Устройство для автоматического регулирования режима вакуумной дуговой электропечи Советский патент 1984 года по МПК H05B7/148 

третьего ключей связаны соответственно с третьим и четвертыми управляющими входами КЛЮЧИ управления перемещением электрода вниз, информационные входы первого, второго и третьего триггеров соединены соответственно

с выходами блока предотвращения коротких замыканий, блока выявления ионизации и боковых дуг и блока наибольftero напряжения, вход сброса каждого триггера соединен с выходом соответствующего компаратора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕрКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащее датчик напряжения печи, к выходу которого подключены входы входного фильтра, и блока выявления возмущений от поля соленоида, выход входного фильтра соединен с первыми входами блока выявления ионизации и боковых дуг, блока предотвращения короткого замыкания, блока выявления наибольшего напряжения печи и блока сравнения, вторые входы указанных блоков соединены с первым выходом источника опорных напряжений, третий вход блока сравнения соединен с выходом блока экспресс-информации, выход блока сравнения через фильтр связан с входами ключей , управления перемещением электрода вверх и вниз и через блок коррекции при плавке в инертной среде - с первым управляющим входом ключа управления перемещением электрода вниз, отличающее ся тем, что, с целью повышения качества регулирования, оно снабжено тремя триггера, тремя компараторами, тремя ключами и блоками выработки пропорциональных сигналов режима короткого замыкания, режима ионизации и боковых дуг и наибольшего напряжения, причем первые входы указанных блоков выявления пропорциональных сигналов соединены с в.ыходом входного фильтра, их вторые входы - с вторым выходом источника опорных напряжений, a их выходыс управляющими входами соответственно первого, второго и третьего ключей и компараторов, вторые входы первого и третьего компараторов соединены с третьим выходом источника опор- , fibrx напряжений, a второй вход второго .компаратора соединен с первым выходо « второго триггера, который связан также с первым управляющим входом ключа управления перемещением электрода вверх, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом третьего триггера, a первый выход первого триггера связан с вторым управляющим входом ключа управления перемещением электрода вниз, второй выход каждого триггера соединен с входом соответствующего ключа, выход первого ключа соединен с третьим управляющим входом ключа управления перемещением электрода вверх, a выходы второго и

Изобретение относится к электро тернии, в частности к автоматическом регулированию режимами вакуумных дуговых электропечей. Известен автоматический регулятор дуговой вакуумной электропечи, содер жащий блок регулирования длины дугового промежутка, блок частотомера капельных импульсов, блок формирования сигналов реверсивного управления приводом, блок формирования сигналов управления током соленоида, блок сиг нализации появления боковых дуг, блоки контроля наименьшего и наиболь шего напряжения печи, блок источников питания оперативного контроля, причем входы блоков регулирования длины дугового промежутка, контоля наименьшего и наибольшего напряжения печи соединены с входом устройства, а их выходы и выход блока частотомера капельных импульсов - с входом блока формирования сигналов реверсивного управления приводом переме-, щения электрода ПЗ. В данном устройстве появление боковых дуг фиксируется оптическим способом по скорости перемещения ано ного пятна дуги. Подавление боковых дуг и регулировка дугового промежутка по результатам такого измерения имеет,низкое качество, так как эти сигналы не дают информацию о длине дугового промежутка. При возникновении короткого замыкания или понижени напряжения печи ниже контролируемого уровня релейно включаются маршевый или рабочий двигатели на время 0,5ТО с, а по истечении этого времени оба двигателя выключаются. При пре.вышении напряжения печи заданного ма симального уровня с помсяцью реле включается рабочий двигатель и элект род перемещается вниз в течение заданного интервала времени и двигатель отключатеся. Недостатком данного регулятора является то, что при возникновении режимов ионизации, наименьшего и наибольшего напряжения печи перемещением электрода управляют с помощью реле без контроля меняющегося во времени напряжения печи. Перемещение электрода осуществляется в течение времени, заданного заранее. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для автоматического регулирования вакуумной дуговой электропечи, содержащее датчик напряжения печи, к выходу которого подключены входы входного фильтра и блока выявления возмущений от поля соленоида, выход входного фильтра соединен с первыми входами блока вьювления ионизации и боковых Дуг, блока предотвращения короткого замыкания, блока выявления наибольшего напряжения печи и блока сравнения, вторые входы указанных блоков соединены с первым вмходом источника опорных напряжений, третий вход блока сраврения соединен с выходом блока экспресс-информации, выход блока сравнения через фильтр связан с входами ключей управления перемещением электрода Вверх и вниз и через блок коррекции при плавке в инертной среде - с первым управляющим входом ключа управления перемещением электрода вниз С.2. Недостатком этого регулятора является то, что регулирование перемещением электрода осуществляется релейно, причем перемещение электрода производится циклически в течение заданного интервала времени, а напряжение печи измеряется и контролируется только в конце цикла перемещения. В результате регулятор может перейти из одного критического режима в другой, т.е. могут возникнуть автоколебания. Кроме того, затягивается процесс ликвидации ионизации и боковых Цель изобретения - повышение каче ства регулирования. Цель достигается устррйст во для автоматического регулирования . режима вакуумной дуговой электропечи содержащее датчик напряжения печи, к выходу которого подключены входы входного фильтра и блока выявления возмущений от поля соленоида, выход ,входного фильтра соединен с первыми входами блока выявления ионизации и 6okoBbix дуг, блока предотвращения короткого замыкания, блока выявления наибольшего напряжения печи и блока сравнения, вторые входы указанивк блоков соединены с первым выходом источника опорных напряжений, третий вход блока сравнения соединен с выходом блока экспресс-информации, выход блока сравнения через фильтр свя зан с входами ключей управления перемещением электрода вверх и вниз и через блок коррекции при 11лавке в инертной среде - с первым управлякяци входом ключа управления перемещением электрода вниз, снабжено тремя тригг рами, тремя компараторами, тремя клю чами и блоками вьфаботки пропорционапьных сигналов режима короткого замыкания, режима ионизации и боковых дуг и наибольшего напряжения, причем первые входы указанных блоков выявления пропорциональных сигналов соединены с выходом входного фильтра их вторые входы - с вторым вькодом источника опорных напряжений, а их выходы - с управлякнцими входами соот ветственно первого, второго и третье го ключей и компараторов, вторые вхо ды первого и третьего компараторов соединены с третьим выходом источник опорных напряжений, а второй вход второго компаратора соединен с первым выходом второго триггера, которы связан также с первым управляющим входом ключа управления перемещением электрода вверх, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом третьего Триггера, а первый выход первого триггера связан с вто- рым управлякяцим входом ключа управле Iния перемещением электрода вниз, вто рой выход каждого триггера соединен с входом соответствующего ключа, выход первого ключа соединен с третьим управляющим входом ключа управления перемещением электрода вверх, а выходы второго и третьего ключей связаны соответственно с третьим и четвертым управляющими входами ключа управления перемещением электрода вниз, информационные входы первого, второго и третьего триггеров соединены соответственно с выходами блоков предотвращения коротких замыканий, блока выявления ионизации и боковьпс дуг и блока наибольшего напряжения, вход сброса каждого триггера соединен с выходом соответствующегЬ компаратора. В устройстве с помощью дополнительно введенных Г( узлов вырабатываются пропорциональные сигналы, которые по амплитуде пропорциональны отклонению напряжения печи от заданного значения и при выходе из режимов короткого замыкания, ионизации и боковых дуг, наибольшего напряжения печи уменьшаются во времени, стремясь к нулю. Эти сигналы используются для перемещения электрода в указанных режимах путем подачи их на входы усилителей через управляющие ключи перемещения электрода вверх и вниз. Тем самым обеспечивается пропорциональное перемещение электрода вверх и вниз до перехода в режим работы регулятора по напряжению рассогласования и исключаются возможные перерегулирования и автоколебания системы, улучшается качество регулирования. На фиг. 1 дана функциональная схе ма устройства, на фиг. 2 - диаграмма выработки пропорциональных сигналов, на фиг. 3 - временная диаграмма выработки управляющих сигналов. Уст р6йство содержит датчик напряжения 1, блок 2 выявления возмущений от поля соленоида, входной фильтр 3, блок 4 управления переметцением электрода, блок 5 сравнения, блок 6 выработки пропорционального сигнала режима короткого замыкания, блок 7 выработки пропорционального сигнала режима ионизации и боковых дуг, блок 8 выработки пропорционального сигнала режима наибольшего напряжения, блок 9 предотвращения коротких замыканий, блок 10 выявления ионизации и боковых дуг,блок 11 наибольшего напряжения печи, источник 12 опорных напряжений, первый ключ 13, первый компаратор 14, второй ключ 15, второй компаратор 16, третий ключ 17 и третий компаратор 18, первьй триггер 19, второй триггер 20, третий триггер 21, ключ 22 управления перемещением электрода вниз, ключ 23 управления перемещением электрода ввверх, усилитель 24, фийьтр 25, блок 26 коррекции при плавке в инерт ной среде, усилитель 27, блок 28 экспресс-контроля. Датчик напряжения 1 соединен с входами блока 2 вьшвления возмущений от поля соленоида и входного фильтра 3, выход которого соединен с входом блока 5 сравнения, блока 6 выработки пропорционального сигнала режима короткого замыкания, блока 7 выработки пропорционального сигнала режима ионизации и боковьк дуг, блока 8 выработки пропорционального сигнала режима наибольшего напряжения печи, блока 9 предотвращения коротких замыканий, блока 10 вьшвления ионизации и боковых дуг, блока 11 наибольшего напряжения печи, вторые входы последних трех блоков и блока сравнения 5 соединены с первым выходом источника 12 опорных напряжений, второй выход которого соединен с вто рыми входами блоков 6-8 выработки пропорциональных сигналов режимов собственно короткого замыкания, иони зации и боковых дуг, наибольшего напряжения печи. Выходы последних блоков соединены с сигнальными входа )ми соответственно первых ключа 13 и компаратора 14, вторых ключа 15 и компаратора 16, третьих кгаоча 17 и компаратора 18, причем вторые входы первого и третьего компараторов 14 и 18 соединены с третьим выходом источника 12 опорных напряжений. Вхо ды установки первого триггера 19, второго триггера 20, третьего тригге ра 21 соединены соответственно с вых дами блока 9 предотвращения коротких замыканий, блока 10 выявления иониза .ции и боковых дуг, блока 11 наибольшего напряжения печи,а их входы . 1 сброса каждого триггера соответствен но соединены с выходами первого, вто рого, третьего компараторов 14, 16, 18. Первый выход первого триггера 19 соединен с одним управляющим входом ключа 22 управления перемещением электрода вниз. Первый выход второго триггера 20,соединен с вторым входом 6214 компаратора 16 и одним из управляющих входов ключа 23 управления перемещением электрода вверх, другой уп равляющий вход которого соединен с первым выходом третьего триггера 21. Вторые выходы всех триггеров 19-21 соединены с управляющими входами соответственно ключей 13, 15, 17, причем выход первого ключа 13 режима соединен с одним из управлякицих входов ключа 23 управления перемещением электрода вверх, а выходы второго и третьего ключей 15, 17 соединены с двумя сигнальными входами ключа 22 перемещения электрода вниз, выход которого соединен с входом усилителя 24, а выход последнего - с вторым выходом устройства для связи со входом привода. Еще один управляющий вход ключа 22 управления перемещением электрода вниз соединен с Выходом блока 2 выявления возмущения от поля соленоида. Входы ключей 22 и 23 соединены между собой и с выходом фильтра 25, вход которого соединен с выходом блока сравнения 5. Выход блока 5 через блок 26 коррекции при плавке в инертной среде связан с одним из входов ключа 22 управления перемещением электрода вниз. Выход ключа 23 управления перемещением электрода вверх соединен с соответствующим усилителем 27, выход которого .связан с исполнительным механизмом перемещения. Третий вход блока 5 сравнения соединен с входом блока 28 экспрессконтроля. Устройство работает следующим образом. С датчика напряжения подается напряжение печи U(t) и поступает на входы блока 2 выявления возмущений от поля соленоида, входного фильтра 3. С выхода последнего напряжения печи подается на вход блока 4 управления перемещением электрода, в частности, на вход блока5 сравнений, на входы блока 6 выработки пропорционального сигнала режима короткого замыкания, блока 7 выработки пропорционального сигнала режима ионизации и боковых дуг, блока 8 выработки пропорционального сигнала режима ндиболь шего напряжения, на входы блока 9 предотвращения коротких замыканий, блока 10 выявления ионизации и боковых дуг, блока 11 наибольшего напряжения печи. На другой вход последних трех блоков и блока 5 сравнения по|дается с первого выхода источника 12 опорное напряжение - уставка Uyttt (в дальнейшем просто уставка). На выходах блока 9 предотвращения коротких замыканий, блока 10 выявления ионизации и боковых дуг, блока 1 наибольшего напряжения печи вырабаты ваются сигналы, соответствующие указанным режимам и определяют переход регулятора на этот режим работы. Дан ные блоки выполнены так, как в прототипе. Напряжение печи ограничивается с двух сторон по наибольшему U(j,,tax и наименьшему Ц,значениям VCKJ Uv,(t) Uowewr . При выходе напряжения печи U,j(t) за указанные пределы блоки 9 и 11 вырабатьшают управляющие сигналы соответствующих режимов. При уменьшении напряжения печи ниже порога ионизации на выходе блока 10 вырабатьшается управляющий сигнап режима ионизации или боковых дуг. На выходе блока 5 сравнения вырабатывается напряжение рассогласованияtu,(t) - t&U(t) , где .T - напряжение ус.тавки; д U(t) - напряжение рассогласования. При отсутствии других режимов регулятор работает по напряжению рассогласования как прототип, этот режим является основные. В случаях возникновения режима короткого замыкания или ионизации и боковых дуг, или наибольшего напря жения печи устройство работает следующим образом. Режим короткого замыкания возника ет при выполнении условия lJy|(t) 4 U« и обнаруживается в блоке 9 предотвра щения коротких замыканий, выходной сигнал 29 которого подается на установочный вход первого триггера 19 и запоминает этот режим (см. фиг. 3) Разрешающий сигнал 30 с выхода первого триггера 19 открывает ключ 13 режима, а запрещающий сигнап с друго го выхода первого триггера 19 закрывает ключи 22 управления перемещение электрода вниз, и сигнал рассогласо{вания не проходит через усилитель 24 на вход привода. Таким образом Подготавливаются цепи прохождения сигналов. 218 В узле 6 выработки пропорционального сигнала режима короткого замыкания формируется напряжение 31 fiUti|Ct) Uv,(t). Следовательно, блок 6 выработки пропорционального сигнала короткого замыкания может быть выполнен в виде алгебраического сумматора, на один вход которого подается опорное напряжение от источника 12 опорных напряжений, а на другой напряжение печи 32 U(t) (см.фиг.2, 3). В момент возникновения короткого замыкания напряжение печи 32 имеет наименьшее значение,а амплитуда 33 напряжения 31 AUaj(t) наибольшее значение. Напряжение 31 uUk:(t) с начальной амплитудой 33 подается на сигнальные входы первого компаратора 14 и открытого первого ключа 13, поступает на управляющий вход ключа 23 управления перемещением электрода вверх и через усилитель 27 подается на вход привода, который перемещает электрод с наибольшей скоростью, пропорциональной наибольшей амплитуде 33. По мере перемещения электрода вверх напряжение печи 32 возрастает, амплитуда напряжения 31 уменьшается, следовательно, уменьшается скорость перемещения электрода вверх, т.е. на выходе усилителя 27 появляется напряжение, зависящее от перемещения электрода вверх. В свою очередь скорость перемещения электрода вверх уменьшается по мере уменьшения амплитуды сигнала 31 ). При значении напряжения 31 uUi..,(t)t 4Ц,первый компаратор 14 срабатывает, на второй вход которого подается опорное напряжение и( источника 12 опорных напряжений. Uej определяет напряжение выхода из режима короткого замыкания. На выходе компаратора 14 формируется сигнап 34, который сбрасывает триггер 19 в исходное состояние, закрывает ключ 13, открьтает ключ 22 управления перемещением электрода вниз. Регулятор переходит в режим работы по напряжению рассогласования. В этом режиме выбор опорного напряжения (см. фиг. 2, 3) производится из условия перемещения электрода с наибольшей скоростью в начальный момент короткого замыкания и в зависимости от конкретных параметров привода. Выбор величины напряжения UOFTK осу ществляется из условия вьюедения регулятора в режим работы по напряжению рассогласования. Таким образом, в режиме короткого замыкания электрод перемещается с переменной скоростью: с наиболь;Шей в момент возникновения короткого замыкания, и возможно наименьшей при повышении напряжения печи до напряжения уставки. При этом обеспечивает ся непрерьшный контроль за напряжени ем печи и плавный переход на основной режим работы. Режим ионизации и боковых дуг выявляется одним из известных способов в блоке 10 выявления ионизации и боковых дуг, выходной сигнал которого устанавливает триггер 20 в единичное состояние. Он подготавливает цепи прохождения сигналов: открывает ключ 15, закрьгоает ключ 23 управлени перемещением электрода вверх, подготавливает к работе компаратор 16. Последний на входе имеет схему запоминания. При установке триггера 20 в единичное состояние запоминается амплитуда 35 напряжения ul,(t)3, поступающего из выхода блока 7 выработки пропорционального сигнала режима Ионизации и боковых дуг и определяемого по формуле uUgiCt) Up - U(t). - Блок 7 выработки пропорционального сигнала выполнен как алгебраический сумматор опорного напряжения Ощ и напряжения печи 32 U(t). Последний поступает на другой вход компаратора 16 и через открытые ключ 15, ключ 22 управления перемещением элект рода вниз, усилитель 24 на вход привода, который перемещает электрод вниз со скоростью, пропорционально амплитуде 35 напряжения (t). По мере перемещения электрода вниз процессы ионизации и боковых дуг начинают ослабевать, горение дуги стабилизируется, а по мере стабилизации дуги напряжение печи 32 начинает медленно увеличиваться. Компаратор 1 сравнивает запомненное напряжение AUt(t)« начальной амплитудой 35 с текущим Значением напряжения uUu(t), амплитуда которого по мере подавления ионизации и боковых дуг уменьшается. При выполнении условия /nUuCt) 4 К bUy(t)j5 компара.тор срабатывает, выходным сигналом сбрасывает триггер 20 в-исходной состояние. В этой формуле К 1 определяет порог срабатывания компаратора и момент заверщения процесса ионизации. Триггер 20 закрьшает ключ 15, открьгеает ключ 23 управления перемещением электрода вверх. Регулятор переходит в режим работы по напряжению рассогласования. Запоминание напряжения лПи(ь)зБ может быть осуществлено на емкости с помощью управляемого от триггера 20 ключа. Этот же выход триггера может быть использован для управления формированием поля соленоида при ионизации и боковых дугах. Велична опорного напряжения , поступаняцего на вход узла 7 выработки пропорционального сигнала режима ионизации и боковых дуг из источника 12 опорных напряжений, выбирается аналогично режиму короткого замыкания. Таким образом в режиме ионизации и боковых дуг осуществляется непрерывная подача электрода вниз с наибольшей скоростью, тем самым обеспечивается подавление ионизации и боковых дуг в течение возможного наименьшего промежутка времени. Осуществляется непрерьгоный контроль за напряжением печи и при выявлении конца ионизации ,(t) 4 ) регулятор переходит в основной режим работы. При выходе из режима скорость перемещения электрода уменьшается в К раз, способствуя плавному переходу в режим работы регулятора по напряжению рассогласования. . В режиме наибольшего напряжения выходным сигналом блока 11 наибольшего напряжения, определяющего данный режим работы регулятора, при выполнении условия U(t) , U,vnay (см. фиг. 2) устанавливается триггер 21 в единичное состояние.. Он подготавливает цепи прохождения сигналов: открьшает ключ 17 режима и закрывает ключи 23 перемещения электрода вверх. Выходное напряжение блока 8 вьфаботки пропорционального сигнала режима наибольшего напряжения, определяется как разность . U,(t) Uv(t). где опорное напряжение, поступающее с выхода источника 12 опорных напряжений{ напряжение печи. Этот узел выполнен на основе алгебраического сумматора. Напряжение ) через открытые ключ 17, ключ 22 управления пере мещением электрода вниз, через усилитель 24 поступает на вход привода перемещения электрода вниз. Электрод перемещается со скоростыо, пропорциональный начальной амплитуде 36 напряженияД.) По мере опускания электрода напряжение печи 32 уменьшается, приближаясь к значению напряжения уставки, соответственно умен шается Амплитуда напряжения ) (см. фиг. 3 как пример для режима короткого замыкания). Пропорционально напряжённо &(l|ng(t) уменьшается скорость перемещения электрода вниз, выполнении условия uU(t) .tU срабатывает компаратор 18, выходной сигнал которого сбрасывает триггер 21 в исходное состояние. Опо ные напряжения 11,, и Uprt поступашцие с выхода источника 12 опорных напряжений, устанавливаются из уелоВИЙ, аналогичных условиям в режиме короткого замыкания. Триггер 21 закрывает ключ 17 и 22, регулятор переходит в режим работы по напряжению рассогласования. Таким образом обеспечивается плавный переход регулятора из режима наибольшего напряжения в режим работы по напряжению рассогласования, исключается релейньй режим работы привода и непрерывный контроль напряжения печи. Данное устройство во всех трех режимах работы регулятора обеспечивает пропорциональный плавный переход регулятора из критических режимов короткого замыкания, ионизации и боковых дуг, наибольшего напряжения печи в режим работы по напряжению рассогласования, автоматический контроль на напряжением печи сокращает интервал времени ионизации и боковых дуг, тем самым улучшается качество регулирования процессом плавки титана и его сплавов. Улучшение качества регулирования дает экономический эффект, так как уменьшается расход электроэнергии, повышается производительность труда, улучшается качество вьтлавляемого металла, увеличивается обезопасность плавки, повышается надежность привода. Предлагаемое устройство может быть вьтолнено на базе субблоков Комплекса контроля и регулирования с переменной структурой КМ 2201. (/огтзж Риг. 2

(i

Фаб.З