Устройство для определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг трехфазной дуговой электропечи Советский патент 1984 года по МПК H05B7/144 

Изобретение относится к электротермии, в частности к определению электрических параметров трехфазной цепи электропечной установ си со стороны низкого напряжения печного тран сформатора на действующих установках электродугового нагрева. Известно устройство для опредеЛенин электрических параметров дуговых трехфазных электропечей со сторо ны низкого напряжения печного трансформатора, содержащее датчики токов дуг, датчики первой производной по времени тока дуги для трех фаз, дат-: чики фазных напряжений и сумматор PQ Недостаткрм данного устройства является то, что значения параметров токоподвода, необходимые для определения напряжения на дуге, принимаются постоянными и не-учитываются их случайные изменения в процессе плавки, а это приводит к большим погрешностям измерения действительного напряжения дуги. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг в трехфазной дуговой электропечи содержащее датчики фазных токов дуг, датчики первой производной тока дуги по времени каждой фазы, датчики фазных напряжений со стороны низкого напряжения и сумматор для. каждой фазы, четыре входа которого соединены с выходами четыре блоков умножения, первые входы трех из них соединены с датчиками производных токов дуг фаз, первый вход четвертого блока с датчиком тока дуги фазы, а пятый вэеод сумматора соединен с датчиком фазного напряжения 2 л Недостатком этого устройства является то, что йе учитывается электродви кущая сила самоиндукции токопод вода и каждой фазе, а значения всех электрических параметров предполагаются известными и неизменными в процессе плавки. Цель изобретения - пЬвьшание точности определения электрических параметров токоподвода и напряжений яуг, Указанная цель.достигаетря тем, ; что в устройстве для определения -электрических параметров токоподвода, и напряжений дуг,содержащем датчики фазных токов дуг, датчики первой производной тока дуги по време:ни каждой фазы, датчики фазных напря жений со стороны низкого напряжения трансформатора, сумматор для каждой фазы четыре входа которого соедине ны с выходами чёткфех блоков умножения, первые входы трех из них соеди Н6НЫ с датчиками производных токов Йуг фаз, а первыми вход четвертого: блока - с датчиком тока дуги фазы, а пятый вход сумматора соединен с д}атчиком фазного На 1ряжения, датчик фазного напряжения каждой фазы соединен с первыми входами пары элементов ПАМЯТЬ, три других входа которых соединены с выходами датчиков первой производной тока трех фаз, управляющие входы каждой пары элементов ПАМЯТЬ через пару управляемых ключей и нуль-орган связаны с выходом датг чика тока дуги каждой фазы, а выходы элементов ПАМЯТЬ трех фаз соединены с информационными входами первого вычислительного блока, определяющего собственные и взаимные индуктивности фаз токоподвода, а его выход соединен с входом индикатсчра с п мятью и с В-входами шести й- s-триг геров, з-входы которых через нульорганы и управляемые ключи связаны с датчиками фазных токов дуг, а выходы триггеров соединены с входами элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого вычислительного блока и с ьходо1м элемента НЕ, соединенного выходом с первым управляющим входом каждого управляющего ключа, вторые управляющие входы каждой пары ключей связаны через встречно включенные диоды.с датчиком первой производной тока дуги фазы, датчики фазных токов дуг и фазных напряжений соединены с входами второго вычислительного блока, определяющего активные сопротивленияфаз токоподвода, каждый из трех выходов которого, выдающий активное сопротивление токоподводс фазы, соединен с вторым входом четвертого блока умножения . данной фазы, а вторые входы первых трех блоков умножения каждой фазы соединены с выходами индикатора с памятью,запоминающим собственную и взаимные индуктивности фаз токоподвода, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения параметров токоподвода и напряжений иа дугах в процессе плавки; на фиг. 2 выполнение вычислительного блока, определяющего активное сопротивления фаз токоподвода. Устройство состоит из датчиков тока i - 3, к выходу которьк подсоединены нуль-органы 4 - б, датчики первой производной по времени токов дуг 7-9, вычислительное устройство 10 для определения активных сопро тивлений токоподводов, блок умножения 11 и датчики напряжения 12-- 14, к выходам которых подсоединены блоки памяти 15 - 20f вычислительное устройство 10 и сумматор 21 для определения напряжения на дуге одной фа- зы. Выходы датчиков первой производной по времени токов дуг подсоедине-ны непосредственно к блокам умножения 22 - 24 и к блокам памяти 15-2 ,kчерез диоды 25 - 30 - к ключам 31-j 36.Выходы ключей подсоединены к кам памяти и к одному из входов триггеров 37-42.Выходы триггеров соединены с логической схемой И 43,выход которой соединен с вычислительным уст :ройством 44 и через логическую схему ;НЕ 45 с ключами 31 - 36. Выход вычис лительного устройства 44 соединен с индикатором с памятью 46, выходы которого соединены с входами блоков умножения. Выходы блоков умножения 22-24 соединены с входами сумматора 21. Выход вычислительного устройства 10 подсоединён к индикатору с jпамятью 47. ; Устройство работает следующим обipasoM. I Фазные напряжения со своих датчиков 12 - 14 подаются на блоки памяти 15 и 16, 17 и 18, 19 и 20 соответ ственно. На эти же блоки памяти пода ются значения всех первых производ-. ных по времени токов дуг, поступающих с датчиков токов 1-3 через дат чики производных 7 - 9. Вся поступаю щая на блоки памяти информация запоглинается по сигналам нуль-органов то ков дуг 4 - 6, которые, подаются через ключи 31 - 36. Так, например, дл первой, фазы при нулевом значении тока дуги и положительном знаке его производной, который контролируется диодом 25, ключ 31 пропускает сигнал разрешающий запись в блок памяти 15. При нулевом значении тока и отрицательном знаке его производной, который контролируется диодом 26, ключ 32 пропускает сигнал, разрешающий запись информации в блок памяти 16. Аналогично происходит запись информа ции и в остальные блоки памяти 17 20. Таким образом, за один период тока происходит запоминание информации во всех шести блоках памяти. Контроль за запоминанием инфор- мации в блоках памяти осуществляется триггерами 37 - 42., В момент запоминания теми же сигналами нуль-органов триггеры 37 - 42 переводятся в состояние 1. и на выходе логичес,кой ячейки И 43 появляется сигнал, разрешающий работу вычислительного устройства 44, которое снимает инфор 10 7 Нал с блока И 43 через логическип элемент НЕ 45 блокирует ключи 31 и тем самым исключает возможность искажения информации при ее передаче с блоков памяти 15 -. 20 в вычислительное устройство 44. Наличие нуль-органов токов дуг и ключей позволяет записывать в блоки памяти значения фазных напряжений и значения первых производных по времени токов дуг только в моментЫ времени, когда ток дуги соответствующей фазы равен нулю. Так как дуга .имеет характер нелинейного активного сопротивления, то напряжение на дуге в этот момент времени и падения напря;гения на активном сопротивлении. токоподвода равны нулю. С учетом того, что период изменения тока и напряжения в несколько раз меньше постоянной времени механизма перемещения электродов, а также периода колебания гибкой части токоподвода, от положения которых зависят значе ° индуктивностей и взаимных индуктивностей, то можно записать следующую систему уравнений, для шести моментов времени, когда ток дуги равен нулю в начале и в конце поло/жительного полупериода тока в каждой фазе. U piO+1-L3Uo,,yjb JiolO,)/a4lJ JO./dt 2 чз°э ио1 l(p,.yd 42 V i-)/JtiLj,dlj(0,)|jt м in Л(ri iu г/ ())c t Ц2dt2C02)ro Цзl3 5(02)Иt п (л, -1, J; (п Jf4| jl fn U+Ai J Гл MIL )М +Ц2 }2 02-Уй Ь« Зч 02-)Й cp5iQ+r4i 5 il034)MbU23 Ji2(G34)/Jt.,( ц ,л . i-/ ..,, , ,. , i. )dt Ь2зdl2COэ4)У +Ь„dц(Oз,)/4t., гдеи(1р;(.0) (0.)- фазные напряжения в начале и конце положительного полупериода тока ду .{0,.l Jv.frt- ги i-й фазы; dtjCOt j;,.0.) значения производdtных тока j-й фазы в начале и конце положительного полупериода тока i-й В матричной форме эта система уравнений записывается в виде

О d(o-iydt О 3i,(qj, di tOj yatО

dijto ydt О cli,l02ydt j,-,(Q;,Xdt

di, О

. О

О О Л соео« и р лиф,(оо,и значения индуктивностей определяются из матричного уравнения 1 вычислительньлм устройством 44 по Формуле. tHsir i По окончании вычислительного периода вычислительное устройство 44 подает команду на передачу результатов вычислений в индикатор с памятью 46. Одновременно эта же команда переводит триггер 37 - 42 в исходное положение. Тем сгшым снимается блокировка с ключей 31 - 36. Информация о значениях индуктивностей и взаимных индуктивностей с индикатора 46 поступает на блоки умножения 22 - 24 соответственно. К этим же блокам умножения подводятся значения производных токов соответствующих фаз. Вычислительное устройство 10 расчитывает значения активных сопротив лений по формуле кфм мЬаа и выдает эти значения на индикатор активных сопротивлений 4 7,с выходо которого подается информация, напри мер, о значении активного сопротивления токоподвода первой фазы на вход блока умножения 11. На другой вход блока умножения 11 подается значение тока первой фазы с датчика тока 1. IС блоков умножения 11, 22, 23 и 24 сигналы, пропорциональные падени напряжения на активном и индуктивно сопротивлении токоподвода первой фа зы, а также сигналы, п{юпорциона, наводимым напряжениям за счет взаимоиндукции между первой и второ и между первой и третьей фазой поступают на соответствующие входы сумматора 21; На один из входов это го же сумматора поступает значение напряжения с датчика фазного напряжения 12. На выходе сумматора имеем значение напряжения на дуге первой фазы, определенное согласно выраже/нню

d4( ,3i,(o,ydt

iAcvVi ,,),о,,,с и Ul |Д1) 1 (д; UiVi М- gi l.,)-L,d4,/ }tVvR, Напряжения на дугах двух других фаз определяются аналгогичяо. В качестве вычислительного устройства 4 4 решающего систему из шести уравнений l, может быть использован универсальный вычислительный комплекс, например УВК АСВТ , или специальное вычислительное устройство. v Вычислительное устройство 44 работает следующим образом. . Фазные напряжения УФ; lOJj и ч Д(1-% а также производные d(j ) «i rdfjX i-) поступают на входал ключей вычислительного устройства 44,, управляемых элементом И .43, и начинается решение системы шести уравнений 1) и запоминание корней системы, . которые являются индуктивностями фаз токопадвода, Ь лндикаторе с памятью 46. Структура вычислительного устройства соответствует приведенным уравнениям, представляют собой вщ ажения для неизвестных системы (1) в явном, виде. Эти у авнения полученьа; путем тождественных преобразованнй матрнч-. ного уравнения (2) Aft,-AAa-Ae« М-АА2.А82 L,, A8 -AB2-L,, U,,, г CD1-002.1,2 1-22 )2.L,2-DD3-L Li EF1-EF2U,, L.-j3PFl-FFi-L -FF3L Цу(О-) ъ1М/ diUOvlJdt Jn OvVldt P,,,Jt3(03-)ldi di,COv)Wt U«P 10rVWi,( ,Vdi-Lai5tO,,Ml.FFiy : EF2 -- )Ш1ГГ2 «lijtOvlldt-WHtOv) .,., U O-VLJ COi-VjllEFI аи,-,. , ,,..) «JA2 0j4/ai di, dlzlOj-Vdt BD3-Hi2i2l iMtllia. diitOi- /dt JiAOi((.pp2 yiiC074 /dt EF2 4 pAO-VUnCO- /Jt1 CP1 (0.,Ml- t(3mo,.vat -CD2 ТАЛОНЫ di г tOvV } - W iO ,.V4tl CD2 diAOw) -UnWiH Mtl .002 A jtt)74) Wt 3 ИЭЗ Wtl E Р2 нЮи) «9,lo.). & качестве вычислительного блока 10 может быть использован тоже уни версальный вычислительный комп лекс, например УВК АСБТМ-бООО, ,1ши специальное вычислительное ус ройство (на фиг. 2 представлена блок- схема такого вычислительного блока).Выходыдатчиков тока 1-3 (фйг соедщнены с соотбетствун оими входам элементов умножения 48 - 50 (фиг.2 Вторые входа.этих блоков умножения соедил|ены с выходаьш датчиков фазны нгшряжений 12 -.14 с низкой стороны трансформатора (фиг. 1). Выходы датчиков тока подключены также к дв параллельно соединенным входам элем тов умножения 51 - 53. Выход каждо го элемента умножения 48 - 53 соеди нен с входом своего фильтра постоян ной составляющей 54 - 59. Выходы фильтров 60-62 соединены с первыми входами элементов деления 60 - 62, авыходы фильтров 57 - 59 соединены с вторыми входами элементов деления 57 -59 соответственно. Выходы филь ров 57-59 соединены также с вхсща ми соответствующих пороговых элеМен |тов 63 - 65. Выходы пороговых элементов 63 - 65 соединены с управля щими входами соответствующих ключей 66 - 68. Входы этих ключей соединены с выходами -соответствуюну х блоков деления 60 - 62. Выходы ключей 66 6|8 соединены с входами индикатора с памятью 47 (фиг. 1),. Вычислительный блок 10 работает следующим образом. Фазные напряжения и значения токов дуг постоянно поступают на соответствующие входы элементов умножения, где формируются значения Uj j 1 ,. . После выделения постоянных составляющих в фильтрах 54 - 59 , значения числителя и знаменателя выражения для определения Rj поступают на соответствунндие входы элементов деления 60 г 62. Постоянные составляющие, полученные на выходе фильтров 57 -г 59, представляют собой квадраты эффективных значений токов фаз, а постоянные составляющие на выходе фильтров 54 - 56 - значения активной мощности. Частное от деления этих величин представляет собой активные сопротивления фаз токоподвода только при коротком замыкании, когда дуга отсутствует. Такие корот|кие замыкания при работе дуговой сталеплавильной печи, особенно в период расплавления, появляются довольно часто. Поэтому на индикатор с Пс1мятью j47 (фиг. 1) поступает информация Р сопротивлениях Й только при наличии короткого замыкания фаз, что осуществляется с помощью ключей 66 - 68, которые управляются пороговыми элементами 63 - 65. Эти пороговые элементы контролируют наличие короткого замыкания в фазах. Использование новых элементов: нуль-органов, блоков памяти и вычислительных устройств, управляемых по редлагаемой схеме, выгодно отличает предахаГаемое устройство для определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг в дуговых электропечах от указанного прототипа , являющегося одновременно и базовым устройством, так как уменьшается погрешность определе|шя нш1ряжения на дугах/ обусловленная отсутствием оперативного определения в процессе плавки электрических параметров токоподвода, используемых для определения напряжения на дугах. В результате уточнены значения мсхцнос тей дуг и более точно установлены оптимальные режимы плавки, что позволяет вести плавку с меньшими потерями энергии.