Устройство для определения площади динамической вольт- амперной характеристики /двах/ для дозаторов электроэнергии в электрической печи

 

союз советсних

СОЩИАЛИСТИЧЕСМИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 В 7/148

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ по изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ FIGHT СССР (21) 4407167/07 (22) 07. 04.88 (46) 23.04.91. Бюл. № 15 (71) Тульский политехнический институт (72) А.Н,.Грачев, А.M.Øâàðåâ, А.А.Фомичев и P.Â.Минеев (53) 621:365.22 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 839262, кл, Н 05 В 7/148, 1979.

Авторское свидетельство СССР. № 1301289, кл. Н 05 В 7/148, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ДИНАЫИЕСКОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ДВАХ) ДЛЯ ДОЗАТОРОВ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к электроИзобретение относится к электротермии, а именно к устройствам для регулирования электрического режима дуг о вых эл ек тр ич е с ких п еч ей .

Целью изобретения является уве— лич ение производительно сти эл ектр оп е- . чи путем повышения точности определения площади ДВАХ ее электрического режима.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, на фиг. 2 — изображение ДВАХ в форме берцовой кости с выбросами, поясняющее принцип дей-. ствия

Устройство содержит подключенный к датчику 1 напряжения первый анализатЬр знака сигнала 2, первый и второй входы которого соединены с первыми входами первого и второго

„„Я0„„16444О7 А 1

2 т ех нике. Цель изобретения — увелич ение производительности печи путем повышения точности определения площади динамической вольт-амперной характеристики. (ДВАХ) ее электрического режима. Сигналы, пропорциональные значениям фазного тока и напряжения, поступают в устройство, которое начинает работать с момента, который изображен на ДВАХ точкой А. Элементы устройства обеспечивают квантование сигналов по току и напряжению в четырех квадрантах ДВАХ и осуществляют их суммирование за полный цикл, когда рабочая точка опять придет в точку A.

Устройство обеспечивает высокую точность определения площади ДВАХ, 2 ил, 3 блоков 3 и 4 совпадения соответственно, подключенный к датчику 5 тока второй анализатор 6 знака, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого блоков совпадения 7 и 8 соответственно, соединенный с датчиком 1 напряжения первый нуль-компаратор 9, первый и второй выходы которого связаны с вторыми входами третьего и четвертого блоков совпадения 7 и

8 соответственно, соединенный с датчиком 5 второй нуль-компаратор 10, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго блоков совпадения 3 и 4 соответственно, первый выход первого блока 3 совпадения связан с первым входом первого триггера 11, второй

1644407 вход которого соединен с первым выходом четвертого блока совпадения 8, а первый и второй выходы соединены с первыми входами пятого и шестого блоков совпадения 12 и 13 соответ5 ственно, первый выход второго блока

4 совпадения связан с .первым входом триггера 14, второй вход которого соединен с первым выходом третьего блока 7 совпадения, а первый и второй выходы - с вторыми входами пятого и шестого блоков совпадения 12 и 13 соответственно, второй выход третьего блока 7 совпадения соединен с первым входом третьего триггера

15, второй вход которого соединен с вторым выходом первого блока 3 совпадения, а первый и второй выхо-. ды — с первыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения 16 и 17 соответственно, второй выход четвертого блока 8 совпадения подан на первый вход четвертого триггера 18, второй вход которого соединен со вторым выходом второго блока 4 совпадения, а первый и второй выходы соединены с вторыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения 16 и

17 соответственно, третьи входы пятого и седьмого блоков совпадения 12

30 и 16 соединены с датчиком 1 напряжения, а третьи входы шестого и восьмого блоков совпадения 13 и 17 соединены с датчиком тока 5, первый и второй выходы шестого блока 13 со- 35 впадения поданы на первые входы первого инвертора 19 и девятого блока 20 совпадения соотнетстненно, первый и второй выходы седьмого блока 16 поданы на вторые входы 40 первого иннертора 19 и девятого блока 20 совпадения еоотнетственно, ныход первого иивертора 19 подан на первый вход первого сумматора 21, второй вход которого через аналого- 45 все запоминающее устройство 22 соединен с выходом девятого блока 20 совпадения, а выход соединен с входом порогового элемента 23, первый выход которого подан на третий вход 50 девятого блока 20 совпадения, третьи выходы шестого и седьмого блоков совпадения 13 и 16 соединены с пер- вым и вторым входами первого днухполупериодного выпрямителя 24 соотнет- 55 ственно, первый выход которого подключен через первый блок 25 задержки к первому входу второго сумматора 26, а второй выход соединен через второй и нв ер тор 2 7 с н торым входом второго сумматора 26, выход которого coenинен с входом третьего анализатора знака сигнала 28, выход пятого блока

12 совпадения соединен с входом второго днухполупериодного выпрямителя

29, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соответственно, выход восьмого блока совпадения 17 подан на вход третьего двухполупериодного выпрямителя 32, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соответственно, третьи входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соединены со нторым и третьим выходами порогового элемента 23 соответственно, а четвертые входы десятого и одиннадцатого. блоков совпадения 30 и 31 соединены с первым и вторым выходами третьего анализатора знака сигнала 28 соответственно, выход десятого блока 30 совпадения подан на первый вход накапливающего сумматора 33, второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого блока 31 совпадения через третий инвертор 34, третий вход накапливающего сумматора 33 соединен с третьим выходом первого блока 3 совпадения через второй блок

35 задержки, а выход накаплинающего сумматора 33 подан на первый вход двенадцатого блока 36 совпадения, второй йход которого соединен с четвертым выходом первого блока 3 совпадения. Вход первого анализатора знака сигнала 2 соединен с четвертым выходом датчика напряжения 1, а вход второго анализатора 6 — с четвертым выходом датчика тока 5.

Устройство для определения площади ДВАХ для дозаторов электро: сергии в электрической печи работает следующим образом.

С датчиков печи поступают в устройство стандартные электрические сигналы, пропорциональные соответствующим значениям фаэного тока и фазного напряжения. Устройство начинает работать с момента, который на изображении ДВАХ (см.фиг.2) обозначен точкой А. При этом срабатывает второй нуль-компаратор 10, так как сигнал, пропорциональный току в этот момент, равен нулю. Импульсы короткой длительности поступают на первый

164440

50 и второй блоки 3 и 4 совпадения. При этом будет открыт только первый блок, 3 совпадения, на второй вход которого будет подаваться разрешающий сигнал с первого анализатора 2 знака сигнала.

Все анализаторы знака сигнала работают следующим образом.

Если »а вход анализатора поступает отрицательный сигнал, то на его первом выходе. выставляется высокий уровень сигнала, а на втором — низкий. При подаче на вход анализатора положительного сигнала на его первом выходе установится низкий уровень, а на втором — высокий ° Таким образом, в момент прохождения точки A импульсами с первого блока 3 совпадения устанавливается первый 20 триггер 11 и сбрасывается третий триггер 15. Установленный первый триггер 11 служит индикатором того, что рабочая точка находится во IIквадранте изображения ДВАХ (см. фиг2) . Кроме того, он поддерживает в открытом состоянии пятый и шестой блоки 12 и 13 совпадения; через которые сигнал с датчика 1 напряжения поступает на второй двухполупериодный выпрямитель 29, а сигнал с датчика 5 тока — на первый двухполупериодный выпрямитель 24, первый инвертор 19 и девятый блок 20 совпадe ния.

Первый инвертор 19, девятый блок

20 совпадения, сумматор 21, аналого- 35 вое запоминающее устройство 22 и пороговый элемент 23 служат для квантования по уровню сигналов, пропорциональных напряжению электрод-нуль или току в зависимости от того, в каком квадранте находится рабочая точка. Эта часть устройства работает .следующим образом.

Сигнал через девятый блок 20 совпадения попадает в аналоговое зало- 45 минающее устройство 22, где он фиксируется до поступления следующего сигнала. На первом сумматоре 21 происходит сложение запоминающего сигнала с текущим, поступающим через первый инвертор 19. Таким образом, разность этих двух сигналов поступает иа пороговый элемент 23, который срабатывает и выдает короткий импульс, как только абсолютное значе- 55 ние разностного сигнала окажется равным заранее определенному пороговому уровню, Этот импульс является открывающим для девятого 20, десятого

7 б

30 и одиннадцатого 31 блоков совпадения. Прп,этом в аналоговом запоминающем устройстве 22 запомнится новое значение уровня сигнала.

Первый двухполупериодный выпрямитель 24, первый блок 25 задержки, второй инвертор 27, второй сумматор

26 и третий анализатор 28 знака сигнала служат для анализа поведения сигналов, пропорциональных напряжению электрод-нуль или току в зависимости от того, в каком квадранте находится рабочая точка. Если сигнал, подавае —, мый на эту часть схемы, возрастает по своему абсолютному значению, то на третий анализатор знака сигнала

28 поступает отрицательный сигнал, в противном случае — положительный,, так как на втором сумматоре 26 происходит сложение сигнала, задержанного на первом блоке задержки 25, с сигналом, поступающим со второго инвертора 27. Таким образом, в случае возрастающего сигнала третий анализатор знака сигнала 28 имеет высокий уровень на своем первом выходе и поддерживает в открытом состоянии десятый блок совпадения 30, в противном случае он устанавливает высокий уровень »а своем первом выходе и поддерживает в открытом состоянии десятый блок совпадения 30, в противном случае он уг,тановит высокий уровень на своем втором выходе и откроет одиннадцатый блок совпадения 31.

Как уже было сказано, когда рабочая точка находится во II квадранте (т.е. движется от точки А к точке В на фиг. 2), первый триггер 11 нахо— дится во взведенном состоянии и под— держивает открытыми пятый и шестой блоки 12 и 13 совпадения. При этом сигнал, пропорциональный току, через открытый шестой блок 13 совпадения подается на те части устройства, которые предназначены для квантования и анализа поведения сигналов.

В моменты квантования, которые показаны на фиг. 2 горизонтальными или вертикальными линиями .(во II квадранте — горизонтальными), разрешающие импульсы с порогового элемента

23 поступают на десятый и одиннадцатый блоки 30 и 31 совпадения, При этом открытым будет тот из двух блоков, на который одновременно подается сигнал с третьего анализатора 28 знака сигнала. Например, пока рабочая точка движется от точки А до

1644407

35 точки Е открытым будет десятый блок

30 совпадения, так как сигнал, пропорциональный току на этом участке

I возрастает. При этом сигнал, пропорциональнь.й напряжению, через открытый

5 пятый блок 12 совпадения через второй двухполупериодный выпрямитель

29 и через открытый десятый блок 30

4 совпадения в моменты квантования поступает в накапливающий сумматор 33, в котором происходит накапливание. сигнала, пропорционального площади.

Если принять порог квантования равным единице, то площади элементар15 ныл прямоугoJIbitHKQB > изображенньм на фпг. 2, будут пропорциональными сигналу, котсрый в данном квадранте не квантуется„ Например, во ХТ квадранте — сигналу напряжения. В момент же времени, когда рабочая точка

20 движется от точки Е к точке F (см, фиг. 2), третий анализатор 28 знака сигнала устанавливает высокий уровень на своем втором выходе и открывает одиннадцатый блок 31 совпадения, TGK как на этом участке сигнал, пропорциональный току, убывает ° Таким образом, сигналы, пропорциональные напряжению, в моменты квантования будут поступать на накапливающий сум30 матор 33 через третий инвертор 34 и, следовательно, будут вычитаться из накопившейся суммы. Благодаря этому будет точно определена и учтена площадь выброса, вершиной которой является точка Е. Далее прибор реагирует на все выбросы аналогичным образом. На участке FC площади элементарных прямоугольников складываются, на участке GH — вычитаются, а на участке НВ опять складываются.

Таким образом, в момент времени, обозначенный на фиг. 2 точкой В, в накалливающем сумматоре 33 будет накоплен сигнал, пропорциональный площади 45

ДВЛХ во II квадранте. В этот же момент времени сработает первьй нулькомпаратор 9 и через открытый вторым анализатором 6 знака сигнала четвертьй блок 8 совпадения сбрасывает 50 первьй триггер 11 и устанавливает четвертый триггер 18> который служит индикатором того, что рабочая точ-.. ка находится в Т квадранте. Этот триггер поддерживает в открытом состоянии седьмой и восьмой блоки 16 и 17 совпадения. При этом устройство работает так же, как и во II квадранте, с той лишь разницей, что квантованне теперь производится по напряжению, а на накапливающий сумматор 33 подавтся сигналы, пропорциональные току. Точно так же при возрастании сигнала, пропорционального напряжению, на накапливающий сумматор 33 будут поступать положительные сигналы,.а при убывании — отрицательные, что позволит учесть всевозможные искажения формы ДВАХ. В момент, соответствующий точке С на фиг, 2, в накапливающем сумматоре 33 будет накоплен сигнал, пропорциональньй площади ДВАХ во II и в I квадрантах.

В этот же момент сигналом со второго нуль-компаратора:10 через открытый второй блок совпадения 5 будет сброшен четвертый триггер 18 и установлен второй триггер 14, который является индикатором того, что рабочая точка находится в IV квадранте. Второй триггер 14 поддерживает в открытом состоянии пятый и шестой блоки

12 и 13 совпадения, а следовательно, квантование происходит по току, как показано на фиг. 2, и устройство работает так же, как и во ТТ квадранте. В момент, соответствующий точке

D на фиг. 2, второй триггер 14 сбрасывается и устанавливается третий триггер 15, который служит индикатором того, что рабочая точка находится в III квадранте. При этом третий триггер 15 поддерживает в открытом состоянии седьмой и восьмой блоки

16 и 17 совпадения, и устройство работает аналогично 1 квадранту.

Полный цикл работы устройства завершается, когда рабочая точка опять приходит в. точку А. Как было показано, при этом открывается первый блок

3 совпадения, один из сигналов с которой откроет на короткий момент двенадцатый блок 36 совпадения, а другой через второй блок 35 задержки

D приведет в исходное состояние (сбросит в О) накапливающий сумматор 33.

При этом сигнал, пропорциональный площади ДВАХ за прошедший период, накопленный в накапливающем сумматоре 33, будет подан на дозатор электроэнергии.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность регулирования режима работы печи, поскольку в известных устройствах площадь ДВАХ определяется как взвешенная сумма реактивных мощностей по каждой гармонике. Существующие штатные приборы

1 44407,регистрации реактивной мощности реагируют на первую гармонику тока и напряжения. Большинство электрических, в частности дуговых, печей име5 ет нелинейньй характер тока и напряжения. Вклад высших гармоник в спектры сигналов очень велик. Поэтому в конечном счете существующие приборы будут вносить существенную погреш- по в ность в управление процессом плавки.

Устройство позволяет избежать этих осложнений и имеет широкую область применения практически на всех электродных печах переменного тока.

Формула изобретения

Устройство для определения площади динамической вольт-ампернай характеристики (ДВЛХ) для дозаторов электроэнергии в электрической печи, содержащее накапливающий сумматор, первьй блок совпадения, первый инвертор, первьй и второй нуль-.компаратары, входы которых соединены с первыми выходами датчиков напряжения и тока, и первьй блок задержки, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производи" åëüíîñòè печи путем повышения гачнасти определения площади ДВЛХ ее электрического режима, оно дополнительно содержит три анали— затора знака сигнала, одиннадцать блоков совпадения, четыре триггера, и три двухлолупериодных выпрямителя, 35 второй и третий инверторы, два сумматора, пороговый элемент, аналоговое запоминающее устройство и второй блок задержки, первый выход первого анализатора знака сигнала соединен 40 с. первым входом первого блока совпадения, а его второй выход — с первым входом BToporc блвка совпадения, первый выход второго анализатора знака связан с первым входом третьего бло- 45 ка совпадения, à его второй выход— с первым входом четвертого блока совпадения, первый и второй выходы первого нуль-компаратора соединены с вторыми входами третьего и четверто- 5п го блоков совпадения, первьй и второй выходы второго нуль-компаратора — с вторыми входами первого и второго блоков совпадения, первый выход первого блока совпадения связан с первым 55 входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом четвертого блока совпадения, а его первый и второй выходы соединены с перньпп входами пятого и шестого блоков совпадения, первьй вькод второго блока совпадения связан с первым входом í,oporo триггера, второй вход которого соединен с первым выходом третьего блока совпадения, а ега первьй и второй выходы соединены с вторыми входами пятого и шестого блоков совпадения, второй выход третьего блока совпадения связан с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с вторим выходам первого блока сов адения, а его первый и второй выходы соединены с первыми входами седьмого и восьмога блоков совпадения, второй выход четвертого блока совпадения связан с первым входом четвертага триггера, второй вход которо— га соединен с вторым вькадом, второго блока совпадения, а его первый и второй выходы соединены с вторыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения, третьи входы пятого и седьмого блоков совпадения соединены с вторым и третьим выходами датчика напряжения, а третьи входы шестого и восьмого блоков совпадения — с вторым и третьим выходами датчика тока, первьй выход шестого блока совпадения соединен с первым входом первого инвертара, а второй его выход — с первым входом девятого блока совпадения, первый выход седьмого блока совпадения связан с вторым входом первого инвертара, а ега второй вькод с вгорым входом девятого блока совпадения, выход первого инвертара соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого через аналоговое запоминающее устройства соединен с выходам девятого блока совпадения, à его выхац — с входам порогового элемента, первый выход которого соединен с третьим входом девятого

1 блока совпадения, третьи вькоды ш стого и сецьмага блоков совпадения связаны с нервым и вгорым входами первого двухпалупериадного выпрямителя, первый выход которого соединен через первьй блок задержки с первым входом второго сумматора, а второй выход — через второй инвертор с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом третьего анализатора знака сигнала, выход пятого блока совпадения соединен с. входом второго двухпалупериодного выпрямителя, первьй и второй выходы

11

16444 ъ которого соединены с первыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения, выход восьмого блока совпадения связан с входом третьего двухпол упериоднаго выпрямителя „пер5 вый и второй выходы которого соединены. с вторыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения, третьи входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения соединены с вторым и третьим выходами порогового элемента, а четвертые входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения соединены с первым и вторым выходами третьего анализатора знака сигнала, выход десятого блока совпаО7

12 дения соединен с первым входом накапливающего сумматора, второй. вход которого соединен с выходом одиннадцатого блока совпадения через третий инвертор, третий выход накапливающего сумматора соединен с третьим выходом первого блока совпадения через второй блок задержки, а выход накапливающего сумматора соединен с первым входом двенадцатого блока совпадения, вход первого анализатора знака сигнала соединен с четвертым выходом датчика напряжения, а вход второго анализатора датчика — с четвертым выходом датчика тока.!

644407

Составитель Е.Косарев

Редактор М.Кузнецова Техред М.Дидык, Корректор С. Некиар

Заказ 1467 Тираж 486 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород, ул. Гагарина, 101