Автоматическая система управления компенсирующей конденсаторной батареей электропечи Советский патент 1984 года по МПК G05F1/70 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам управления конденсаторными батареями электрических печей.

Известен регулятор мощности типа АРИК индукционной электропечи, управляющий конденсаторной батареей печи, при отклонении величины cos У от заданных границ изменения, включающий трансформаторы тока и напряжения, блок вычисления cos(f и блок сравнения, сигнал которого поступает на блок управления контакторами конденсаторной батареи 1.

Известно автоматическое устройство типа АРКОН, управляющее конденсаторной батареей в функции изменения либо напряжения, либо реактивной составляющей тока нагрузки и включаюпшй трансформаторы тока, командный блок выдающий сигналы управления контакторами 2.

Однако известные устройства характеризуются низкой точностью компенсации реактивной мощности нагрузки, недостаточной скоростью коммутации конденсаторных батарей в силу наличия механических устройств контакторов.

Наиболее близкой к предлагаемой является автоматическая система управления компенсирующей конденсаторной, батареей электропечи, содержащая тра}1сформатор тока и тиристорные ключи со схемой управления 3.

Недостатками известного устройства являются управление конденсаторной батареей по необходимой реактивной мощности, что делает всю установку компенсации реактивной мощности зависимой от напряжения сети к которой она подключается (обычно на 20-110 кВ), необходимость применения для управляемой части компенсирующей установки дополнительного понижающего трансформатора, относительно низкая точность определения необходимой реактивной мощности конденсаторной батареи, так как не учитывается напряжение на шинах батареи, а мощность батареи является функцией квадрата напряжения, приложенного к ней. Следствием является неполная ко.мпенсация реактивной мощности, дополнительная загрузка печного трансформатора реактивны.ми составляющими токов, что ведет к снижению производительности работы печи.

Цель изобретения - повышение точности компенсации реактивной мощности.

Указанная цель достигается тем, что автоматическая система управления компенсирующей конденсаторной батареи, содержащая трансформатор тока и тиристорные ключи со схемой управления снабжена датчиком нулянапряжения, счетчиком времени фазовой задержки тока, датчиком нуля тока, фильтром первой гармоники тока, фильтром первой гармоники напряжения, блоком

вычисления первой производной тока по времени, двумя ключамк, блоком вычисления квадрата котангенса фазы тока, блоком вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи, выполненным согласно выражению

,- LHi},

tt)Uax(t,);ittteJtt7(ti- to)

где )-производная тока;

UJ -частота;

Уд - напряжение на зажимах конденсаторной - батареи;

to - момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники напряжением нулевого значения;

tj -момент времени, соответствующий

пересечению первой гармоники током нулевого значения, причем фильтр первой гармоники напряжения подключен к зажимам для подключения к конденсаторной батарее, выход фильтра первой гармоники напряжения подключен через последовательно соединенные датчик нуля напряжения, счетчик времени фазовой задержки, блок вычисления квадрата котангенса фазы тока к блоку вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи, к второму входу которого через ключ подключен второй выход фильтра первой гармоники напряжения, к третьему входу блока вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи через второй ключ и блок вычисления первой производной тока по времени подключен фильтр первой гармоники тока, соединенный с трансформатором тока, второй выход фильтра первой гармоники тока соединен с датчиком нуля тока, соединенным со счетчиком времени фазовой задержки и с двумя ключами, а выход блока вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи подключен к схеме управления тиристорными ключами.

На фиг. 1 приведена блок-схема автоматической системы управления компенсирующей конденсаторной батареей электропечи; на фиг. 2 - схема замещения электротермической установки; на фиг. 3 - графики изменения первых гармоник тока и напряжения электротермической установки в функции времени.

Автоматическая система управления компенсирующей конденсаторной батареей включает датчик 1 нуля напряжения, запитанный от первого выхода фильтра 2 первой гармоники напряжения и подключенный к первому входу счетчика 3 времени фазовой задержки тока, к второму входу которого подключен первый выход датчика 4 нуля тока, запитанного от первого выхода фильтра

5 первой гармоники тока, второй выход которого соединен с входом блока 6 вычисления первой производной тока по времени, а выход последнего подключен к инициативному первому входу первого ключа 7, второй вход которого подключен к второму выходу датчика 4 нуля тока, а выход первого ключа 7 подключен к первому входу блока 8 вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи 9, второй вход которого соединен с выходом блока 10 вычисления квадрата котангенса фазы тока, запитанного от выхода счетчика 3 времени фазовой задержки тока, а третий вход блока 8 вычисления требуемой емкости запитан от второго ключа 11, соединенного с вторым вы ходом фильтра 2 первой гармоники напряжения, а управляющий вход второго ключа 11 соединен с третьим выходом датчика 4 нуля тока, выход блока 8 вычисления требуемой емкости соединен со схемой 12 управления тиристорными ключами 13. Блок 8 вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи содержит блок 14 сложения, блок 15 умножения, блок 16 деления, и блок 17 масштабирования. Автоматическая система управления компенсирующей конденсаторной батареей работает следующим образом. Согласно схеме замещения (фиг. 2) общее сопротивление нагрузки, подключенное к шинам трансформатора ЭТУ с низкой сторон ы u)CVr() .ir Vf-HCu,,) где -arct - шьв момент полной компенсации реактивной мощности «р 0. Используя зависимость L + iR и, зная, что arcig (}3() можно определить все параметры используя значения токов и напряжения за два момента времени t to; t tj. (фиг. 3). Тогда для этих значений можно составить систему уравнений f-arct$ uL- шс. afct Lax(to) L/(to)-fi(te) Uax(ti) LilV + fHtj) U4X(to) 0 iCti) 0 rcte- -Wtti-to). Решая данную систему уравнений относительно неизвестного значения емкости, получают (ti)И11 (,ц2ш Cti- to) Для организации вычисления необходимого значения емкости сигналы напряжения и тока через фильтры 2 и 5 основных гармоник напряжения и тока соответственно подаются на входы блоков, где полученная информация обрабатывается по трем взанмосвязным цепочкам блоков. Первая цепочка определяется напряжением в момент времени t tj. Для этого напряжение от выхода фильтра 2 основной гармоники подают на первый вход второго ключа 11 напряжения, последний фиксирует напряжение Удх (ti) в момент времени 1 tj и передает его на третий вход блока 8 вычисления емкости, для чего управление вторым ключом 11 осуществлено от третьего выхода датчика 4 нуля тока, запитанного от первого выхода фильтра 5 основной гармоники тока. Датчик 4 в момент времени t tj или i О подает на второй вход второго ключа 11 команду на фиксацию и передачу зафиксированного значения напряжения. Вторая цепочка - определение квадрата котангенса фазы тока. Для решения этой задачи напряжение с первого выхода фильтра 2 основной гармоники напряжения поступает на вход датчика 1 нуля напряжения, который в момент времени 1 to фиксирует значение напряжения Uax(to) 0 и подает команду «Запуск на первый вход счетчика 3 времени, на второй вход которого поступает команда с первого выхода датчика 4 нуля тока в момент времени t tf, когда i 0. По этой команде счетчик 3 передает накопленную информацию временную задержку тока относительно напряжения At tj - to на вход блока 10 вычисления квадрата котангенса фазового угла тока, после чего вычисленное значение квадрата котангенса фазы тока поступает на второй вход блока 8 вычисления емкости. Третья цепочка - вычисление производной тока по времени в момент t t. Для этого с второго выхода фильтра 5 основной гармоники тока сигнал по току поступает на вход блока 6 вычисления производной тока, выход которого соединен с инициативным первым входом первого ключа 7 к второму управляющему входу которого подключен второй выход датчика 4 нуля тока, в момент t tj или i О датчик 4 отдает команду первому ключу 7 на фиксацию значения производной тока по времени и передачу полученной информации на первый вход блока 8 вычисления требуемого значения емкости конденсаторной батареи 9. В блоке 8 вычисления требуемой емкости выполняются следующие операции. После определения напряжения на выводах трансформатора в момент времени t tj, последнее через второй ключ 11 подается на вход блока 17 масштабирования (в масштабе ш ), после чего измененный сигнал поступает на второй вход блока 15 умножения, на первый вход которого поступает сигнал от выхода блока 14 сложения, в котором происходит увеличение полученного в блоке 10 значения квадрата котангенса угла фазовой задержки тока печи относительно напряжения на единицу. Полученная информация в блоке 15 нодвергается умножению и передается на второй вход блока 16 л.еления, на первый вход которого поступает сигнал от первого ключа 7. Полученное таким образом значение требуемой емкости конденсаторной батареи нередается на вход схемы 12 управления тиристорными ключами 13 конденсаторной батареи 9, что приводит к необходимым переключениям ее секций.

Предлагаемое устройство позволяет управлять конденсаторной батареей в каждый полупериод изменения напряжения, что повышает качество компенсации реактивной МОШ.НОСТИ, а последнее позволяет пропустить через трансформатор ЭТУ большую активную мощность, повысить за счет этого скорость плавки, а следовательно, производительность работы ЭТУ и разгрузить сети электроснабжения от излишних перетоков реактивной мощности.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащая трансформатор тока и тиристорные ключи со схемой управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности компенсации реактивной мощности, она снабжена датчиком нуля напряжения, счетчиком времени фазовой задержки тока, датчиком нуля тока, фильтром первой гармоники тока, фильтром первой гармоники напряжения, блоком вычисления первой производной тока по времени, двумя ключами, блоком вычисления квадрата котангенса фазьь тока, блоком вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи, выполненным согласно выражению С.llll , 00 Ua Ci i) L И Й С ti -1 о) где i(-i)-производная тока; - -частота; Uax-напряжение на зажимах конденсаторной батареи; to -момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники напряжением нулевого значения; tj-момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники током нулевого значения, причем фильтр первой гармоники напряжения подключен к зажимам для подключения к конденсаторной батарее, выход фильтра первой гармоники напряжения подключен через последовательно соединенные датчик нуля напряжения, счетчик времени фазовой сл задержки, блок вычисления квадрата котангенса фазы тока к блоку вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи, к второму входу которого через ключ подключен второй выход фильтра первой гармоники напряжения, к третьему входу блока вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи через второй ключ и блок вычисления первой произоо водной тока по времени подключен фильтр первой гармоники тока, соединенный с трансN5 СЛ форматором тока, второй выход фильтра первой гармоники тока соединен с датчиком нуля тока, соединенным со счетчиком времени фазовой задержки и с двумя ключами; а выход блока вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи подключен к схеме управления тиристорными ключами.

U(t)

Фиг.2