УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2011 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами.

Известно, что в процессе плавки металла в дуговой сталеплавильной печи изменяется сопротивление шихты R_X и другие параметры силовой цепи, что приводит к увеличению колебательности силового тока. Это приводит к увеличению времени плавки и снижению энергоэффективности печи. Одним из важнейших свойств, которым должна обладать система управления, является малая чувствительность к изменяющимся параметрам.

Известно устройство (см. заявка на изобретение РФ №95112317. - Опубл. 27.07.1996), содержащее адаптивный блок 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. Недостатком данного устройства является многокритериальность адаптации (к сигналу с блока сравнения и к сигналу с блока автоматического задания), что может привести к неоднозначности решения поставленной задачи.

Наиболее близким техническим решением является устройство для регулирования электрической дуги (см. патент РФ №2046555. - Опубл. 20.10.1995), содержащее вычитатель, датчик тока дуги, регулятор, привод, электрод, датчик скорости перемещения электрода, дифференциатор, первый и второй делители. Недостатком данного устройства является наличие в схеме управления делителей, т.к. при процессах с низкой скоростью изменения регулируемых параметров деление малых величин может негативно сказаться на качестве регулирования.

Общим признаком прототипа и предлагаемого решения является наличие датчика тока, датчика скорости перемещения электрода, устройства суммирования, регулятора, привода.

Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам процесса плавки и, как следствие, повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема устройства для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, на фиг.2 приведены диаграммы функций чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменению R_X.

Устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи содержит блок 1 задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу сумматора 2, к отрицательному входу которого подключен выход датчика 3 силового тока. Выход сумматора 2 подключен к входу регулятора 4, выход которого подключен ко входу привода 5 перемещения электрода. Выход привода 5 перемещения электрода подключен ко входу датчика 6 скорости перемещения электрода, выход которого подключен ко входу звена 7, характеризующего модель объекта управления. Выход звена 7 подключен к отрицательному входу сумматора 2.

Устройство работает следующим образом. Сигналы с блока 1 задания силового тока и датчика 3 силового тока поступают в сумматор 2, сигнал рассогласования на выходе сумматора 2 воздействует на регулятор 4, выходной сигнал регулятора 4, воздействуя на привод 5 перемещения электрода, приводит к перемещению l_X электрода. Для снижения чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам в структуру системы управления введена обратная связь по скорости, содержащая датчик 6 скорости, выход которого подключен ко входу звена 7, характеризующего модель объекта управления, выход которого подключен к отрицательному входу сумматора 2.

Передаточная функция звена 7, характеризующего модель объекта управления, имеет вид

где β - градиент потенциала в столбе дуги;

К_ОСТ - коэффициент обратной связи по току;

- постоянная времени контура силового тока дуговой сталеплавильной печи;

L_X, R_X - суммарные индуктивность и сопротивление контура силового тока дуговой сталеплавильной печи.

р - оператор Лапласа

Известно [1], что при определении функции чувствительности значение изменяемого параметра принимается номинальным. При этом условии функции чувствительности к изменению R_X для систем без обратной связи по скорости и с предлагаемой обратной связью по скорости имеют вид соответственно,

где S_O - чувствительность системы к объекту управления;

- чувствительность объекта управления к параметру R_X.

Сравнение различных систем по функциям чувствительности можно провести по виду переходных процессов этих функций или использовать квадратичную интегральную оценку [2].

По известной методике [2] квадратичные интегральные оценки функций S_O и имеют вид

Отмечается [3], что значение T_C составляет тысячные доли секунды, поэтому

Результаты моделирования по выражениям функций чувствительности (1, 2) приведены на фиг.2, где пунктирная линия - график функции чувствительности для системы без обратной связи по скорости, сплошная линия - график функции чувствительности для системы с предлагаемой обратной связью по скорости.

Достигаемый технико-экономический эффект обусловлен снижением чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменению параметра R_X, за счет введения обратной связи по скорости, что повышает стабильность режимов работы, уменьшает уровень пульсации силового тока, в результате чего снижаются потери электроэнергии.

Литература

1. Дорф Р. Современные системы управления. / Р.Дорф, Р.Бишоп. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

2. Бессекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования. / В.А.Бессекерский, Е.П.Попов. - М.: Наука, 1966. - 992 с.

3. Миронов Ю.М. Передаточные функции электрической цепи электрометаллургической печи как элемента системы управления. / Ю.М.Миронов // Электричество. - 1978. - №8. - С.88-91.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами. Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам процесса плавки и, как следствие, повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии. Предлагаемое устройство содержит блок (1) задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу сумматора (2), к отрицательному входу которого подключен выход датчика (3) силового тока. Выход сумматора (2) подключен к входу регулятора (4), выход которого подключен ко входу привода (5) перемещения электрода. Выход привода (5) перемещения электрода подключен к входу датчика (6) скорости перемещения электрода, выход которого подключен ко входу звена (7), характеризующего модель объекта управления. Выход звена (7) подключен к отрицательному входу сумматора 2. 2 ил.

Устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, содержащее датчик силового тока, датчик скорости перемещения электрода, устройство суммирования, регулятор, привод перемещения электрода, отличающееся тем, что выход датчика силового тока подключен к отрицательному входу сумматора, к положительному входу которого подключен выход блока задания силового тока, выход сумматора подключен ко входу регулятора, выход которого подключен ко входу привода перемещения электрода, выход привода перемещения электрода подключен ко входу датчика скорости перемещения электрода, выход которого подключен ко входу звена, характеризующего модель объекта управления, выход звена, характеризующего модель объекта управления, подключен к отрицательному входу сумматора.