УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ Российский патент 1997 года по МПК H05B7/148 F27D19/00 

Изобретение относится к электротермии, конкретно к управлению электрическим режимом дуговой электропечи.

Известны устройства регулирования электрического режима дуговых электропечей [1 и 2] содержащие для каждой фазы датчика тока и напряжения, блок задания мощности, блок сравнения, выход которого через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи с заземленной подиной [3] содержащее для каждой фазы блок измерения управляющего напряжения дуги, входы которого соединены с датчиком тока, датчиком фазного напряжения и датчиками первой производной тока дуги по времени двух других фаз, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом адаптивного блока автоматического задания режима, выполненного в виде трехфазного выпрямителя, три входа которого соединены с выводами фаз печного трансформатора, а выход с первым входом усилителя задания, второй вход которого соединен с выходом программного блока управления электрическим режимом, а третий вход с датчиком тока, а выход адаптивного блока автоматического задания режима подключен к дополнительному входу блока сравнения, выход которого через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода, блок определения стадии плавления шихты, вход которого соединен с датчиком фазного напряжения, а выход через программный блок управления с переключателем ступеней напряжения печного трансформатора.

Недостатком известных устройств является то, что они не обеспечивают необходимого качества регулирования мощности, вводимой в печь. Динамические характеристики дуговой сталеплавильной печи как объекта регулирования зависят от многих факторов и существенно изменяются в процессе плавки. Известные устройства управления электрическим режимом не обеспечивают требуемого уровня качества регулирования.

Анализ качества регулирования активной мощности на дуговых сталеплавильных печах различной емкости и регуляторами мощности с электромеханическим и гидравлическим приводами показал, что коэффициент использования максимальной активной мощности ≅0,7. Низкий коэффициент использования максимальной активной мощности объясняется тем, что при разборке известных устройств управления электрическим режимом не учитывались специфические свойства дуговых сталеплавильных печей как объектов регулирования. Так, например, для обеспечения устойчивости системы в регуляторы мощности вводится зона нечувствительности 3-10% Другим обычным способом стабилизации режима в известных устройствах является снижение быстродействия системы. Такие способы стабилизации режима малоэффективны, что снижает коэффициент использования максимальной активной мощности.

Целью данного изобретения является повышение качества регулирования во всем диапазоне изменения вторичного напряжения печного трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы блок измерения управляющего напряжения дуги, входы которого соединены с датчиком тока, датчиком фазного напряжения и датчиками первой производной тока дуги по времени двух других фаз, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом адаптивного блока автоматического задания режима, выполненного в виде трехфазного выпрямителя, три входа которого соединены с выводами фаз печного трансформатора, а выход с первым входом усилителя задания, второй вход которого соединен с выходом программного блока управления электрическим режимом, а третий выход с датчиком тока, а выход адаптивного блока автоматического задания режима подключен к дополнительному входу блока сравнения, выход которого через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода, блок определения стадии плавления шихты, в ход которого соединен с датчиком фазного напряжения, а выход через программный блок управления с переключателем ступеней напряжения печного трансформатора, снабжено для каждой фазы адаптивным блоком изменения коэффициента усиления, один вход которого подсоединен к выходу блока сравнения, а второй вход соединен с выходом трехфазного выпрямителя адаптивного блока автоматического задания режима, а выход через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электродов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для одной фазы; на фиг. 2 - схема адаптивного блока изменения коэффициента усиления; на фиг. 3 - характеристики изменения коэффициента усиления в зависимости от изменения вторичного напряжения электропечного трансформатора.

Устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи содержит датчик 1 тока первой фазы; датчики 2, 3 первой производной токов второй и третьей фаз по времени; датчик 4 фазного напряжения; блок 5 измерения управляющего напряжения дуги; адаптивный блок 6 автоматического задания режима; блок сравнения 7; адаптивный блок 8 изменения коэффициента усиления; силовой усилитель 9; исполнительный механизм 10 перемещения электрода 11; блок 12 определения стадии плавления шихты; программный блок 13 управления электрическим режимом; переключатель 14 ступеней напряжения печного трансформатора 15.

Адаптивный блок 6 автоматического задания режима состоит из трехфазного выпрямителя 16 и усилителя задания 17.

Адаптивный блок 8 изменения коэффициента усиления фиг. 2 состоит из двух одноквадратных регулируемых диодных преобразователей, которые в сочетании с усилителем A₁ позволяют получить нелинейную зависимость.

Принцип действия преобразователя основан на аппроксимации заданной монотонной нелинейной функции отрезками ломанной линии за счет изменения коэффициента передачи усилителя селективным подключением диодно-резисторных цепочек во входную цепь.

Реализация нелинейности осуществляется на цепочках, построенных на диодах D₁-D₈ и сопротивлениях R₁₁- R₁₄, R₁₉-R₂₂. Сопротивления R₁-R₈, R₂₄-R₃₂ образуют цепь опорного напряжения. Опорное напряжение пропорционально вторичному напряжению электропечного трансформатора и подводится от трехфазного выпрямителя 16, соответствующих знаков.

Наличие переменных резисторов в цепи опорного напряжения и в цепочках селективного подключения позволяет построить нелинейности различного вида и крутизны, обеспечивающие заданное качество регулирования во всем диапазоне изменения управляющего сигнала.

В зависимости от уровня сигнала рассогласования с выхода блока сравнения 7 изменяется коэффициент усиления адаптивного блока 8. Максимальный коэффициент усиления устанавливают при значениях, соответствующих короткому замыканию электрода. Тем самым, при обвалах шихты электрод перемещается вверх в форсированном режиме, что позволяет сократить время отработки возмущающего воздействия. В рабочем диапазоне при горении дуги устанавливают коэффициенты усиления, обеспечивающие заданное качество управления системы для всех уровней сигнала рассогласования.

В процессе плавки может изменяться вторичное напряжение трансформатора, например переключением ступеней напряжения, или может иметь место посадка напряжения в зависимости от изменения нагрузки. Например, при плавлении шихты, когда программный блок 13 управления электрическим режимом выдал команду на переключение ступени напряжения печного трансформатора 15, вторичное напряжение понизилось. Уровень сигнала с выхода трехфазного выпрямителя 16 снизился пропорционально вторичному напряжению печного трансформатора, изменив уставки адаптивного блока 8. При этом пропорционально снижению вторичного напряжения печного трансформатора повысился коэффициент усиления адаптивного блока 8, например позиция 2 фиг. 3. Тем самым обеспечивается заданная динамика системы управления независимо от изменения вторичного напряжения электропечного трансформатора.

Длительные промышленные испытания на стотонной дуговой сталеплавильной печи показали высокое качество регулирования мощности системой. Например, статический анализ периода расплавления показал, что дисперсия активной мощности, вводимой в печь, составила 6,9 МВт², среднеквадратичное отклонение 2,6 МВт, коэффициент вариации 7,4% коэффициент использования максимальной активной мощности 0,94. При этом удельный расход электроэнергии на плавку снизился на 25-50 кВтч/т.

Существо изобретения: устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи снабжено адаптивным блоком изменения коэффициента усиления, один вход которого подсоединен к выходу блока сравнения, а второй вход соединен с выходом трехфазного выпрямителя адаптивного блока автоматического задания режима, а выход через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электродов. При эксплуатации предлагаемого устройства статический анализ периода расплавления показал, что дисперсия активной мощности, вводимой в печь, составила 6,9 МВт², среднеквадратичное отклонение - 2,6 МВт, коэффициент вариации - 7,4%, коэффициент использования максимальной активной мощности - 0,94. При этом удельный расход электроэнергии на плавку снизился на 25-50 кВч/т. 3 ил.

Устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы блок измерения управляющего напряжения дуги, входы которого соединены с датчиками тока, датчиком фазного напряжения и датчиками первой производной тока дуги по времени двух других фаз, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока автоматического задания режима, а третий вход с датчиком тока, и силовой усилитель, связанный с исполнительным механизмом перемещения электрода, отличающееся тем, что оно снабжено адаптивным блоком изменения коэффициента усиления, один вход которого подключен к выходу блока сравнения, другой вход соединен с выходом блока автоматического задания режима, а выход с входом силового усилителя.