Способ и устройство для подачи электрического питания в электродуговую печь



Способ и устройство для подачи электрического питания в электродуговую печь
Способ и устройство для подачи электрического питания в электродуговую печь

 


Владельцы патента RU 2632366:

ДАНИЕЛИ ОТОМЕЙШН СПА (IT)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для подачи электрического питания в электродуговую печь, содержащую по меньшей мере один электрод. Устройство выполнено с возможностью соединения с сетью питания для подачи на упомянутый по меньшей мере один электрод электрической энергии с образованием электрической дуги для плавления массы металла. Устройство содержит блок регулирования, установленный между упомянутой сетью питания и упомянутым по меньшей мере одним электродом, и соединенный с ними и выполненный с возможностью регулирования по меньшей мере одного параметра питания упомянутого по меньшей мере одного электрода по меньшей мере один детектирующий прибор, предназначенный для детектирования упомянутого по меньшей мере одного параметра питания, расположенный между упомянутым электродом и упомянутым блоком регулирования, блок позиционирования, выполненный с возможностью перемещать упомянутый по меньшей мере один электрод, уменьшая или увеличивая расстояние между ним и массой металла, подлежащей плавлению, и блок управления. Блок управления, соединенный с упомянутыми блоком регулирования, сетью питания и блоком позиционирования для управления блоком регулирования и блоком позиционирования и для осуществления управления электрической дугой по первому каналу управления путем воздействия на блок регулирования, а также для осуществления управления электрической дугой по второму каналу управления путем воздействия на блок позиционирования. Изобретение позволяет эффективно регулировать мощность плавления и характеристик напряжения дуги и тока дуги, чтобы гарантировать устойчивость электрической дуги в процессе плавления металла, а также обеспечивает возможность подавления возмущений, индуцируемых в сети питания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к способу и устройству для подачи электрического питания в электродуговую печь, обеспечивающим возможность управления электрической дугой на этапах плавления металла в электродуговой печи.

В частности, предлагаемые способ и устройство для подачи электрического питания в электродуговую печь обеспечивают возможность осуществления по меньшей мере двух режимов регулирования мощности, обеспечиваемой дугой в процессе электродуговой плавки.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

В данной области техники известны устройства для подачи электрической энергии на электроды электродуговой печи для плавления металла.

Электроды помещают в электродуговую печь, их можно перемещать внутри печи относительно металлической ванны туда и обратно с целью регулирования процесса плавления твердых металлов.

К числу известных устройств для подачи электрической энергии относятся устройства для регулирования положения электродов, обеспечивающие возможность подъема или опускания электродов относительно металла с целью изменения длины электрической дуги. Однако регулирование положения электродов носит довольно медленный характер и не обеспечивает быстрой коррекции при внезапных изменениях параметров электрического питания или при зажигании электрической дуги.

Фактически, если электрическая дуга становится длиннее, то есть, если электрод находится дальше от массы металла, подлежащей плавлению, то напряжение, прикладываемое к электродам, должно быть увеличено с целью поддержания дуги и предотвращения ее погасания; если же дуга укорачивается, то ток возрастает, следствием чего становится неконтролируемое повышение мощности, обеспечиваемой дугой, что грозит повреждением печи или крыши.

При неизменном значении тока, согласно характеристической кривой питающего напряжения, напряжение дуги пропорционально расстоянию между электродом и массой металла, подлежащей плавлению. Поэтому в условиях функционирования, обеспечивающих достижение эталонного тока дуги, устойчивое состояние дуги обеспечивается регулированием расстояния между электродом и массой металла, подлежащей плавлению.

Известные устройства для подачи электрического питания в электродуговую печь обычно содержат многосекционный трансформатор, обеспечивающий возможность преобразования напряжения электрической сети, обычно среднего значения напряжения, в напряжение, пригодное для питания электродов.

Посредством секций трансформатора обеспечивается возможность регулирования напряжения дуги, следовательно, ее длины, с целью регулирования мощности, расходуемой на плавление металла.

Устройствам этого типа присущ недостаток, связанный с прерывистостью мгновенного поглощения энергии, которая забирается из электрической сети, что происходит, в частности, в начале плавления по причине частых коротких замыканий, вызываемых неустойчивостью дуги и отделением обломков. В некоторых случаях это может повлечь за собой флуктуации сетевого напряжения (это явление называется также фликкер-шумом).

Известны также устройства для подачи электрического питания в электродуговую печь, содержащие выпрямительную схему, преобразующую переменный ток, получаемый от сети, в постоянный, а также схему конверторов для подачи питания на электроды.

Одно из решений, использующих в общем эту конструкцию для подачи электрического питания в электродуговую печь, описывается в публикациях US2007/0247079A1 (заявка на патент США) и US 6,421,366 B1 (патент США).

Однако схемы преобразования в этих питающих устройствах не обеспечивают компенсации возмущений, которые поступают от электрической дуги и влияют на сеть питания. На деле эти схемы преобразования, по причине имеющей место модуляции тока, порождают гармоники тока, которые могут причинить вред при проникновении их в сеть питания.

Цели предлагаемого изобретения

Одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании способа и устройства для подачи электрического питания в электродуговую печь, обеспечивающие возможность эффективного регулирования мощности плавления.

Другая цель предлагаемого изобретения состоит в создании способа и устройства, обеспечивающих возможность регулирования характеристик напряжения дуги и тока дуги, чтобы гарантировать устойчивость электрической дуги в процессе плавления металла.

Еще одна цель предлагаемого изобретения состоит в создании питающего устройства, которое, в отличие от известных устройств этого типа, обеспечивало бы возможность подавления возмущений, индуцируемых в сети питания.

Заявитель разработал, испытал и осуществил предлагаемое изобретение для преодоления недостатков уровня техники и достижения указанных выше и других целей и преимуществ.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Предлагаемое изобретение описывается и характеризуется в независимых пунктах формулы изобретения, а в зависимых пунктах формулы изобретения описываются другие характеристики изобретения или варианты главной изобретательской идеи.

В соответствии с указанными выше целями предлагаемого изобретения устройство для подачи электрического питания в электродуговую печь содержит по меньшей мере один верхний электрод, а с обеспечением преимущества - два или три верхних электрода, и выполнена с возможностью подсоединения к сети питания для подачи к упомянутому по меньшей мере одному электроду электрической энергии с целью порождения электрической дуги.

Кроме того, предлагаемое устройство содержит блок регулирования, который предназначен для регулирования по меньшей мере одного электрического параметра питания электрода, установлен между сетью питания и электродом и соединен с ними.

Согласно одному аспекту осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемое устройство содержит по меньшей мере один детектирующий прибор, который предназначен для детектирования упомянутого электрического параметра питания электрода, установлен между электродом и упомянутым блоком регулирования, и блок позиционирования, выполненный с возможностью перемещать упомянутый по меньшей мере один электрод, уменьшая или увеличивая расстояние между ним и массой металла, подлежащей плавлению.

Согласно другому аспекту осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемое устройство содержит блок управления, соединенный с упомянутым блоком регулирования, с сетью питания и с упомянутым блоком позиционирования с целью управления блоком регулирования и блоком позиционирования и для осуществления управления электрической дугой по первому каналу управления - путем воздействия на блок регулирования, а также для осуществления управления электрической дугой по второму каналу управления - путем воздействия на блок позиционирования.

При таком решении обеспечивается создание устройства со смешанным управлением, в котором по первому каналу управления обеспечивается высокая динамичность с малой амплитудой флуктуаций электрического параметра питания, соответствующего мощности, требуемой для плавления, то есть, с модуляцией электрического параметра питания, в то время как управление по второму каналу управления осуществляется с медленной динамикой с большей амплитудой, а именно, путем перемещения электродов.

Формы осуществления предлагаемого изобретения имеют отношение также к способу подачи электрического питания в электродуговую печь, обеспечивающему порождение электрической дуги с помощью по меньшей мере одного электрода, питаемого от сети питания, и регулирование по меньшей мере одного электрического параметра питания упомянутого по меньшей мере одного электрода с помощью блока регулирования, который установлен между сетью питания и упомянутым электродом и соединен с ними.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемый способ содержит операцию детектирования упомянутого электрического параметра питания с помощью по меньшей мере одного детектирующего прибора, который установлен между упомянутым по меньшей мере одним электродом и упомянутым блоком регулирования, операцию перемещения упомянутого по меньшей мере одного электрода, уменьшая или увеличивая расстояние между ним и массой металла, подлежащей плавлению, с помощью блока позиционирования, и операцию управления упомянутыми блоком регулирования и блоком позиционирования с помощью блока управления с целью осуществления управления электрической дугой по первому каналу управления путем воздействия на блок регулирования и управления электрической дугой по второму каналу регулирования путем воздействия на блок позиционирования.

Эти и другие характеристики предлагаемого изобретения станут понятны из последующего подробного описания некоторых форм осуществления предлагаемого изобретения, представленных в виде примеров, которыми не ограничивается объем предлагаемого изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлена схема устройства для подачи электрического питания в электродуговую печь согласно некоторым описываемым здесь вариантам осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 2 более подробно представлена часть схемы, изображенной на фиг. 1, характеризующая некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения.

Для облегчения понимания для идентификации общих элементов на чертежах используются, где возможно, одинаковые ссылочные обозначения. Должно быть понятно, что элементы и характеристики одного варианта осуществления предлагаемого изобретения могут вводиться в другие варианты осуществления предлагаемого изобретения без особых пояснений.

Подробное описание предлагаемого изобретения

Далее следует подробное описание различных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, из которых один или большее количество в качестве примеров проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Ни один из этих примеров не следует понимать как ограничивающий объем предлагаемого изобретения. Например, характеристики, показанные или описанные в силу того, что они присущи одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, могут быть приняты для других вариантов осуществления предлагаемого изобретения или в связи с ними для получения другого варианта осуществления предлагаемого изобретения. Должно быть понятно, что объем предлагаемого изобретения включает все такие модификации и вариации.

Как раскрывается в настоящем описании, предлагаемое изобретение относится к устройству 10 для подачи электрического питания к электродуговой печи 60.

Упомянутая электродуговая печь 60 содержит один или большее количество электродов 62, в рассматриваемом случае, описывающем иллюстративный пример, использован один электрод 62, выполненный с возможностью получения электрического питания для обеспечения мощности, требуемой для плавления массы металла.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, электродов 62 может быть два, три, или более.

Устройство 10 подсоединено к сети питания 50, например, к трехфазной электрической сети, фазы которой обозначены на фиг. 2 буквами R, S и T.

Сеть питания 50 снабжает электрод 62 электрической мощностью, требуемой для плавления.

В частности, сеть питания 50 обеспечивает питающий ток Ii и питающее напряжение Ui, которые подаются на электрод 62 с помощью устройства 10.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, устройство 10 содержит детектирующие приборы 24 и 26, выполненные с возможностью детектировать электрические параметры питания, соответствующие надлежащим значениям питающего тока Ii и питающего напряжения Ui, обеспечиваемым сетью питания 50.

Детектирующий прибор 24 может представлять собой, например, амперметр или трансформатор тока, выполненный с возможностью детектирования силы питающего тока Ii, а детектирующий прибор 26 может представлять собой, например, вольтметр или трансформатор напряжения, выполненный с возможностью детектирования разности потенциалов, то есть, питающего напряжения Ui.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, устройство 10 содержит блок регулирования 12, установленный между сетью питания 50 и электродом 62 и выполненный с возможностью регулирования по меньшей мере одного электрического параметра питания одного или большего количества электродов 62 электродуговой печи 60 и гарантирующий устойчивость электрической дуги.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое регулирование электрического параметра питания предусматривает регулирование силы и частоты питающего электрического тока.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое регулирование электрического параметра питания предусматривает регулирование частоты, формы волны и амплитуды питающего напряжения, обеспечивая возможность управления питающим током и, следовательно, мощностью плавления.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, блок регулирования 12 содержит преобразователь 18, выполненный с возможностью преобразования питающего тока Ii и питающего напряжения Ui сети питания 50 в ток дуги IA и напряжение дуги UA для питания электрода 62.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый преобразователь 18 содержит совокупность модулей 34, каждый из которых содержит фазовый подмодуль 34R, 34S и 34Т для соответствующих фаз R, S и T питающего тока.

На фиг. 1 показано три модуля 34, но количество этих модулей может быть как меньше, так и больше трех.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения (см. фиг. 2), каждый из фазовых подмодулей 34R, 34S и 34T содержит выпрямляющую схему 36, которая выполнена с возможностью выпрямления и, возможно, регулирования соответствующего фазового тока, поступающего от сети питания 50.

Упомянутая выпрямительная схема 36 может быть построена, например, на основе мостика из управляемых диодов или тиристорного мостика.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, использующим схему, показанную на фиг. 2, каждый из фазовых подмодулей 34R, 34S и 34T содержит промежуточную схему 38, работающую на постоянном токе, называемую также звеном постоянного тока и выполненную с возможностью хранения энергии и создания разделения между внешней сетью питания 50 и электродом 62, и инвертирующую схему 40, выполненную с возможностью инвертирования тока с регулированием частоты и, возможно, амплитуды основной гармоники переменного тока на выходе.

Наличие промежуточной схемы 38 для каждой инвертирующей схемы 40, питающей ту же фазу на стороне электрода, обеспечивает возможность компенсировать возмущения, приходящие от электрической дуги, ограничивая их отрицательное воздействие на сеть питания 50.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, инвертирующая схема 40 представляет собой многоимпульсную переключающую схему. Возможны решения, при которых инвертирующая схема 40 обеспечивает двенадцатиимпульсную модуляцию или модуляцию с количеством импульсов, кратным двенадцати, то есть, с количеством импульсов, например, двадцать четыре или тридцать шесть.

Такое решение позволяет значительно уменьшить нежелательное влияние гармоник выше основной (обычно это 50 Гц или 60 Гц), которые являются причиной уменьшения коэффициента полезного действия. Кроме того, гармоники выше основной могут создавать возмущения в сети питания, которые могут причинить вред другим электрическим приборам пользователя, соединенным с этой сетью питания.

Более высокие гармоники не способствуют передаче активной мощности, они могут порождать возмущения в сети питания, и, следовательно, лучшим решением является их подавление, насколько это возможно.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, нейтральные точки соединенных звездой фазовых подмодулей 34R, 34S и 34Т соединены между собой с помощью нейтрального провода N. При таком решении, если даже один из фазовых подмодулей 34R, 34S, или 34T окажется выключен, во всяком случае будет обеспечена возможность осуществления модуляции с ожидаемым количеством импульсов. Если же нейтральные точки соединенных звездой фазовых подмодулей 34R, 34S и 34T не будут соединены между собой, то при выключении или неисправности одного из них источник импульсов будет потерян.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, инвертирующая схема 40 содержит совокупность элементов, выбранных из следующего перечня: диоды; тиристоры, такие как кремниевые управляемые выпрямители, двунаправленные триодные тиристоры (триаки), запираемые тиристоры, биполярные транзисторы с коммутируемым затвором, тиристоры с управлением металлооксидным полупроводником; транзисторы, такие как биполярные плоскостные транзисторы, полевые транзисторы со структурой металлооксидного полупроводника, биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый один или большее количество модулей 34 снабжены выпрямляющей схемой 36, промежуточной схемой 38 и инвертирующей схемой 40 для каждой из фаз питания R, S, T.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, для каждой из фаз питания R, S, T предусматривается несколько инвертирующих схем 40, которые включены параллельно друг другу.

Благодаря использованию полупроводниковых элементов обеспечивается возможность управления током в любой момент, и даже с высоким быстродействием, путем приведения полупроводниковых элементов во включенное или выключенное состояние.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, инвертирующие схемы 40 могут быть снабжены защитными средствами (на чертежах не показаны), которые вступают в действие мгновенно, защищая полупроводниковые элементы и, тем самым, саму инвертирующую схему 40.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, каждый фазовый подмодуль 34R, 34S и 34T может содержать выпрямляющую схему 36 и четыре блока, каждый из которых состоит из промежуточной схемы 38 и инвертирующей схемы 40.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутые выпрямляющие и инвертирующие схемы одинаковы для каждого модуля 34, так что обеспечивается минимизация сортамента запасных частей, которые должны быть в запасе, благодаря чему облегчаются техническое обслуживание и возможная замена деталей.

Кроме того, для сети питания 50 модули 34 являются сбалансированной трехфазной нагрузкой.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения (см. фиг. 1) предусматривается по меньшей мере один детектирующий прибор для детектирования электрического параметра питания, установленный между электродом 62 и блоком регулирования 12. В рассматриваемом варианте количество детектирующих приборов равно двум, а именно, один прибор для детектирования тока дуги IA-детектирующий прибор 20 и один прибор для детектирования напряжения дуги UA - детектирующий прибор 22.

Упомянутый детектирующий прибор 20, обеспечивающий детектирование тока дуги, может представлять собой, например, амперметр или трансформатор тока, выполненный с возможностью детектирования силы тока дуги IA, то есть, силы тока, подаваемого на электрод 62 от блока регулирования 12. Упомянутый детектирующий прибор 22, обеспечивающий детектирование напряжения, может представлять собой вольтметр или трансформатор напряжения, выполненный с возможностью детектирования разности потенциалов, то есть, напряжения дуги UA на электроде 62, которое зависит от расстояния между электродами 62 и массы металла, подлежащей плавлению.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения (см. фиг. 1), устройство 10 содержит блок управления 16, который соединен с блоком регулирования 12 и сетью питания 50 и выполнен с возможностью рассчитывать по меньшей мере значение эталонного тока IR, которым должен быть запитан блок регулирования 12 для обеспечения устойчивого состояния электрической дуги в электродуговой печи 60.

Упомянутый блок управления 16 может также быть выполнен с возможностью рассчитывать эталонное напряжение UR для других настроек интенсивности электрической дуги, как будет объяснено в дальнейшем.

Блок управления 16 выполнен с возможностью определять эталонные значения электрических параметров: эталонного тока IR и эталонного напряжения UR по меньшей мере на основе тока питания Ii и напряжения питания Ui, поступающих на вход от внешней сети питания 50, а также значения тока дуги IA и напряжения дуги UA, детектируемые соответствующими детектирующими приборами 20 и 22.

В частности, блок управления 16 выполнен с возможностью регулировать работу блока регулирования 12, так чтобы электрические параметры - напряжение дуги UA и ток дуги IA - достигали амплитудного значения и относительного фазового сдвига, при этом гарантируется поддержание дуги, и их рабочая частота такова, что потери сводятся к минимуму.

Согласно техническому решению, проиллюстрированному на фиг. 1, блок управления 16 содержит регулятор мощности 27, который установлен между сетью питания 50 и блоком регулирования 12.

Упомянутый регулятор мощности 27 выполнен с возможностью рассчитывать значения эталонного тока IR, эталонного напряжении UR и частоты формы волны.

В регуляторе мощности 27 может быть установлено, например, пользователем, эталонное значение мощности PS, например, уровень мощности в контрольной точке (при заданном значении регулируемой величины).

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, значение эталонного напряжения UR рассчитывается как функция стадии плавления и, следовательно, эталонный ток IR устанавливается с отслеживанием установленного значения эталонной мощности PS.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, блок управления 16 может также содержать блок обработки данных 28, который соединен с регулятором мощности 27 и с детектирующими приборами 20 и 22 и выполнен с возможностью определять математическую модель электрической дуги на основе входных параметров, относящихся к току дуги IA и напряжению дуги UA, и определять оптимальные условия работы, чтобы гарантировать устойчивость дуги и наилучшее регулирование мощности, подаваемой на основе значения эталонной мощности PS.

Согласно одному из возможных вариантов практического воплощения, упомянутый блок обработки данных 28 может быть выполнен с возможностью рассчитывать по меньшей мере идеальное значение тока I0 и идеальное значение напряжения U0, которые соответствуют оптимальным условиям работы электрической дуги и могут подаваться на регулятор мощности для определения значений эталонного тока IR и эталонного напряжения UR.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, между детектирующими приборами 20, 22, обеспечивающими соответственно детектирование тока дуги IA и напряжения дуги UA, с одной стороны, и блоком управления 16, а в рассматриваемом случае блоком обработки данных 28 с другой стороны могут быть установлены элементы нормирования сигнала 30 и 32. Каждый из элементов нормирования сигнала 30 и 32 выполнен с возможностью усиливать и стабилизировать сигнал, относящийся к току дуги IA или напряжению дуги UA, на основе эталонного значения, которое должно учитываться. Упомянутое эталонное значение может представлять собой среднее значение, мгновенное значение, или текущее значение.

Каждый из элементов нормирования сигнала 30 и 32 позволяет получать на выходе стабилизированное значение тока IA' и стабилизированное значение напряжения UA', пригодные для обработки блоком обработки данных 28.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, который не иллюстрируется на прилагаемых чертежах, элементы нормирования сигнала 30 и 32 могут быть встроены в блок управления 16.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения (см. фиг. 1), блок регулирования 12 содержит регулятор тока 42, который установлен между блоком управления 16 и преобразователем 18 и выполнен с возможностью восприятия на входе эталонного тока IR, рассчитанного блоком управления 16.

Согласно некоторым из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый регулятор тока 42 может представлять собой гистерезисный регулятор, или же регулятор на принципе широтно-импульсной модуляции, обеспечивающий регулирование частоты переключения инверторов и занятие диапазонов, а также обеспечивающий уменьшение рассеиваемой мощности устройства. В частности, регулятор тока 42 определяет форму волны тока дуги IA, который должен подаваться на электрод 62.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, регулятор тока 42 выполнен с возможностью регулирования работы преобразователя 18, так что обеспечивается единая модуляция тока с одинаковой формой волны для каждого электрода 62.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения (см. фиг. 1), регулятор тока 42 может быть соединен также с элементами нормирования сигнала 30 и 32 для восприятия на входе не только эталонного тока IR, но также и усиленных и стабилизированных значений стабилизированного тока IA' и стабилизированного напряжения UA' и обработки их для определения командного сигнала, который должен быть послан на преобразователь 18.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, регулятор тока 42 выполнен с возможностью осуществлять регулирование преобразователя 18 с целью получения независимой модуляции тока для каждого из электродов 62.

Согласно одному аспекту осуществления предлагаемого изобретения, устройство 10 содержит блок позиционирования 46, выполненный с возможностью перемещения по меньшей мере одного электрода 62, сближая его с массой металла, подлежащей плавлению, и удаляя его от нее, осуществляя таким образом регулирование мощности плавления.

Варьирование положения электрода 62 относительно массы металла определяет величину напряжения электрической дуги и, поэтому, обусловливает напряжение дуги UA, детектируемое детектирующим прибором 22 (предназначен для детектирования напряжения).

Поэтому управление положением электрода 62 обеспечивает возможность также осуществлять управление порождаемой электрической дугой и прилагаемой мощностью плавления.

Возможны такие варианты осуществления предлагаемого изобретения, при которых блок позиционирования 46 соединен с блоком 44 управления электродами, который выполнен с возможностью управлять положением электродов и посылать на блок позиционирования 46 командные сигналы так, чтобы обеспечивалась устойчивость электрической дуги.

Для обеспечения управления положением электрода 62 упомянутый блок 44 управления электродами соединен по меньшей мере с детектирующим прибором 22 (предназначен для детектирования напряжения).

Согласно одному из возможных решений, блок 44 управления электродами соединен также с блоком управления 16 для генерирования командного сигнала на приведение в действие блока позиционирования 46 в зависимости как от напряжения дуги UA, так и от эталонного напряжения UR, рассчитанного блоком управления 16.

Согласно варианту осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированному на фиг. 1, блок 44 управления электродами может быть соединен с элементом нормирования сигнала 32 с целью получения от него величины стабилизированного напряжения UA', относящегося к напряжению дуги UA, и с целью управления блоком позиционирования 46 в зависимости от этой величины.

Согласно возможным вариантам практического осуществления предлагаемого изобретения, в качестве блока позиционирования 46 может быть выбрано по меньшей мере одно устройство из следующей группы: механический исполнительный механизм, электрический исполнительный механизм, пневматический исполнительный механизм, гидравлический исполнительный механизм, шарнирный механизм, механическая кинематическая схема, подобные и сходные элементы или их возможные комбинации.

Согласно возможным вариантам осуществления предлагаемого изобретения, которые не показаны на прилагаемых чертежах, блок 44 управления электродами может быть встроен в блок управления 16.

Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, блок управления 16 получает на входе значения питающего тока Ii, питающего напряжения Ui, тока дуги IA, напряжения дуги UA и, возможно, эталонной мощности PS.

В блоке управления 16 осуществляется обработка получаемых данных и определение значений эталонного тока IR и эталонного напряжения UR, которые отправляются на блок регулирования 12 и блок регулирования напряжения 14, соответственно.

При таком решении блок управления 16 осуществляет управление с обратной связью как по току дуги IA, так и по напряжению дуги UA, подаваемых на электроды 62, благодаря чему обеспечивается компенсация возможных отклонений соответствующих параметров относительно значений идеального тока I0 и идеального напряжения U0.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, блок управления 16, сравнивая значение мощности PS в контрольной точке с реальными значениями питающего тока Ii и питающего напряжения Ui, а также со значениями тока дуги IA и напряжения дуги UA, рассчитывает значения эталонного тока IR, эталонного напряжения UR и частоты формы волны для обоих этих параметров, так что обеспечивается оптимизация подачи питания к электродам 62.

При таком решении значения эталонного тока IR и эталонного напряжения UR могут использоваться независимо для осуществления управления электрической дугой, соответственно, по первому каналу управления, воздействуя на блок регулирования 12, и по второму каналу управления, воздействуя на блок позиционирования 46.

В частности, управление по первому каналу может выполняться с целью компенсации резких скачков тока дуги и предотвращения возможного повреждения электрических компонентов, а управление по второму каналу обеспечивает возможность регулирования электрической дуги при более низкой частоте, компенсируя колебания напряжения дуги, которые являются постепенными и предсказуемыми во времени, будучи определяемы, например, на основании стандартных условий работы.

Это двойное управление позволяет решить проблемы неустойчивости нагрузки, особенно на стадии начального запуска, когда нагрузка всегда не сбалансирована, облегчая поддержание электрической дуги и обеспечивая возможность компенсации нестандартных условий работы, которые нельзя предвидеть заранее.

При таком решении предотвращается также повреждение стенок электродуговой печи 60, которое может быть вызвано, например, короткими замыканиями по причине разности температур, кроме того, уменьшается износ, которому со временем подвергаются электроды 62. Это позволяет проводить техническое обслуживание устройства 10 и электродуговой печи 60 реже.

Должно быть понятно, что предлагаемые устройство и способ, описанные выше, могут подвергаться модификациям и (или) дополнениям другими частями/стадиями без выхода за пределы предлагаемого изобретения.

Должно быть понятно также, что, хотя предлагаемое изобретение было описано только для некоторых конкретных примеров его осуществления, специалист соответствующего профиля наверняка сможет создать много эквивалентных описанным вариантов устройства и способа, характеристики которых соответствуют изложенным в формуле изобретения и полностью находятся в объеме правовой охраны, обеспечиваемой этой формулой изобретения.

1. Устройство для подачи электрического питания в электродуговую печь (60), содержащую по меньшей мере один электрод (62), выполненное с возможностью соединения с сетью питания (50) для подачи на упомянутый электрод (62) электрической энергии с образованием электрической дуги для плавления массы металла, содержащее блок регулирования (12), установленный между упомянутой сетью питания (50) и упомянутым электродом (62) и соединенный с ними и выполненный с возможностью регулирования по меньшей мере одного параметра питания упомянутого электрода (62), отличающееся тем, что оно содержит:

по меньшей мере один детектирующий прибор (20, 22), предназначенный для детектирования упомянутого по меньшей мере одного параметра питания и расположенный между упомянутым электродом (62) и упомянутым блоком регулирования (12),

блок позиционирования (46), выполненный с возможностью перемещения упомянутого по меньшей мере одного электрода (62) для изменения расстояния между ним и массой металла, подлежащей плавлению, и

блок управления (16), соединенный с упомянутыми блоком регулирования (12), сетью питания (50) и блоком позиционирования (46) для управления блоком регулирования (12) и блоком позиционирования (46) с возможностью управления электрической дугой по первому каналу управления путем воздействия на блок регулирования (12) и с возможностью управления электрической дугой по второму каналу управления путем воздействия на блок позиционирования (46).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый блок управления (16) выполнен с возможностью определения по меньшей мере значения эталонного тока (IR) для управления работой упомянутого блока регулирования (12) и значения эталонного напряжения (UR) для управления работой упомянутого блока позиционирования (46).

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит детектирующий прибор (20) для детектирования тока дуги (IA) и детектирующий прибор (22) для детектирования напряжения дуги (UA), при этом упомянутые детектирующий прибор (20) и детектирующий прибор (22) соединены с упомянутым блоком управления (16).

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что упомянутый блок регулирования (12) содержит преобразователь (18), выполненный с возможностью преобразования питающего тока (Ii) и питающего напряжения (Ui) сети питания (50) в ток дуги (IA) и напряжение дуги (UA) для питания упомянутого электрода 62, и регулятор тока (42), который установлен между упомянутым блоком управления (16) и упомянутым преобразователем (18) и выполнен с возможностью восприятия на входе эталонного тока (IR), рассчитанного блоком управления (16).

5. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит блок (44) управления электродами, при этом упомянутый блок позиционирования (46) соединен с блоком (44) управления электродами, который выполнен с возможностью направления на блок позиционирования (46) командных сигналов для обеспечения устойчивости электрической дуги, при этом упомянутый блок (44) управления электродами соединен по меньшей мере с детектирующим прибором (22), обеспечивающим детектирование напряжения для генерирования командного сигнала на приведение в действие блока позиционирования (46) в зависимости от напряжения дуги (UA) и от эталонного напряжения (UR).

6. Способ подачи электрического питания в электродуговую печь (60), включающий обеспечение электрической дуги с помощью по меньшей мере одного электрода (62), получающего питание от сети питания (50), и регулирование по меньшей мере одного параметра питания упомянутого электрода (62) с помощью блока регулирования (12), который установлен между сетью питания (50) и упомянутым электродом (62) и соединен с ними, отличающийся тем, что выполняют:

операцию детектирования упомянутого по меньшей мере одного параметра питания с помощью по меньшей мере одного детектирующего прибора (20, 22), установленного между упомянутым электродом (62) и упомянутым блоком регулирования (12),

операцию перемещения упомянутого электрода (62), при этом уменьшают или увеличивают расстояние между ним и массой металла, подлежащей плавлению, с помощью блока позиционирования (46), и

операцию управления упомянутыми блоком регулирования (12) и блоком позиционирования (46) с возможностью управления электрической дугой по первому каналу управления путем воздействия на блок регулирования (12) и управления электрической дугой по второму каналу регулирования путем воздействия на блок позиционирования (46).

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в процессе управления определяют по меньшей мере значение эталонного тока (IR) для генерирования командного сигнала для упомянутого блока регулирования (12) и значение эталонного напряжения (UR) для генерирования командного сигнала для блока позиционирования (46).

8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что в процессе детектирования осуществляют детектирование тока дуги (IA) и напряжения дуги (UA).

9. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что приведение в действие блока позиционирования (46) осуществляют по командному сигналу от блока (44) управления в зависимости от воспринимаемых напряжения дуги (UA) и эталонного напряжения (UR).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении стали в электродуговых печах с регулированием показателей фликера. В способе создают посредством запоминающего устройства банк данных по фликеру, в котором сохраняются временные динамики моментального фликера (MF) в зависимости от характеристик состояния и рабочих характеристик, выполняют посредством регистрирующего устройства измерение временной динамики MF во время начальной фазы расплавления и определяют имеющие к ней отношение характеристики состояния и рабочие характеристики, выполняют посредством вычислительного устройства сравнение измеренных временных динамик MF во время начальной фазы расплавления с сохраненными временными динамиками фаз расплавления общих динамик банка данных по фликеру с учетом характеристик состояния и рабочих характеристик, выполняют посредством вычислительного устройства выбор временной общей динамики с максимальным совпадением MF, а также характеристик состояния и рабочих характеристик в качестве спрогнозированной общей динамики фликера, выполняют посредством управляющего устройства упреждающее динамическое согласование дальнейшего управления процессом производства стали при сравнении спрогнозированной общей динамики с заранее заданными предельными показателями для фликера.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для контроля электрических параметров, характеризующих состояние подэлектродных объемов ванны трехфазной трехэлектродной руднотермической печи с расположением электродов в линию и короткой сетью по схеме «звезда» на электродах.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для контроля электрических параметров, характеризующих состояние подэлектродных объемов ванны трехфазной рудно-термической печи с шестью электродами, расположенными в линию.

Изобретение относится к области электрометаллургии, где применяются электропечи для выплавки высококремнистых, карбидных и тугоплавких материалов. Рудно-термическая электропечь содержит: трансформатор с выводами и вводами низкого напряжения (НН), соединенными токоподводами с электроконтактным зажимом реверсивно-подвижного электрода и наружной электроконтактной клеммой подового электрода, с расположенной сверху подового электрода углеродистой токопроводящей подины футерованной ванны печи, установленной в герметичный металлический кожух и закрытой сводом.

Изобретение относится к электротермии. В способе определения электрического параметра, характеризующего состояние подэлектродного пространства трехфазной трехэлектродной руднотермической печи, в качестве электрического параметра определяют собственный разностно-потенциальный коэффициент ванны на участках «электрод-подина» для каждого из электродов, для чего последовательно к каждому электроду подключают управляемый источник питания измеряющей частоты, отличной от рабочей частоты источника питания печи, к выводу подины печи и нулевому выводу вторичных обмоток печного трансформатора подключают фильтр, прозрачный для тока измеряющей частоты и непрозрачный для тока рабочей частоты, оставляют неизменными амплитуду и фазу ЭДС источника питания измеряющей частоты электрода, для которого определяют собственный РПК ванны, изменяют амплитуды и фазы ЭДС источников измеряющей частоты двух других электродов так, чтобы сумма действующих значений токов измеряющей частоты в них была равна нулю, измеряют ток в этом электроде, активную мощность, выделяющуюся на участке «электрод-подина» на измеряющей частоте, и вычисляют собственный разностно-потенциальный коэффициент участка ванны «электрод-подина» для этого электрода по определенной формуле.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для установки дополнительной реактивности трансформатора электродуговой печи. Технический результат состоит в упрощении и повышении точности установки реактивности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам управления работой электрических печей для получения легированного (циркониевого) корунда. .

Изобретение относится к трансформаторной системе (1) для дуговой электропечи (2) с тремя электродами (202), причем трансформаторная система (1) содержит по меньшей мере два трехфазных трансформатора (100).

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления комбинированными источниками реактивной мощности, построенными на основе статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение надежности защиты от перенапряжений.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Технический результат состоит в повышении надежности, улучшении условий эксплуатации и упрощении технического обслуживания.

Использование: в области электротехники для питания удаленных потребителей электрической энергии, например буровых установок в нефтегазодобывающем комплексе. Технический результат – повышение эффективности и надежности электроснабжения по ЛЭП переменного тока с большими величинами активного и индуктивного сопротивлений потребителей электрической энергии, расположенных на большом расстоянии от источника трехфазного переменного напряжения промышленной частоты с одновременным повышением энергетических показателей и качества электрической энергии в системе электроснабжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в составе устройств автоматической настройки статических и плунжерных дугогасящих реакторов (ДГР) в электрических сетях с изолированной и компенсированной нейтралью, а также в сетях с комбинированным режимом заземления и в устройствах для работы в сетях с пониженной добротностью и параллельным соединением нескольких ДГР.

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено на электрических подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения, на которых для регулирования напряжения подводимых воздушных линий электропередачи (ВЛ) требуется компенсация реактивной мощности и стоит задача плавки гололеда на проводах и тросах ВЛ в сезон гололедообразования.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ.

Область использования: изобретение относится к защите электрических линий от аварий, а именно к автоматической компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с нейтралью, заземленной через регулируемый дугогасящий реактор, а также в сетях с комбинированным заземлением нейтрали с аналогичным дугогасящим реактором, при этом изобретение может быть использовано для автоматической настройки индуктивности дугогасящего реактора фазовым методом в резонанс с емкостью распределительной сети и для компенсации естественной несимметрии сети в штатном режиме работы сети.

Область использования: изобретение относится к защите электрических линий от аварий, а именно к автоматической компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с нейтралью, заземленной через регулируемый дугогасящий реактор, а также в сетях с комбинированным заземлением нейтрали с аналогичным дугогасящим реактором, при этом изобретение может быть использовано для автоматической настройки индуктивности дугогасящего реактора фазовым методом в резонанс с емкостью распределительной сети и для компенсации естественной несимметрии сети в штатном режиме работы сети.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности настройки дугогасящих реакторов (ДГР), достоверности результата измерений и расширение области применения.

Изобретение относится к электрометаллургии и решает задачу управления режимом работы печного агрегата, содержащего два источника нагрева: сопротивлением и дугой постоянного тока.
Наверх