Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи Советский патент 1983 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к олектротермии и может быть использовано для автоматического регулирования мощности дуговой электрб печи. Известно устройство для автоматического регулирования мощности дуговых электропечей, содерххащее в цепи управления каждой фазы датчик тока дуги, датчик напряжения дуги, блок сравнения, усилитель и исполнительный механизм D. Недостатком данного регулятора является высокая дисперсия тока дуги ввиду того, что эксплуатационные тол ки тока в сторону увеличения от уставки ликвидируются при низком быстродействии (время ликвидации короткого замыкания соста.вляет 1-1,5 с). Наиболее близким к изобретению является регулятор мощности дуговой многофазной электропечи, содержащий для каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и /датчики тока и напряжения дуги, подключенные выходами к входам блока сравнения, выход которого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фа зы 2 . Недостатком этого устройстве является высокая дисперсия тока дуги вследствие большого коэффициента кра ности тока эксплуатационного коротко го замыкания по отношению к номиналь ному вторичному току электрода, орие -тировочно равного 2,0-3,5. Это является следствием того, что величина индуктивности дросселя регулируется ступенчато переключающим устройством одновременно с переключением ступени напряжения печного трансформатора со гласно директивному графику ведения плавки и остается неизменной на данной ступени при всех режимах от холостого хода до короткого замыкания, Для уменьшения токов эксплуатационных коротких замыканий необходимо включить большое индуктивное сопротивление дросселя, что приводит к уменьшению активной мощности, а следовательно, и производительности злектропе ной установки. Цель изобретения - увеличение производительности печи путем повышения быстродействия регулятора. Для достижения этой цели регулято мощности дуговой многофазной электро печи, содержащий-/Тля каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и датчики тока и напряжения дуги., подключенные выходами к входам блока сравнения, выход кото- . рого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фазы, дополнительно снабжен подключенным к управляющему входу дросселя блоком регулирования индуктивного сопротивления дросселя, с входом которого соединен выход блока регулирования тока дуги, к входам которого подключены датчики и задатчики тока дуги. На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного регулятора мощности дуговой электропечи; на фиг, 2 - электрические характеристики дуговой сталеплавильной печи ДСП-50 при использовании в качестве регулятора мощности дуги этой печи предлагаемого устройства; на фиг. 3 то же, с постоянной индуктивностью электропечной установки с регулятором известного устройства. На фиг. 2 и 3 приведены зависимости следующих координат электрического режима от значения напряжения на дуге Ц а - ток дуги Ig ; б - мощность, выделяемая.в дугах Pg ; пбтерь , в - мощность электрических РЭ электропечнои установки , мощность установг - активная реактивная мощность установки Q; полная мощность .установки S; коэффициент мощности электропечной установки cosff; электрический коэффициент полезного действия электропечной установки Ч, Регулятор в каждой фазе регулирования содержит датчик тока дуги 1, атчик напряжения дуги 2, выходы котоых соединены с входами блока сравнеия 3, а сигнал с выхода поспеднего оступает на вход усилителя 4. Выход силителя 4 соединен с входом исполительного механизма 5, выходной сигал которого воздействует на положеие электрода. Первый вход блока регуирования тока дуги 6 соединен с выодом задатчика тока дуги 7, а втоой его вход подсоединен к выходу дат3 1 чика тока дуги 1. Выход блока регулирования тока дуги 6 соединен с входом блока 8 регулирования индуктивного сопротивления дросселя, а выход блока 8 - с входом дросселя 9. В предлагаемом регуляторе мощности дуги отработка возмущений электрического режима производится двумя независимыми контурами регулирования. Первый контур регулирования, включающий датчик тока дуги 1, датчик напряжения дуги 2, блок сравнения 3,. усилитель 4 и исполнительный механизм 5 осуществляет отработку возмущений электрического , вызвавщих смещение рабочей точки печи в сторону короткого замыкания или обрыва дуги, путем перемещения электрода в сторону ликвидации возмущения. В этом контуре реализуется дифференциальный закон р(гулирования электрического режима, а в качестве параметра регулирования (Upac) используется разность сигналов пропорциональных току дуги и напряжению дуги, Uoac а t Ub- - где U-соответственно напряжение и ток дуги; -постоянные коэффициенты . определяющие уставку мощности регулятора. Установившемуся режиму работы электро печи, означающему равенство напряжения и тока дуги установленным значёниям (и и, ; Ig lg4cT ). с°ответствует нулевое значение параметра регулирования Upg 0. Этот контур регулирования представляет собой электромеханическую систему и обладает низким быстродействием, ограниченным с одной стороны максимальной ско рЬстью перемещения электрода, опре- деляемой областью устойчивой работы регулятора, а с другой стороны - . максимальным ускорением привода, опре деляемым, механической прочностью электрода и электрододержателя. Помимо инерционности электромеханической системы перемещения электрода, увеличивающей время регулирования, отрицательное влияние на. быстродействие этого контура оказывают запаздывания, возникающие за счет люфтов, зазоров и проскальзываний. Второй контур регулирования, включающий датчик тока дуги 1, блок регулирования тока дуги 6, задатчик тока дуги 7, блок 8 регулирования индуктивного сопротивления дросселя и П4 дроссель 9, осуществляет стзбилизациго тока дуги на уровне 1 j- при возмущениях электрического , вызывающих увеличение тока дуги от ве.личины тока стабилизации т . Величина тока стабилизации задается на выходе задатчикатока дуги 7. Этот контур, представляя собой чисто электрический контур регулирования, обладает высокимбыстродействием (постоянная времени регулирования составляет Tju 0,005-0,01 с) и осуществляет регулирование путем автоматического плавного изменения величины индуктивного сопротивления дросселя 9 в функ ции увеличения тока дуги от заданноToltf ст 1ри отработке возмущений электрического режима в диапазоне частот 0-5 Гц благодаря высокому быстродействию этот контур регулирования является квазистатическим по току дуги, а при отработке возмущений типа, скачка (например, внезапного короткого замыкания) время регулирования составляет О,02-0,. Регулятор устроен следующим образом.. Блок В предназначен для изменения среднего значения индуктивного сопротивления дросселя.9 путем шунтирования на определенную изменяющуюся часть полупериода питающего напряжения дросселя 9 силовыми тиристорами, входя- . щими в состав блока 8. В качестве дросселя 9 может быть использован токоограничивающий дроссель, применяемый в электропечных установках, разделенный, например, на секции с отпайками. Параметры этого дросселя могут быть вычислены, например, по следующим формулам: 1А..СГ . v IA.CT П (1д,)к;(2) Х.г, ( АР -Г - расчетный ток дросселя; где ТАР - индуктивное сопротивление дросселя; идр - расчетное напряжение дросселя ; А.ст ток стабилизации дуги; К - коэффициент трансформации печного трансформатора; и2 - фазное напряжение вторичной обмотки печного трансформатора;Y и X - соответственно активное и индуктивное сопротивление фазы электропечной установ ки; .С - коэффициент учитывающий пр должительность включения (ориентировочно может быть принят равным 0,6-0,7 и уточняется по данным стаг тистической обработки регистрограмм,тока дуги). Выражения (1), (2) и (З) полу чены исходя из упрощенной однофазно схемы замещения электрической цепи печной установки при условии, что активное сопротивление дросселя равн нулю. Каждая секция дросселя шунтирует ся двумя встречно-параллельно включенными тиристорами, входящими в состав блока 8, В качестве тиристоров могут быть использованы, например, тиристоры таблеточной конструкции с повторяющимися напряжением Uftoar равным 2 00-3300 В, и токами 1000630 А, соответственно. Минимальное количество секций N, на которые разд ляется дроссель, можно определить согласно выражению N - . и поет При движении рабочей точки печи от короткого замыкания к.установленному режиму для поддержания постоянного значения тока дуги, равному 1 необходимо изменять значение индуктивного сопротивления дросселя 9 от максимального значения (короткое замыкание) до минимального значения, соответствующего установленному режиму (если точка установленного электрического режима находится на / участке стабилизации тока дуги 0 ид,. .), или до нуля, если1д| ст дст ,.Чc ЦА.СТ д.ст напряжение на дуге, соответствующее величине тока дуги, равному при напряжении на первичной обмотке печного трансформатор равном напряжению сети; идф- фазное напряжение на дуге при холостом ходе равное . ) Это осуществляется пу тем изменения угла открывания тиристоров ОС соответственно от максималь.ного значения (сА o(tna) ДО минималь ного значения (d ) или до нуля (oL- 0). Если изменять угол открывания тиристоров, т.е. изменять время шунтирования на определенную часть полупериода питающего напряжения дросселя 9 то можно изменять среднее значение.его индуктивного сопротивления. Величину этого сопротивления Хдр на участке стабилизации тока дуги определяют из вы зажения pi17тll -i Jд Ч.) -ьГ. Блок 8 регулирования индуктивного сопротивления дросселя может быть реализован, например, на основе однофазного тирисТорного регулятора напряжения типа РНТО-330-660, Сигнал управления, который поступает на вход блока 8; вырабатывается регулятором тока 6 в функции разности фактического значения тока дуги, поступающего с выхода датчика тока дуги 1, и заданного значения тока стабилизации, поступающего с выхода задатчика тька дуги 7. Блок регулирования тока дуги 6 может иметь, например, пропорционально-интегральную характеристику и может быть реализован на стандартных устройствах, входящих в состав унифицированной блочной системы регулирования (УБСР- АИ), Параметры регулятора дуги с пропорционально-интегральной характеристикой при настройке на технический оптимум можно рассчитать по приведенным выражениям-JL. п .2il.lt-CoV.. - Со RI 8-2 зттах 1 сопротивление В цепи обратной связи регуля-, тора тока дуги; RJ и Rn входные сопротивления регулятора тока дуги соответственно по каналу задания и обратной связи тока дуги; Q - емкость в цепи обратной связи регулятора тока дуги; частота питающей сети; малая нескомпенсированная постоянная времени, равная эквивалентной постоянной времени устройства регулирования индуктивного сопротивления дросселя; 71 К - коэффициент усиления устройства регулирования индуктивного сопротивления дросселя; К - коэффициент передачи цв пи обратной связи по току дуги; и. max максимальное напряженк на выходе датчика тока дуги; и - максимальное напряжение на выходе задатчика то ка дуги; Зёдатчик 7 может представлять собой, например, потенциометр напряжения, а величина его выходного напряжения пропорциональна значению 1д.бт Характеристики (фиг. 2 и 3) рассчитаны для дуговой сталеплавильной печи. ДСП-50 при следующих исходных данных: U2 Зб8 В; X «Д,04.100м;: (If 1,116 Ом. Точка установленного .режима работы электропечи при управглении от регулятора по извертной структурной схеме имеет координаты УА,СТ 71 iA4 А ч 1дц номинальный линейный вторичный ток). Точка установленного . электропечи при работе с предлагаемым регулятором принята с такими координатами: д.ст &; А. При токе дуги меньшем Тока стабилизации,-электри ческие характеристики печи при работе описываемого и известного регулйторов идентичные. Благодаря введению быстродействущего контура регулирования тока дуги действующее значение , тока дуги не превышает величину тока стабилизации 1д;ст« Учитывая это и тот факт, что в печных трансформаторах предусматривается перегрузка по току на 20, появляется возможность в предлагаемом устройстве увеличит уставку тока дуги на 20% сверх номинального вторичного тока т.е, принять ее равной 1д (JCT ,ст и21д,| Из сопоставительного анализа элек рических характеристик (фиг 2 и 3) следует, что при колебаниях напряжения на дуге от нуля (короткое замы.кание) до значения ид сг Ри работе предлагаемого устройства (фиг. 2) ток дуги не превышает значения тока стабилизации существенно сиижа ются набоосы активной, реактивной и полной мощности электропечной установки; увеличивается значение элекТ.pичecкOlgQ КПД установки. / 118, Регулятор работает следующим образом. При возникновении под одним из электродов возмущения, вызвавшего приращение напряжения на дуге этой фазы в начальный момент времени приводит к изменению тока этой фазы. Сигнал, пропорциональный току дуги, снимаемый с выхода датчика тока дуги и поступающий на вход регулятора тока дуги 6, приводит к соответствующему изменению угла открывания тиристоров и тем самым к изменению среднего индуктивного сопротивления дросселя, а следователь-;; но, к восстановлению тока-дугидо значения заданногоТд.ст Сигнал заданного тока дуги снимается с выхода устройства 7о Одновременно сигналы с выходов датчика Тока дуги .1 и датчика напряжения дуги 2, поступающие на вход блока сравнения 3, вызывают на его выходе появление сигнала рассогласования, знак и величина которого посредством усилителя и исполнительного механизма 5 .приводят к перемещению электрода в направлении ликвидации рассогласования. Благодаря высокому быстродействию контура стабилизации тока дуги (постоянная времени устройства регулирования индуктивного сопротивления дросселя равна Тг ч 0,005-0,01 с) процесс восстановления установленного значения длины дуги происходит при токе дуги, не превышающем величину тока стабилизации 1дст.Точка установленного электрического режима (д IJO ;1д,чст ) Р РЗботе предлагаемого регулятора мощности дуги может находиться как на участке стабилизации тока дуги ста-, тической вольт-амперной характеристики электропечной установки 1д (ид) (фиг. 2,,криваяа), так и при уставках тока дуги, меньших величины тока стабилизации (участок кривой Д при Шд Цд р). В последнем случае дроссель полностью закорочен, а контур стабилизации тока находится в насыщении и на уменьшение тока не реагирует. Таким образом, предлагаемый регулятор мощности дуговой электропечи благодаря введению быстродействующего контура стабилизации тока дуги обеспечивает существенное снижение дисперсии тока дуги в процессе работы электропечной установки, и дает возможность увеличить уставку тока регу.лятора мощности дуги на 20%, не опаслясь перегрева печного трансформатора, а это, если рассматриваемые режимы находятся на восходящей ветви зависимости Р f .ё) позволяет увеличить мощность дуг, коэффициент использования печного трансформатора и производительность электропечной установки. Крояе того, благодаря увеличению тока дуги (что сопровожда ется уменьшением длины дуги) повышается стабильность ее горения, так как с ростом тока дуги вследствие пинч-эффекта дуга сжимается и становится более устойчивой. Уменьшение дисперсии тока дуги позволяет уменьшить дисперсию активной мощности дуги, т.е. приводит к более равномерно му вводу активной мощности в печь и тем самым стабилизирует тепловой и технологический режимы плавки. При этом повышается автономность фазных каналов регулирования электрического режима электропечи относительно возмущений в других фазах, за счет уменьшения дисперсии тока дуги уменьшается отношение среднеквадратического значения тока дуги к его среднему значению, вследствие чего уменьшаются электрические потери и увеличивается среднее значение элект рического КПД. Применение опи ываемого устройства уменьшает амплитуду эксплуатационных, твлчков тока при работе электропечной установки и механических усилий в обмотках трансформатора и шинопроводах подводящей сети, что повышает надежность и срок службы силового электрооборудования. Уменьшение амплитуды толчков тока дуги вызывает уменьшение колебаний напряжения в сетях электроснабжения, что улучшает качество электроэнергии на шинах понизительных подстанций промышленных предприятий, имеющих дуговые электропечи. В предлагаемом устройстве за счет наличия быстродействующего контура регулирования тока дуги и возможности плавного изменения заданного значения величины тока стабилизации дуги (1д) можно компенсировать несимметрию рабочей цепи установки и установить равномерные нагрузки по фазам. При использовании предлагаемого устройства на электропечных установках, с .трансформаторными агрегатами мощностью 0,-9 мВА за счет введения индуктивности дросселя, использовавшегося в этих установках для ограничения токов короткого замыкания, представляетвозможность увеся дополнительная а значит и личения мощности, этих устанопроизводительностивок.

т 0 9

РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ МНОГОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий для каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной oб ютки силового трансформатора, и датчики тока и напряжения дуги, подключенные выходами к входам блока .сравнения, выход которого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности печи путем повышения быстродействия регулято. ра, он снабжен подключенным к управляющему входу дросселя блоком регулирования индуктивного сопротивления дросселя, с.входом которого соединен выхрд блока регулирования тока дуги, к входам которого подключены датчик и задатчик тока дуги.