УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ Российский патент 1995 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротермии и может использоваться в черной и цветной металлургии.

Известно устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи, регулирование в котором производится по сигналу, пропорциональному току дуги.

Недостаток этого устройства заключается в том, что между током дуги и дуговым промежутком (длиной между электродом и металлом) отсутствует строгая зависимость, что не позволяет формировать достаточно точный управляющий сигнал, который бы позволил приводу с достаточной точностью реагировать на отклонения регулируемого параметра, тем самым уменьшается быстродействие регулятора.

Цель изобретения повышение точности регулирования за счет введения контура регулирования по положению.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее вычитатель, первый вход которого соединен с выходом блока задания, а второй с выходом датчика тока дуги, регулятор, выход которого соединен с входом привода, связанного с электродом, и датчик скорости перемещения электрода, введены дифференциатор и два делителя, при этом выход датчика тока соединен с входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости перемещения электрода, а выход с вторым входом второго делителя, соединенного первым входом с выходом вычитателя, а выходом с входом регулятора.

Для тока дуги справедлива следующая зависимость:
Δl + r где I ток электрической дуги;
l расстояние между электродом и металлом;
ΔI ошибка регулирования по току;
Δl расстояние, на которое требуется переместить электрод, чтобы изменить ток дуги на величину, равную ошибки регулирования по току.

Введенные элементы позволяют определить требуемое расстояние, на которое требуется переместить электрод, чтобы ликвидировать ошибку регулирования по току. Внутренний контур регулирования положения электрода позволяет сформировать более точную зависимость между регулирующим сигналом и реакцией на нее электрода. Существует большой класс регуляторов положения, у которых исполнительным органом является электропривод или гидропривод. Изобретение позволяет использовать в качестве регулятора электрической дуги уже существующие регуляторы положения, что существенно повысит точность системы регулирования тока электрической дуги. Введенный контур регулирования положения электрода повысит надежность системы регулирования.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для регулирования электрической дуги; на фиг. 2 показаны диаграммы выходных сигналов входящих в устройство элементов.

На первый вход вычитателя 1 подается сигнал задания тока электрической дуги. Выход вычитателя 1 подключен к входу второго делителя 5, выход которого подключен к входу регулятора 2. Выход регулятора подключен к входу привода 3, соединенного с электродом 4. Выход электрода подключен через электрическую дугу к металлу, плавящемуся в печи. Датчик 9 тока электрической дуги подключен к второму входу вычитателя 1 и входу введенного дифференциатора 7, выход которого подключен к первому входу первого делителя 6. Выход датчика 8 скорости перемещения электрода подключен к второму входу делителя 6. Выход делителя 6 подключен к второму входу второго делителя 5.

Вычитатель 1 вычитает из сигнала задания сигнал обратной связи по току. Сигнал ошибки рассогласования по току с выхода вычитателя 1 поступает на первый вход делителя 5. Введенные делители 5 и 6 делят сигнал с первого своего входа на сигнал с второго своего входа. Датчик 9 тока формирует сигнал, пропорциональный величине тока, протекающей через электрод. Дифференциатор 7 находит производную тока по времени. Датчик 8 скорости перемещения электрода формирует сигнал, пропорциональный величине тока, протекающей через электрод. Дифференциатор 7 находит производную тока по времени. Датчик 8 скорости перемещения электрода формирует сигнал, величина которого пропорциональна скорости перемещения электрода. Регулятор 2 формирует управляющий сигнал по пропорциональному и релейному закону. В качестве регулятора 2 можно использовать системы регулирования положения. Привод 3 может быть электрическим или гидравлическим.

Производная длины дуги по току имеет вид
+ r где r и Х приведенные к вторичному напряжению индуктивное и активное сопротивления печной установки;
β напряженность поля столба дуги;
U питающее напряжение.

Тогда
Δl + r
Сигнал с выхода первого делителя 6
U₆= где К коэффициент приближенного перевода величины токового сигнала в сигнал длины дуги K
До момента включения системы регулирования выходные сигналы дифференциатора и датчика скорости перемещения электрода равны нулю. Сигнал на выходе первого делителя равен приближенному коэффициенту пропорциональности между значениями тока дуги и длины дуги.

В момент включения регулятора на его вход поступает сигнал, соответствующий ошибке регулирования длины дуги, найденный приближенно. С выхода регулятора поступает сигнал, который, воздействуя на исполнительный орган, перемещает электрод. При этом выходные сигналы дифференциатора и датчика скорости перемещения электрода отличны от нуля. Первый делитель определяет соотношение (частное от деления) скорости изменения тока и скорости изменения электрода. На выходе второго делителя получается сигнал ошибки регулирования длины дуги, найденный с учетом текущего значения параметров дуги, что позволяет повысить точность регулирования. Регулятор изменяет положение электрода до исчезновения сигнала ошибки регулирования по току. При изменении сигнала задания или других возмущающих воздействиях на ток появляется ошибка регулирования по положению.

Таким образом, цель достигнута, заявляемое устройство позволяет получить (вычислить) сигнал ошибки по положению и ввести дополнительный контур регулирования по положению. Регулирование положения приводом в любой момент режима плавки по функциональной зависимости между изменением тока и изменением длиной дуги, по функциональной зависимости между изменением положения (перемещением) электрода и сигналом регулирующего воздействия, учитывающей механические свойства привода, позволяет повысить коэффициент усиления регулятора, сохраняя одинаковый запас устойчивости системы в разных периодах плавки. Этого раньше добиться было не возможно, так как в разных режимах плавки при одном и том же регулирующем воздействии (одном и том же изменении длины дуги) будут разные изменения тока, следовательно, при одном и том же регулирующем воздействии запас устойчивости регулирования будет разным. Кроме того, регулирование по положению позволяет учитывать характеристики самого привода (механику и т.д.), что обеспечивает возможность повышения точности регулирования.

Экономический эффект достигается за счет снижения времени плавки. При этом происходит экономия электроэнергии и более качественная плавка, уменьшение процента брака.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, включающее вычитатель, блок регулирования, привод, электрод, датчик тока и датчик скорости перемещения электрода, введены первый и второй делители и дифференциатор. Выход датчика тока подключен через дифференциатор к первому входу первого делителя. Выход датчика скорости перемещения электрода подключен к второму входу первого делителя, выход которого подключен к второму входу второго делителя. Выход вычитателя подключен к первому входу второго делителя, выход которого подключен к входу регулятора. Введенные элементы позволяют на вход блока регулирования подать сигнал, величина которого равна величине ошибки регулирования длины дуги. Это позволяет коэффициент усиления регулятора увеличить и учитывать характеристики самого привода, обеспечивая тем самым более высокую точность регулирования. Экономический эффект достигается за счет уменьшения времени плавки. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ, содержащее вычитатель, первый вход которого соединен с выходом блока задания, второй с выходом датчика тока дуги, регулятор, выход которого соединен с входом привода, связанного с электродом, и датчик скорости перемещения электрода, отличающееся тем, что в него введены дифференциатор и два делителя, выход датчика тока соединен с входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости перемещения электрода, а выход с вторым входом второго делителя, соединенного первым входом с выходом вычитателя, а выходом с входом регулятора.