Автоматический регулятор электрического режима трехфазной дуговой электропечи Советский патент 1983 года по МПК H05B7/148 F27D19/00 

Изобретение относится к электротермии и может быть применено при регулировании электрического режима дуговых печей.

Известно устройство, содержащее датчики тока и напряжения, элемент сравнения, полупроводниковый усилитель, силовой тиристорный преобразователь, исполнительный электродвигатель, узлы обратной связи по напряжению и току исполнительного электродвигателя 1.

Однако данное устройство не обеспечивает стабильного электрического режима в процессе плавки из-за взаимного влияния фаз на работу фазных регуляторов.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является регулятор электрического режима трехфазной дуговой электропечи, содержащий в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига тока дуги и фазного напряжения 2.

При возмущениях в одной из фах в здоровой фазе происходит либо повышение фазного напряжения, либо понижение его, при этом знаки отклонения рабочего тока и фазного напряжения будут одинаковы, устройство выключает на это время фазный регулятор из работы; применено логическое устройство, которое сравнивает знаки отклонения сигналов тока и напряжения и дает команду на выключение регулятора невозмушенной фазы.

Указанное устройство позволяет исключить ложные отработки здоровых фаз при возмущениях в соседней фазе, но это, в свою очередь, приводит к обрыву дуг в процессе расплава. Практически возмущения в работе регуляторов имеют место только в период расплава, который по продолжительности занимает 70% времени плавки. В период расплава происходит проплавление колодцев, при этом подача электродов должна осуществляться непрерывно. Возмущения же вызваны, к правило, обвалом оплавляющейся щихты, вызывая технологическое короткое замыкание или близкий к нему режим. В этом случае и происходит повышение напряжения в здоровых фазах. Во время- отработки регулятора возмущенной фазы регуляторы здоровых фаз выключены из работы и подача электродов вниз прекращена, за это время, за счет расплавнения шихты под электродами, дуги удлиняются до недопустимой длины, а так как после повышения напряжения неппминуемо последует его понижение, регуляторы также бездействуют, то дуги невозмущенных фаз обрываются.

Обрывы дуг прекратятся только тогда, когда под электродами появится зеркало

расплавленного металла, но в это время практически прекратятся и возмущения.

На печах большой емкости, имеющих инерционную систему перемещения электродов, процесс зажигания дуг занимает значительное время и связан с раскачкой шинопроводов короткой сети и электрода. Все это удлиняет время расплава и время плавки в целом. Кроме того, указанное устройство осуществляет регулирование по току

0 и напряжению. Такие регуляторы из-за большого количества выбросов тока (до трех выбросов в секунду) и запаздывания системы перемещения электрода (инерционность, люфты) часто работают невпопад, т. е. расстраивается синхронность регулирования и как результат - рвется дуга или в лучшем случае расстраивается нормальный процесс регулирования.

Таким образом, недостатком указанного устройства является низкое качество регулирования, вызванное обрывом дуг и нарушение синхронности регулирования в процессе расплава.

Цель изобретения - повышение качества регулирования дуговой трехфазной электропечи за счет исключения влияния тока дуги на работу фазных регуляторов и исключения обрыва дуг в процессе расплава.

Для достижения этой цели в автоматическом регуляторе электрического режима трехфазной дуговой электропечи, содержащем в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, выход датчика угла подключен к третьему входу блока сравнения через блок вычисления квадрата косинуса этого угла, а к управляющему входу датчика тока дугги - через блок вычисления квадрата сину0 са этого угла.

На фиг. 1 изображена блок-схема одной фазы предлагаемого регулятора; на фиг. 2 - схема замещения; на фиг. 3 - круговая диаграмма.

Регулятор состоит из датчика 1 тока дуги, датчика 2 фазного напряжения, блока сравнения 3, реверсивного усилителя 4, блока 5 управления механизмом перемещения электрода, блока 6 возведения в квадрат косинуса угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, блока 7 возведения в квадрат синуса угла и датчика 8 этого угла. Электрод фазы 9 через короткую сеть 10 подключен к печному трансформатору 11.

Устройство рабоатет следующим образом.

5С блока 6 на блок сравнения подается

сигнал Ufi, пропорциональный ( цепи. Блок 7 корректирует сигнал с датчика тока U-r таким образом, чтобы сумма параметрического и токового сигналов в статическом положении была равна сигналу по напряжению Ufl, поступающему с датчика напряжения.

В статическом положении регулятора на. входе реверсивного усилителя 4 обеспечивается равенство

и -f UT, + UH

О,

где и.- сигнал по току, В;

параметрический сигнал, В, прямо пропорциональный , силовой фазной цепи;

UH- сигнал по напряжению, В.

Регулятор автоматически поддерживает постоянным напряжение на дуге и не реагирует на отклонения тока дуги. Это вытекает из следующего. По схеме замещения одной фазы дуговой трехфазной электропечи.можно записать

и„.-ь Ц

2ф -

Д

КС где и2ф- вторичное фазное напряжение печного трансформатора по отношению к корпусу электропечи; UPC - падение напряжения на индуктивных сопротивлениях короткой сети и электрода (xJ,j;X3); Цц - падение напряжения на активных сопротивлениях дуги, электрода и короткой сети (г, , г,, г) ,Ч-Гкс Соотношение между векторами и2ф, ид, UBC соответствует круговой диаграмме с диа метром полуокружности (cM фиг. 3). Спроектируем векторы Огф, ид, U на направление вектора и„с и„с йд идсо5ч Цгср - Чзф „... изф , U2cp и„с + йд. Подставив в последнее выражение значение проекций, получим и2ф U sincf-h cSincfl, где Xjjc, Хэл - индуктивные сопротивления короткой сети и электрода; 1д - ток дуги. Регулятор, работающий по принципу сравнения сигналов тока и напряжения, поддерживает соотношение К„и2 К,1д, (2) где Кц - коэффициент пропорциональности сигнала по напряжению для

ступени силового трансформато H -fe

ра;

-

номинальное вторичное фазное

и.

2cfm напряжение ступени силового трансформатора по отношению к корпусу электропечи; UHO - исходная величина сигнала по напряжению;

и«о 40-50 В;

т

- коэффициент передачи сигнала по току;

числовое выражение в вольтах сигнала по напряжению;

,1д,- числовое выражение в вольтах сигнала по току;

и- агр тт

К™rfC

дел

т К.

нагртт - сопротивление нагрузки трансформатора тока;

20 К - коэффициент трансформации тока; Клел -коэффициент деления сигнала. Поставляя формулу (Г в формулу (2) (3) получим: КнХ„сМПСГ 1д1-К„и2фС052сг Кт.1д. Чтобы исключить влияние тока дуги на работу регулятора, подбираем1 аким, чтобы произведение было равно первому, слагаемому выражения (3), т.е.: . .lJ KTrK«x int,K ЛнЛкс Чтобы равенство (3) не нарушилось, в правую часть вводим дополнительный сигнал Un, тогда выражение (3) примет вид К„ 14ф Кт1д sin4 1 С4) где Un- параметрический сигнал. Для номинального напряжения любой ступени трансформатора выражение (4) запишетсяКнХкс5тч1д- -Кни2(рнС05 чг -t-Up . Произведение Кци2ф„есть величина постояннаяКнизфн и но При-нимаем Un UHO (5) Равенство (4) примет вид: K x cStncf Гд1-К;н Чгфн ,| : 1д51п2яг- -Ц««к2яг или и„ Кт1д31п с + UnoCOS Cf (7) где UH - сигнал по напряжению . Если UH Кт1д UHO, то равенство (7) имеет место при любом ч. Таким образом, чтобы система регулирования была независима от тока дуги, на блок сравнения 3 должны поступать следующие сигналы. Сигнал по напряжению и„ получается с помощью датчика 2 фазного напряжения известным способом. С переходом на другую ступень силового трансформатора величина сигнала по напряжению не меняется. Для номинального фазного напряжения на любой ступени силового трансформатора 40-50 В. Сигнал по току U,- получается с помощью датчика 1 тока, датчика 8 и блока 7. U K Iдsin2cf К„-Хкс Параметрический сигнал U получается с помощью датчика 8 и блока 6: UH(,. Соотнощение сигналов, поступающих на блок сравнения 3, когда система регулирования находится в состоянии равновесия, т.е. сигнал на входе реверсивного усилителя 4 равен нулю, запишется: и„ UT- + Un U + UT, - и„ О При возмущении в соседней фазе, если фазное напряжение невозмущенной фазы повысилось с 14ф,, ток дуги возрастает, повыщается температура дуги, сопротивление дуги снижается и возрастает угол ч. Анализ по схеме замещения и круговой диаграмме показывает, что сигнал Ujj, станет больще UT, + U,поэтому регулятор произведет отработку вниз и подожмет электрод, до восстановления равенства (8).

J

кс Следовательно, после ликвидации нарушения в соседней фазе дуга не погаснет, так как электрод был в нижнем положении. При возмущении в собственной фазе, например расплавлении щихты под электродом, длина дуги увеличивается, увеличивается Гд, уменьшается угол ч, уменьшается ток дуги 1д и несколько растет UjmРегулятор произведет отработку вниз, поджав электрод. Система регулирования придет к равновесию (6). Следовательно, при возмущении в собственной фазе, например увеличении длины дуги, регулятор поджимает электрод, приводя систему Б исходное положение. При уменьшении длины дуги (например, обвал шихты) фазное напряжение уменьшается. Регулятор отработает на подъем, приведя систему к равновесию (6). При понижении фазного напряжения невозмушенной фазы, (например обрыв дуги в соседней фазе) фазное напряжение понижается до величины Чафи ; (-Ш:).. .°; , smcf . За счет зоны нечувствительности отработка регулятора на растягивание дуги не происходит. Применение предлагаемого устройства исключает обрыв дуг в процесс плавки; стабилизирует процесс регулирования и повышает точность поддержания мощности, вводимой в электропечь, так как сигнал рассогласования определяется напряжением на дуге и cosy силовой фазной цепи: исключено влияние тока дуги на работу фазного регулятора. Кроме того, появляется возможность применения регуляторов, поддерживающих постоянное напряжение на ванне печи.

Икс

3 + эл

fi U3 Ш (p ,

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий в каждой фазе датчики тока дуги и фазного напряжения, выходы которых подключены к двум входам блока сравнения, связанного выходом через реверсивный усилитель с входом блока управления механизмом перемещения электрода фазы, и датчик угла сдвига фаз тока дуги и фазного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования, выход датчика угла подключен к третьему входу блока сравнения через блок вычисления квадрата косинуса этого угла, а к управляющему входу датчика тока дуги - через блок вычисления квадрата синуса этого угла. ю ОС со