СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ МНОГОФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано при автоматическом регулировании мощности многофазных дуговых электропечей.

Известен способ автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, при котором измеряют токи и напряжения в каждый момент времени в каждой фазе, формируют на их основе контролируемый параметр фазы, сравнивают его с заданным и в случае их рассогласования перемещают электрод данной фазы (А.Д. Свенчанский "Автоматическое управление электротермическими установками", М. Энергоатомиздат 1990, с. 280 288).

Недостатком этого способа является низкое качество регулирования, вызванное тем, что возмущение, возникшее под одним из электродов, приводит к ненужным перемещениям электродов других фаз.

Устройство для реализации этого способа содержит для каждой фазы блок формирования контролируемого параметра печи, состоящий из датчика тока и датчика напряжения, и схемы сравнения, которая формирует отклонение контролируемого параметра от заданного. Выход схемы сравнения через реверсивный усилитель подключен на вход блока управления механизмом перемещения электрода. (А. Д. Свенчанский "Автоматическое управление электротермическими установками", М. Энергоатомиздат, 1990, с. 280 288).

Недостатком этого устройства является возникновение ложных перемещений электрода, т. к. данное устройство не определяет возмущений, возникающих вследствие эффекта взаимовлияния фаз.

Из известных способов наиболее близким к изобретению является способ автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, при котором измеряют токи и напряжения в каждый момент времени в каждой фазе, путем сравнения определяют знаки отклонений токов и напряжений от заданных, на основе измеренных токов и напряжений формируют контролируемый параметр фазы, сравнивают его с заданным и в случае их рассогласования при разноименных знаках отклонений измеренных токов и напряжений от заданных перемещают электрод данной фазы (авт.свид. 612423).

Недостатком этого способа автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи является то, что при эксплуатации печи, управляемой по данному способу, возможны нарушения технологического режима работы печи из-за взаимовлияния фаз, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей печи (например снижение производительности, перерасход электроэнергии и т.д.). Это происходит из-за того, что при данном способе необходимо одновременно задавать ток и напряжение фазы, соответствующие заданному значению контролируемого параметра. Однако в процессе работы печи практически невозможно определить, соответствуют ли заданные значения тока и напряжения фазы заданному значению контролируемого параметра в каждый момент времени, так как ток и напряжение фазы являются физически взаимосвязанными величинами, что и приводит в конечном итоге, как указано выше, к нарушению технологического режима работы печи.

Наиболее близким к изобретению является устройство для реализации этого способа автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, которое содержит для каждой фазы печи датчик тока и датчик напряжения, соединенные, соответственно, через блоки задания по току и напряжению со входами блока формирования контролируемого параметра, выход которого соединен с первым входом блока сравнения контролируемого параметра, вторым входом соединенного с блоком задания контролируемого параметра, а выход блока сравнения через реверсивный усилитель соединен с первым входом блока управления механизмом перемещения электрода, второй вход которого соединен с выходом логического блока. (авт.свид. 612423).

Недостатком этого устройства, реализующего вышеописанный способ автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи по авт. свид. 612423, является наличие блоков задания по току и напряжению, делающих практически невозможным задание оптимального электрического режима печи, что приводит к нарушению технологического режима работы и, кроме того, в этом устройстве контролируемый параметр формируется только по одному закону - разности тока и напряжения фазы, что ограничивает применение данного устройства.

Задачей предлагаемого способа автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи является устранение нарушений технологического режима работы печи за счет устранения взаимовлияния фаз, что приводит к улучшению технико-экономических и энергетических показателей печи (например повышению производительности, экономии электроэнергии и т.д.), что осуществляется за счет того, что при каждом новом задании значения контролируемого параметра каждый раз автоматически определяют соответствующие ему значения тока и напряжения фазы.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи измеряют токи и напряжения в каждый момент времени в каждой фазе, путем сравнения определяют знаки отклонений токов и напряжений, на основе измеренных токов и напряжений формируют контролируемый параметр фазы, сравнивают его с заданным и в случае их рассогласования при разноименных знаках отклонений измеренных токов и напряжений перемещают электрод данной фазы, в соответствии с предложением в моменты равенства действительного значения контролируемого параметра фазы с его заданным значением запоминают значения тока и напряжения данной фазы и в дальнейшем в интервалах времени между соседними моментами этого равенства сравнивают измеренные ток и напряжение с соответствующими запомненными.

Тем самым обеспечивают то, что при каждом новом задании значения контролируемого параметра автоматически определяют соответствующие ему значения токов и напряжений, запоминают их в моменты равенства действительного значения контролируемого параметра фазы с его заданным значением и в дальнейшем запомненные значения тока и напряжения используются как эталонные для сравнения с текущими измеряемыми значениями токов и напряжений до установки нового задания значения контролируемого параметра, и тем самым исключаются нарушения технологического режима работы печи, что приводит к улучшению технико-экономических и энергетических показателей (например повышению производительности, экономии электроэнергии и т.д.).

Задачей предлагаемого устройства является устранение указанных недостатков, а именно устранение нарушений технологического режима работы печи и, кроме того, возможность формирования контролируемого параметра по любому закону (например по току фазы, полному сопротивлению фазы и т.д.), а не только по закону разности тока и напряжения фазы, то есть расширение применения предлагаемого устройства.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство, реализующее предлагаемый способ автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, содержит для каждой фазы печи датчик тока и датчик напряжения, соединенные, соответственно, со входами блока формирования контролируемого параметра, выход которого соединен с первым входом блока сравнения контролируемого параметра, вторым входом соединенного с блоком задания контролируемого параметра, а выход блока сравнения через реверсивный усилитель соединен с первым входом блока управления механизмом перемещения электрода, второй вход которого соединен с выходом логического блока, в соответствии с предложением снабжено блоком сравнения по току и блоком сравнения по напряжению, блоком памяти по току и блоком памяти по напряжению, первые входы блоков сравнения по току и напряжению соединены с соответствующими датчиками, вторые входы соответственно с выходами блоков памяти по току и напряжению, а выходы с соответствующими входами логического блока, при этом первые входы блоков памяти по току и напряжению соединены с соответствующими датчиками, вторые с выходом блока сравнения контролируемого параметра с заданным.

За счет такого соединения блоков и введения блоков памяти и сравнения по току и напряжению при каждом новом задании значения контролируемого параметра схема автоматически запоминает соответствующие ему значения тока и напряжения фазы в блоках памяти в моменты равенства действительного значения контролируемого параметра фазы с его заданным значением, а запомненные значения сравниваются в блоках сравнения по току и напряжению с текущими значениями тока и напряжения фазы, что приводит к исключению нарушений технологического режима работы печи (снижение производительности, перерасход электроэнергии и т. д.), вызванных несоответственной установкой заданий по току и напряжению, заданному контролируемому параметру, а кроме того, за счет непосредственного соединения датчиков тока и напряжения с соответствующими входами блока формирования контролируемого параметра и всеми связями и блоками, имеющимися в схеме, устройство обеспечивает возможность формирования контролируемого параметра фазы по любому закону (например полному сопротивлению фазы, току фазы, разности тока и напряжения и т.д.), что позволяет расширить применение предлагаемого устройства.

Функциональная схема предлагаемого устройства для одной фазы печи, реализующего предлагаемый способ регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, приведена на чертеже.

При предлагаемом способе автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи задают величину контролируемого параметра, измеряют токи и напряжения в каждый момент времени в каждой фазе, путем сравнения с эталонными значениями тока и напряжения определяют знак отклонения измеренного тока и знак отклонения измеренного напряжения в каждый момент времени, и одновременно на основе измеренных токов и напряжений формируют текущий контролируемый параметр по требуемому закону, например, по полному сопротивлению фазы, сравнивают текущий контролируемый параметр с заданным и в случае их рассогласования, и если знак отклонения тока и знак отклонения напряжения разноименные перемещают электрод данной фазы в сторону уменьшения рассогласования до равенства нулю.

Если же знаки отклонений тока и напряжения одноименные, перемещение электрода не происходит.

В соответствии с требованиями технологического процесса задают новое значение контролируемого параметра, сравнивают его с текущим значением контролируемого параметра, и процесс регулирования происходит, как выше описано.

Эталонные значения токов и напряжений определяют в каждой фазе следующим образом: в каждый момент времени, когда величина рассогласования текущего контролируемого параметра с заданным равна нулю, измеряют и запоминают значения тока и напряжения фазы, эти запомненные значения тока и напряжения фазы будут соответствовать заданному значению контролируемого параметра, т.е. будут эталонными. Таким образом, при каждом новом задании значения контролируемого параметра запоминают новые соответствующие ему значения тока и напряжения в моменты равенства действительного значения контролируемого параметра фазы с его заданным значением и сравнивают измеряемые в каждый момент времени токи и напряжения с этими вновь запомненными эталонными значениями тока и напряжения. Способ поясняется чертежом.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит для каждой фазы печи 1 датчик 2 тока, датчик 3 напряжения, блок 4 формирования контролируемого параметра, блок 5 сравнения контролируемого параметра с заданным, блок 6 задания контролируемого параметра, реверсивный усилитель 7, блок 8 управления механизмом перемещения электрода 9 (механизм перемещения электрода на чертеже не показан), логический блок 10 сравнения знаков отклонения по току и напряжению, блок 11 памяти по току и блок 12 памяти по напряжению, блок 13 сравнения по току и блок 14 сравнения по напряжению.

В качестве датчика 2 тока применен трансформатор тока, в качестве датчика 3 напряжения применен трансформатор напряжения.

Схемы блоков 4. 7, 11.14 приведены в книге О.В. Слежановского и др. "Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями". Москва, Энергоатомиздат, 1983 г.

В качестве блока 4 формирования контролируемого параметра используется схема ячейки МД-3АИ, с. 182, рис. 5.5.

В качестве блока 5 сравнения контролируемого параметра с заданным и в качестве реверсивного усилителя 7 используется схема ячейки У12-АИ, с. 173, рис. 5.2.

В качестве блока 6 задания контролируемого параметра используется схема ячейки ЗИ-2АИ, с. 169, рис. 5.1.

Датчики тока 2 и напряжения 3 соединены, соответственно, со входами блока 4 формирования контролируемого параметра, который формирует из сигналов, пропорциональных току фазы I_ф и напряжению фазы U_ф, по требуемому закону, а именно по полному сопротивлению фазы, напряжение, пропорциональное контролируемому параметру. Выход блока 4 формирования контролируемого параметра соединен с первым входом блока 5 сравнения контролируемого параметра, вторым входом соединенного с блоком 6 задания контролируемого параметра, а выход блока 5 сравнения контролируемого параметра через реверсивный усилитель 7 соединен с первым входом блока 8 управления механизмом перемещения электрода 9, второй вход блока 8 соединен с выходом логического блока 10, входы которого соединены с выходами блоков 13 и 14 сравнения по току и напряжению, соответственно.

Датчик 2 соединен с первым входом блока 11 и первым входом блока 13. Датчик 3 соединен с первым входом блока 12 и с первым входом блока 14.

Вторые входы блоков 13 и 14 сравнения по току и напряжению соединены, соответственно, с выходами блоков 11 и 12 памяти по току и напряжению.

А вторые входы блоков 11 и 12 памяти по току и напряжению соединены с выходом блока 5 сравнения контролируемого параметра.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Сигнал, пропорциональный току фазы I_ф, поступает с датчика 2 тока на первый вход блока 4. На второй вход блока 4 поступает сигнал с датчика 3 напряжения, пропорциональный напряжению фазы U_ф. В блоке 4 из сигналов, пропорциональных току и напряжению фазы, формируется напряжение U_кп по полному сопротивлению фазы.

Напряжение U_кп, пропорциональное текущему контролируемому параметру, с выхода блока 4 формирования контролируемого параметра поступает на первый вход блока 5 сравнения, где происходит сравнение с напряжением задания U_з, поступающим с блока 6 задания контролируемого параметра на второй вход блока 5 сравнения.

Сигнал рассогласования (U_кп U_з) усиливается усилителем 7, подключенным к выходу блока 5 сравнения. Усиленный сигнал рассогласования поступает на первый вход блока 8 управления механизмом перемещения электрода 9. По сигналу рассогласования в блоке 8 формируется команда на перемещение электрода, но только в том случае, когда на второй его вход не поступает сигнал запрета перемещения электрода 9 с выхода логического блока 10. Сигнал запрета формируется следующим образом: с выхода датчика 2 тока сигнал, пропорциональный току фазы I_ф, поступает на первый вход блока 11 памяти по току, на второй вход этого блока поступает сигнал с выхода блока 5 сравнения, который разрешает запоминание значения сигнала, пропорционального току фазы в моменты равенства нулю величины рассогласования (U_кп - U_з), т.е. при равенстве значений сигналов, поступающих с блока задания и блока формирования контролируемого параметра.

Запомненный сигнал с выхода блока 11 памяти поступает на второй вход блока 13 сравнения по току, где сравнивается с сигналом с датчика 2 тока, поступающим на первый вход блока 13 сравнения по току в каждый момент времени.

Аналогично с датчика 3 напряжения сигнал, пропорциональный напряжению фазы U_ф, поступает на первый вход блока 12 памяти по напряжению, на второй вход блока 12 поступает сигнал (U_кп U_з) с выхода блока 5 сравнения, который разрешает запоминание значения сигнала, пропорционального напряжению фазы, в моменты равенства нулю величины рассогласования (U_кп U_з). Запомненный сигнал (эталонный) с выхода блока 12 памяти по напряжению поступает на второй вход блока 14 сравнения по напряжению, где сравнивается с сигналом, поступающим с датчика 3 напряжения на первый вход блока 14.

Полученные таким образом сигналы отклонений по току и напряжению с выходов блоков 13 и 14 сравнения поступают на соответствующие входы логического блока 10, в котором в зависимости от знаков поступающих сигналов формируется сигнал запрета или разрешения перемещения электрода 9, который поступает на второй вход блока 8.

Если знак сигнала, поступающего с выхода блока 13, одинаков со знаком сигнала, поступающего с выхода блока 14, то в логическом блоке 10 формируется сигнал запрета перемещения электрода 9, а если знаки сигналов разноименные, то перемещение электрода 9 разрешается.

В соответствии с требованиями технологического процесса задаются новые значения контролируемого параметра и в последующие моменты времени, когда величина рассогласования текущего контролируемого параметра и вновь заданного будет равна нулю, сигналом с выхода блока 5, поступающим на вторые входы блоков 11 и 12, разрешается запоминание новых эталонных значений тока и напряжения, и знаки отклонений текущих измеренных значений тока и напряжения фазы будут определяться уже относительно этих новых запомненных значений тока и напряжения, и в зависимости от знаков поступающих сигналов вновь формируются сигналы, запрещающие или разрешающие перемещение электрода и т.д.

В предлагаемом устройстве может быть применен блок 4 формирования контролируемого параметра, который формирует на выходе напряжение, пропорциональное контролируемому параметру по любому закону (по току фазы, по полному сопротивлению фазы и т.д.).

Тем самым способ автоматического регулирования мощности многофазных дуговых электропечей, осуществляемый предложенным устройством, сочетает в себе следующие положительные свойства: исключает возможные нарушения технологического режима работы печи за счет автоматического определения тока и напряжения фазы, соответствующих заданному значению контролируемого параметра, устраняет действие эффекта взаимовлияния фаз, что в конечном итоге приводит к улучшению технико-экономических и энергетических показателей работы печи, а, кроме того, устройство, реализующее предлагаемый способ, позволяет расширить применение способа за счет возможности формирования контролируемого параметра по любому закону.

Существо изобретения: в предлагаемом способе автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи измеряют токи и напряжения в каждый момент времени в каждой фазе, путем сравнения определяют знаки отклонений токов и напряжений, на основе измеренных токов и напряжений формируют контролируемый параметр фазы, сравнивают его с заданным и в случае их рассогласования, при разноименных знаках отклонений измеренных токов и напряжений, перемещают электрод данной фазы, в соответствии с предложением в моменты равенства действительного значения контролируемого параметра фазы и его заданного значения запоминают значения тока и напряжения данной фазы и в дальнейшем в интервалах времени между соседними моментами этого равенства сравнивают измеренные ток и напряжение с соответствующими запомненными. Для реализации способа предлагается устройство, которое обеспечивает возможность формирования контролируемого параметра фазы по любому закону, например, полному сопротивлению фазы, току фазы, разности тока и напряжения. 2 с.п. ф. 1 ил.

1. Способ автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, при котором непрерывно измеряют ток и напряжение в каждой фазе, путем сравнения с заданными значениями определяют знаки отклонений тока и напряжения, на основе измеренных тока и напряжения формируют контролируемый параметр фазы, сравнивают его с заданным и в случае их рассогласования при разноименных знаках отклонений измеренных значений тока и напряжения от соответствующих заданных значений перемещают электрод данной фазы, отличающийся тем, что в моменты равенства действительного значения контролируемого параметра фазы его заданному значению запоминают значения тока и напряжения данной фазы и используют эти значения в качестве заданных в интервалах времени между соседними моментами этого равенства. 2. Устройство для автоматического регулирования мощности многофазной дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы печи датчик тока и датчик напряжения, соединенные соответственно с входами блока формирования контролируемого параметра, выход которого соединен с первым входом блока сравнения контролируемого параметра, вторым входом соединенного с блоком задания контролируемого параметра, а выход блока сравнения контролируемого параметра через реверсивный усилитель соединен с первым входом блока управления механизмом перемещения электрода, второй вход которого соединен с выходом логического блока сравнения знаков отклонения тока напряжения, отличающееся тем, что оно снабжено блоком сравнения по току и блоком сравнения по напряжению, блоком памяти по току и блоком памяти по напряжению, первые входы блоков сравнения по току и напряжению соединены с соответствующими датчиками, вторые входы соответственно с выходами блоков памяти по току и напряжению, а выход с соответствующими входами логического блока сравнения знаков отклонения по току и напряжению, при этом первые входы блоков памяти по току и напряжению соединены с соответствующими датчиками, вторые с выходом блока сравнения контролируемого параметра с заданным.