Устройство для определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение точности определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи. В устройстве процесс измерения градиента потенциала в столбе дуги происходит только в режимах нормального горения дуги. Для этого в устройство введены второй дифференциатор 4, элемент умножения 6, квадратор 8, первый 7 и второй 9 усредняющие блоки, датчик 13 тока дуги, два элемента сравнения 12, 14, элемент 2ИЛИ-НЕ 15 и таймер 5. Использование в устройстве статического метода измерения позволяет существенно снизить величину дисперсии измеренных значений и, как следствие , повысить качество регулирования электрического режима. 1 ил. с (Л с:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 05 В 7/148

ВСЕЮl!": >

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4144114/24-07 (22) 10.11.86 (46) 30.06.88. Бюл. Ф 24 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) О.Ю. Лозинский и Я,С. Паранчук (53) 621.365 ° 22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 873476, кл. Н 05 В 7/148, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 873478, кл. Н 05 В 7/148, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАДИЕНТА ПОТЕНЦИАЛА В СТОЛБЕ ДУГИ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности определения градиента потенциала в столбе дуги дуго„„SU„„1406826 А 1 вой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи. В устройстве процесс измерения градиента потенциала в столбе дуги происходит только в режимах нормального горения дуги. Для этого в устройство введены второй дифференциатор 4, элемент умножения 6, квадратор 8, первый 7 и второй 9 усред-. няющие блоки, датчик 13 тока дуги, два элемента сравнения 12, 14, элемент 2ИЛИ-НЕ 15 и таймер 5. Использование в устройстве статического метода измерения позволяет существенно снизить величину дисперсии измеренных значений и, как следствие, повысить качество регулирования электрического режима. 1 кп. где — постоянная величина, равная сумме анодного и катодного падений напряжения.

Из последнего выражения можно записать

dUd

d t < Од — — — или dU = ЪdL

dLg dLg а г д.

dt

Перейдя к конечным приращениям, получим aU> =- Ъ |.Э, где nUg u

hL > — зависимые случайные стационарные центрированные процессы изменения приращений напряжения на дуге и длины дуги соответственно за временные промежутки величиной Q t, Далее, следуя положениям теории метода наименьших квадратов, значение 3 определим из условия F (P)

= М ((ланд — P 5L ) J = min, где М символ математического ожидания.

Из последнего выражения следут, что F(P) = Mgj U> — 2M(4UghLg(5)+

+ M (2 1 г )

Учитывая, что М(ЬБа2 (= 0 V

У и(ь и> ь, p)= p ч (ь и,ж,) = р к „ где D „, Рь — дисперсии центрироBanHb случайных процессов V3 и БЕЗ соответственно; К ц (— второй сме31 шанный центральный момент центрированных случайных процессов hU u

hI d, можно записать Г((3) = D

t a aLB 1 "д

° ° родифференцировав последнее выражение по 8 и приравняв к нулю полученное выражение, можно записать

45 dF (Р)

-- — = -2K +2п — О.

1р ь а,ь э I- aLg

Из этого выражения можно определить величину градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи

Описанный статистический метод определения величины градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи, заключающийся в проведении вычислений, определяемых выражением (1), 1 14Об826 2 !

Изобрегение относится к электротермии и может быть использовано для измерения градиента потенциала в столбе дуги в системах автоматического управления электрическим режимом дуговых электропечей.

Цель изобретения — повьппение точности измерения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи.

Дуговые электропечи представляют собой объект со случайными изменениями координат электрического режима, таких как ток дуги I напряжение на дуге U>, длина дуги L>, градиент потенциала в столбе дуги Р и др., вследствие различных действующих 2g случайных возмущений. В частности, случайный характер процесса изменения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи обусловлен случайными: изменениями степени иони- 25 зации и температуры в столбе дуги. длины дуги, физико-химического состояния расплава и др. Но в течение определенного временного промежутка, равного 3-4 мин, эти процессы можно считать стационарными и нормальными. M(($2 Ь Ь2а) = P2jj(gL2 = y2D

Поэтому для измерения величины градиента потенциала в столбе дуги Р следует использовать метод, который основан на рассмотрении статистических характеристик процессов, протекакщих в дуговых электропечах, что позволяет значительно повысить точность измерения величины . Измеренные таким способом значения (3 мож40 но использовать в контурах адаптации систем регулирования электрического режима дуговых электропечей, облада— ющих высокими динамическими показателями.

Сущность определения величины градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи заключается в следующем. На участках стационарности статистических характеристик реальных процессов, по которым определяют- О как ся значения Р измеренное значение

Кьц, „ градиента потенциала в столбе дуги

D принимается постоянным. Продифферен- а цировав выражение для определения величины напряжения на дуге Ud = eC +

+ P L по времени t получим

1Ца, dLa

dt I dt

5 14068 кие к ним режимы. Процесс контроля наличия режимов короткого замыкания и близких к ним режимов осуществляется посредством датчика 1 напряжения на дуге и первого элемента 12

5 сравнения. Сигнал, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения на дуге U> с выхода датчика

1 напряжения на дуге поступает на вход первого элемента 12 сравнения.

При сигналах на входе первого элемента 12 сравнения, равных 0 U U, что соответствует режимам короткого замыкания и близким к ним режимам, его выходной сигнал Б „ устанавливь х вается на уровне "1", а при сигналах

Ug Уд; выходной сигнал первого элемента 12 сравнения U „,„, равен "0".

Величину сигнала Ug можно установить равной Ug = (0,03-0,05ЮД,, rpe — величина напряжения на дуге, соответствующая установленному электрическому режиму работы электропечи.

Процесс контроля наличия режимов об- 25 рыва дуги и близких к ним режимов осуществляется посредством датчика

13 тока дуги и второго элемента 14 сравнения. Сигнал, пропорциональный средневыпрямленному значению тока gp дуги I с выхода датчика 13 тока дуги поступает на вход второго элемента 14 сравнения, При сигналах на входе второго элемента 14 сравнения 0 I g < Тд, что соответствует режиму

1 35 обрыва дуги и близким к нему режимам, его выходной сигнал UII„„ устанавливается на уровне "1", а йри сигналах

Ig I выходной сигнал второго элемента 14 сРавнениЯ Бвь,„Равен 0 . 4p

Величину сигнала Ig, можно принять (Oу03 0 05) I

Ig — величина тока дуги соответ. ст

Э ствующая установленному электрическому режиму работы электропечи. Дат- 45 чик 13 тока дуги — это датчик средневыпрямленного значения тока дуги, который состоит из последовательно соединенных трансформатора тока, устанавливаемого на электропечах для контроля мгновенного значения тока дуги, выпрямителя и фильтра низкой частоты. Выходной сигнал фильтра низкой частоты, пропорциональный средневыпрямленному значению тока дуги, является выходным сигналом датчика 13 тока дуги. Сигналы с выходов первого 12 и второго 14 элементов сравнения поступают на пер26 6 вый и второй входы логического элемента 2ИЛИ-НЕ 15, который предназначен для определения режимов нормального горения дуги или их отсутствия и управления работой таймера 5 и первого 7 и второго 9 блоков усреднения. Если на первом и втором входах логического элемента 2ИЛИ-НЕ 15 сигнал равен "0" (что соответствует режимам нормального горения дуги), то на его выходе присутствует сигнал, равный "1", который, поступая на первые управляющие входы первого

7 и второго 9 блоков усреднения, устанавливает в них режим текущего, усреднения входных сигналов и, поступая на вход таймера 5, устанавливает в нем режим текущего отсчета времени промежутка усреднения Т. Если на одном из входов логического элемента 2ИЛИ-НЕ 15 сигнал становится равным "1" (что соответствует тому, что в печи отсутствуют режимы нормального горения дуги), то на его выходе устанавливается сигнал, равный

"0", что вызывает прекращение процесса текущего усреднения входных сигналов в первом 7 и втором 9 блоках усреднения и остановку текущего отсчета времени промежутка Т в таймере 5; Таким образом, в устройстве значение градиента потенциала в столбе дуги Р измеряется лишь в режимах нормального горения дуги на протяжении временного промежутка Т. Величина промежутка усреднения Т представляет собой "чистое" время, т.е. ее составляют временные интервалы, в течение которых в печи происходили процессы нормального горения дуги. Использование в устройстве статистического метода измерения величины, реализация которого позволяет измерять величину градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи на определенном временном промежутке, обеспечивает существенное снижение величины дисперсии измеренных значений)3и, как следствие, повышение точности измерения этой величины. Это, в свою очередь, при использовании устройства в адаптивных системах регулирования электрического режима позволяет повысить точность адаптации этих систем авто-, матического регулирования к процессу изменения величины градиента потенциала в столбе дуги по ходу плавки, что улучшает качество регулирования

1ч0682

21мокс где f — наибольшая частота из примо к с сутствующих в процессах

03 и I.З с г1 ь1х одоп диффере ь циат оров сигналы

QU Д и Q I g посту IIBют 1л IPp Áü?É и второй вход11 элемента 6 у.11ьожс1 ия соответст;elllln. Выходной::ц. 11а11 1лемента

5 умножения, рав11ый б1,1 h l з, поступает на вход перцовn ц.1о«;; 7 усреднения. Работа олока .cðå;I:Iñ ция циклически повторяется, :. II:;ëæ;Iîl цикле

55 реализован в устройстве, функциональная схема которого приведена на чертеже.

В процессе работы электропечи сиг5 нал, пропорциональный текущему средневыпрямленному значению напряжения на дуге U, снимаемьй с выхода датчика 1 напряжения на дуге, поступает на вход дифференциатора 2, на выходе которого путем дискретного диффере:нцирования формируется сигнал аУ, который представляет собой случайньй стационарный центрированный процесс. Датчик 1 напряжения на дуге выполнен в виде блока, состоящего например, из схемы измерения мгновенных значений напряжения на дуге, на выходе которой включены последовательно соединенные выпрямитель и 20 фильтр низкой частоты. Выходной сигнал фильтра низкой частоты, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения на дуге, является выходным сигналом датчика l напря- 25 жения на дуге. Одновременно сигнал с выхода датчика 3 перемещения электрода пропорциональный величине перемещения электрода В, поступает на вход дифференциатора 4, на выходе которого путем дискретного дифференцирования формируется сигнал 6 L>, который представляет собой случайный станционарньй центрированный процесс.

Процессы 6U 6I, формируются дифференциаторами 2 и 1 соответственно путем вычисления текущих приращений процессов Г и I.g за определенный промежуток, который определяется периодом импульсов, поступающих на управляющие входы этих дифференциаторов с первого выхода таймера 5.

Требуемая величина и риода этих импульсов может бытl» определена, например, по формуле Котельникова.:

5

4 этот блок производит усреднение входного сигнала на протяжении определенного временного промежутка Т. В любой момент времени сигнал на выходе первого блока 7 усреднения равен среднему значению его входного сигнала, т.е. N(hUg ь1, = Кь L g за преды, 1= о дущий временной промежуток усреднения

Т. Выходной сигнал первого блока 7 усреднения равньй К u, постуВ пает на первьй вход элемента 10 деления . Одновременно выходной сигнал

Л?. дифференциатора и поступает на вход квадратора 8 с выхода которого сигнал, равный g 1., поступает на вход второго блока 9 усреднения. Работа первого 7 и второго 9 бгоков усреднения происходит аналогично и синхронно по времени. В любой момент времени текущего промежутка усреднения скгнал на выходе второго блока 9 усреднения равен среднему значению его входного сигнала, т.е. М(ЬЬЯ = D, поступает на второй вход элемента l0 деления . В элементе 10 деления производится вычисление величины градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи согласно выражению (1). В любой момент времени выходной сигнал элемента 10 деления пропорционален величине градиента потенциала в столбе дуги (Ь, измеренной в предыдущем временном промежутке Т. Этот сигнал с выхода элемента 10 деления поступает на вход прибора 11, который регистрирует измеренные значения градиента потенциала в столбе дуги P .

Значение временного промежутка Т, равного периоду постоянства величины В, предварительно принимается

i равным 3- 1 мин и уточняется для конкретной дуговой электропечи по результатам статистической обработки полученных процессов изменения 1 по ходу плавки при различных значениях промежутка усреднения Т.

В устройстве процесс измерения градиента потенциала в столбе дуги

1э происходит только в режимах нормаль—

| ного горения дуги, так как из процесса вычисления величин К, и

Ь Дл д

Л 1 на временном промежутке Т исключены промежутки, в течение которых в печи существуют режимы короткого замыкания, обрыва дуги и близ1406826 новки

Составитель Е. Косарев

Техред А. Кравчук Корректор И.Муска

Редактор А. Огар

Заказ 3211/56

Тираж 832 Подписное

BIiKIIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно †:.литрдфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 электрического режима и, следовательно, значения технико-экономических показателей работы электропечной устаФормула изобретения

Устройство для определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи, содержащее датчик напря- io жения на дуге, датчик перемещения электрода, выход которого соединен с входом первого дифференциатора, и элемент деления, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи, оно дополнительно снабжено вто- 20 рым дифференциатором, элементом умножения, квадратором, первым и вторым блоками усреднения, таймером, датчиком тока дуги, первым и вторым элементами сравнения, логическим эле- 25 ментом 2ИЛИ-НЕ и регистрирующим прибором, при этом выход датчика напряжения на дуге через второй дифференциатор соединен с первым входом элемента умножения и через первый элемент сравнения с первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход первого дифференциатора соединен с вторым входом элемента умножения и с входом квадратора, выход элемента умножения через первый блок усреднения соединен с первым входом элемента деления, а выход квадратора через второй блок усреднения — с вторым входом элемента деления, выход элемента деления соединен с входом регистрирующего прибора, а выход датчика тока дуги через второй элемент сравнения — с вторым входом логического элемента 2И1тИ-НЕ, выход которого соединен с входом таймера и с первыми управляющими входами первого и второго блоков усреднения, первый выход таймера соединен с управляющими входами первого и второго дифференциаторов, а второй, третий и четвертый выходы таймера соединены соответственно с вторыми, третьими и четвертыми управляющими входами первого и второго блоков усреднения.