителей l

4 суммируются сумматором 5, их алгебраическая сумма поступает на задающий (первый7 вход регулятора 6 тока двигателя. Значения Ь Я ь р, поступающие на входы усилиЧ телей 1 и 2, измеряются соответственно датчиком 10 скорости и блоком 15 сравнения по сигналам датчика 13 напряжения дуги и датчика 14 тока дуги.

97151

К 23 = (3К„.

3, 1!

Для определения величины ЬМп и

4Ч применено устройство 16 модеЭ лирования, на вход которого, являющийся вторым входом сумматора 24, поступает сигнал с датчика 9 тока двигателя. Устройство 16 моделирования представляет собой модель части реальной САР и объекта ее регулирования (механизм 11 перемещения электрододержателя с электродом 12) с учетом упругости элементов механизма 11 перемещения электрододержателя с электродом 12, для которого приращение тока двигателя 4 я является основной входной координатой, а выходными координатами — приращение упругого момента 4М и скорости электрода 4 М (установившееся значение тока двигателя iII >,- = О).

Приращение скорости двигателя в устройстве 16 моделирования получено на выходе интегратора 28 в результате интегрирования сигнала сумматора 24, на входы которого подаются: сигнал, пропорциональный току якоря двигателя, сигнал, пропорциональный упругому моменту через инвертор 33, и корректирующий сигнал по отклонению фактического напряжения датчика 13 напряжения и напряжения, полученного в устройстве,16 моделирования через усилитель 20.

Сигнал, пропорциональный упругому моменту, получен в результате интегрирования интегратором 29 разности скорости рейки механизма перемещения электрода (пропорциональной скорости двигателя) и скорости перемещения электрода, которые подаются на входы сумматора 25 с выхода интегратора 28 и интегратора 30 через инвертор 33 соответственно. На третий вход этого сумматора через усилитель 19 подается корректирующий сигнал по отклонению фактической скорости двигателя и скорости, полученной в устройстве 16. Интеграл упругого момента на выходе интегратора 30 представляет собой сигнал, пропорциональный скорости электрода.

Сигнал, пропорциональный приращенню длины дуги 4 а получен на вы У ходе интегратора 31 в результате .интегрирования скорости эЛектрода.

На выходе усилителя 23 получен сигнал пропорциопальн нй приращению напряже ния дуги A U, так как

40. РК„4Е, а коэффициент усиления К 23 усилителя 23 равен

В блоке 18 сравнения сравнивается. сигнал с датчика 13 напряжения дуги и сигнал, пропорциональный напряже10 дЦ= О + дЦ где U — сигнал, снимаемый с выхода блока 34 задания напряжения дуги в установившемся режиме.

Корректирующий .сигнал с блока 18 сравнения поступает на входы корректирующих усилителей 20-22 и после усиления на соответствующие входы сумматоров 24,26 и 27.

Кроме того, сигнал, пропорциональный фактической скорости двигателя, сравнивается в блоке 17 сравнения с сигналом, пропорциональным скорости, полученной в устройстве 16, а корректирующий сигнал — с его выхоа, усиленный корректирующим усилителем 19, подается на вход сумматора 25.

Применение корректирующих сигналов обеспечивает адекватность определенных в устройстве моделирова" ния ЬМп. и д 0з фактическим величинам, несмотря на возможные некоторые несоответствия модели реальному объекту.

Коэффициенты усиления К,> — К корректирующих усилителей 19 — 22 выбираются таким образом, чтобы

40 обеспечить распределение корней характеристического уравнения устройства 16 согласно стандартной биноминальной форме, а частота GloÄ > определяющая быстродействие устрой45 ства 16 моделирования, выбрана таким образом, чтобы его быстродействие было несколько вьппе быстродействия САР, замкнутой по полному вектору состояния. Исходя из этого значения К19 К22 Определены сле

50 дующим образом:

4юон

К йп / Кн и;, р„ск„

2L / а С C„Ki÷ Cv

К = 6сд Ф

На фиг.2 показан переходный процесс изменения длины дуги ДЙ /б р при возникновении возмущений в дуговом промежутке. Расчеты проводились на ЦВМ применительно к печи ДСП 200

1 -1 при ы = 70 - Я = 85— о

КгЭ g

1 ц P + 1 у ъ / хх

008

ОО4 оаг

08 10 1,Z 14 1b 1д 20 2,Z 24 fx01

О2 0

Фиг. 2

ВНИИПИ Заказ 7634/62, Тираж 793 Подписное

Филиал ППП "Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Базовая величина определяется согласно следующему выражению:

1197151 8 где J > — номинальный ток якоря двигателя.

Предлагаемый автоматический регулятор мощности дуговой электро.5 !печи, осуществляющий управление по полному вектору состояния с использованием устройства моделирования для определенного упругого момента элементов механизма переме10 щения и скорости электрода, позволяет получать САР с более высоким быстродействием при отсутствии пере- регулирования выходной скорости, являющейся длиной дуги. За счет этого

15 обеспечивается снижение дисперсии

1 тока дуги, а также уменьшение дреме" и пплвки