Устройство для автоматического управления электрическим режимом дуговой электропечи Советский патент 1984 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротермин, в частности к управлению электрическим режимом дуговой элект ропечи. Известно устройство для управления электрическим режимом дуговой электропечи, содержащее датчики тока и напряжения, соединенные с входами блока сравнения, выход кото.рого связан с блоком управления исполнительным механизмом перемещения электрода lj. Недостатком этого устройства явля ется низкая точность поддержания заданного режима. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для автоматического t управления электрическим режимом дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы блок измерегдая управляющего напряжения, входы которого соединены с датчиками тока, напряжения и датчиками первой производной тока дуги по времени Двух других фаз, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вх-Ьд которого подключай к блоку опорного напряжения, а выход через операционньй усилитель с обратной связью связан с исполнительным механизмом Перемещения элект рода 2 . . Недостатком известного регулятора является отсутствие в нем элемента, препятствующего вводу системы в авто колебательный режим на собственных резонансных частотах.. Подобный режим возникает при определенйом соотношении меяэду параметрами дугового разря да, элементов конструкций печи и устройства автоматического управления электрическим режимом. При этом происходит ввод стойки, трубошин и электрода в резонанс, что ведет к возникновению вертикальных и горизон тальных колебаний с инфранизкими час тотами (напримерJ 0.1-10 Гц). В результате значительно снижаются точность управления электрическим режи мом печи, эффективность ввода в печь полезной мощности, а также уве личивается вероятность поломок электродов и выхода из строя печного оборудования. Цель изобретения - повьшение точ ности управления электрическим режи мом. 482 .Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического управления электрическим режимом дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы блок измерения управляющего напряжения дуги, входы которого соеди.нены с датчиком тока, датчиком фазного напряжения и датчиками первой производной тока дуги по времени двух других фаз, а выход соединен с первым входом-блока сравнения, второй вход которого Подключен к блоку опорного напряжения, а выход через операционный усилитель с обратной связью связан с исполнительным механизмом перемещения электрода, снабжено блоком определения частоты колебания сигнала рассогласования, блоком обнуления, блоком триггера блоком счетчиков, генератором эталонных частот, блоком дешифраторов, инвер- . тором, элементом совпадения и блоком шунтирования, вход блока определения частоты колебания сигнала рассогласования соединен с выходом блока сравнения, а его выход через блок обнуления соединен с первым входомблока счетчиков, второй вход которого подключен к генератору эталонных частот, а выход через блок дешифраторов и инвертор- - к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом блока определения частоты колебания сигнала рассогласования, а выход - с первым входом триггера, соединенного вторым входом с выходом блока определения частоты колебаний сигнала рассогласования, а выходом - с входом блока шунтирования, выходы которого включены в цепь.обратной связи операционного усилителя. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для одной фазы, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений. Устройство для автоматического управления электрическим режимом дуговой электропечи содержит блок 1 измерения управляющего напряжения дуги, датчик 2 тока.первой фазы, датчик 3 фазного напряжения, датчики 4 и 5 первой производной токов второй и третьей фаз по времени, блок сравнения 6, блок 7 опорного напря.жения, операционньй усилитель 8, силовой усилитель 9, исполнительный механизм перемещения электрода 10.

31

электрод 11, блок 12 определения частоты колебания сигнала рассогласования, блок обнуления 13, содержащий инверторы 14 и 15 и дифференцирующую цепочку, собранную на элементах 16 и 17, блок счетчиков 18, генератор эталонных частот 19, блок дешифраторов 20, инвертор 21, элемент совпадения 22, блок триггера 23, содержащий PS-триггер 2А, собранный на элементах 25 и 26, дифференцирующую цепочкуJ собранную на эЛементах 27 .и 28 и элемент времени 28, блок шунтирования 30,. Блоки 18-20 вьшолняются по обычным схемам на , двоично-десятйчных элементах, используемых в цифровой технике для создания подобньс: устр.ойств. Блок, 12 определения частоты колебания сигнала рассогласования представляет собой компаратор с дйфференци- рзтощей цепочкой на выходе, формирующий однополярные прямоугольные импульсы, период повторения которых равенпериоду колебания сигнала рассогласования. Блок шунтирования 30 может быть выполнен на любом контактном или бесконтактном релейном элементе, управляемом логическим сигна.лом. .

Если в процессе работы печи создаются необходимые для возникновения автоколебаний системы условия, система входит в резонанс и начинает раскачиваться с собственной частотой Совершаннциеся при этом колебания электрода приводят к колебанию на1 пряжения дуги с той же частотой, поскольку -оно линейно зависит от длины дуги. Опорное напряжение для данного периода плавки имеет постоянную величину, поэтому на выходе блока :;равне:ния 6 возникают колебания сигнала ;рассогласования с частотой колебания системы. Колеблющийся сигнал далее усиливается и через исполнительный механизм 10 передается на электрод 11, что приводит к установлению незатухающих колебаний всей системы на собственней резонансной частоте Для того, чтобы избежать возникновения подобного явления, необходимо при появлении колебаний с собственной резонансной частотой системы прекратить подачу сигнала на вход силового усилителя 9 (например. Закоротить цепь обратной связи опера297484

ционного усилителя 8), что приведет к остановке электрода.

Устройство для автоматического управления электрическим режимом 5 дуговой электропечи работает следуюпщм образом.

Сигналы, снимаемые с датчика тока 2, датчика фазного напряжения 3, датчиков 4 и 5 первой производной

10 тока дуги по времени двух других фаз поступают на входы блока 1 измерения управляющего напряжения дуги, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный напряжению дуги,

5 которьй подается на один из входов блока сравнения 6, одновременно на другой вход блока сравнения 6 поступает сигнал задания от блока 7 опорного напряжения. Сигнал рассогласо0 вания между сигналом задания и

управляющим напряжением дуги поступает с выхода блока 6 на операционный усилитель 8 и затем на силовой усилитель 9, где он последовательно усили5 вается до необходимой величины и подается на исполнительный механизм 10, перемещакяций электрод 11 в сторону устранения возмущения.

Одновременно сигнал с выхода бло0 ка сравнения 6 поступает на вход

блока 12 определения частоты колебаний сигнала рассогласования, на входе которого получаются импульсы, период повторения которых Т равен периоду

колебания сигнала рассогласования.

Длительность импульсов выбира е-тся равной длительности импульсов генератора эталонных частот 19. Например, исходя из того, что частота

Q собственных колебаний системы лежит в пределах 0,1-10 Гц, частота генератора эталонных частот 19 выбирается равной 1000 Гц, что обеспечивает измерение частоты с погрешностью

j не более 1%, при этом длительность импульса рд 0,5 мс. С вьтхода блока 6 импульсы поступают на соответствующие входы блока обнуления 13, элемента сравнения 22 и блока триггаQ pa 23. В блоке 23 при ПОМОПЕИ дифференцирующей цепочки 27 и 28 формируется нулевой строб по переднему фронту импульса длительностьюOj05 MCj возвращающий триггер 24 в

исходное состояние кажцьги раз при появлении нового импульса на выходе блока 12. В блоке 13 формируется строб по заднему фронту импульса

5

длительностью on 0,05 мс, обнуляющий счетчики в блоке 18 в начале каждого периода. За время Т Т производитпя заполнение счетчиков в блоке 18, при 3TOMif,«T.

СЬбствениая резонансная частота системы (или набор частот) определяется заранее путем измерений. На выходе блока дешифраторов 20 набирается, соответственно ее величина (или несколько величин).

Таким образом, при появлении очередного импульса на выходе блока 12 передним фронтом импульса производится возврат триггера 24 в блоке 23 в исходное состояние, во время действия импульса производится его сравнение с сигнало, идущим с выхода блока дешифраторов 20 через инвертор 21 при помощи элемента совпадения 22. Задним фронтом импульса производится обнуление счетчиков в блоке 18 (начало нового счета).

Если период колебания сигнала рассогласования Т меньше периода запрещенных резонансных колебаний Т,, то сигнал запрещенной частоты не успевает появиться на выходе блока дешифраторов 20 и не происходит совпадения импульсов на входах 22. Если период колебаний сигнала рассогласования Т больше периода запрещенных резонансных колебаний. Tj, происходит переполнение счетчиков, т.е. сигнал с выхода блока дешифраторов 20 происходит на

97486

вход элемента совпадения 22 раньше, чем импульс с выхода блока 12. Если период колебаний сигнала рассогласования совпадает с периодом запрещен5 нык резонансных колебаний Т., происходит совпадение импульсов на входах элемента 22, триггер 24 опрокидывается и замыкает ключ в блоке шунтирования 30, цепь обратной связи опера0 ционного усилителя В закорачивается, управляющий сигнал не проходит на вход силового усилителя 9 и электрод 11 останавливается. При опрокидывании триггера 24 происходит запуск

5 элемента времени 29, который в слу чае прекращения появления импульсов на выходе блока 12 возвращает триггер 24 и, соответственно, размыкает ключ в блоке шунтирования 30 с выдержкой

20 времени, равной времени успокоения чсистемы (например 5Tg), если же раньше появляется импульс на выходе яблока 12, он возвращает триггер 24 и элемент времени 29 в исходное со-

стояние. Временная диаграмма описанного процесса приведена на фиг. 2 (для большей наглядности процесс показан без соблюдения масштаба).

30 Предлагаемое устройство для автоматического управления электрическим рёлсимом дуговой электропечи обеспечивает высокую точность управления электрическим режимом, повьш1ает про35 изводительность печи, снижает количество поломок электродов и выхода из строя печного оборудования.

Н 20

t JT

f

уГ

flpw.r

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащее для каждой фазы блок измерения управляющего напряжения дуги, входы которого соединены с датчиком тока, датчиком фазного напряжения и датчиками первой производной тока дуги по времени двух других фаз, a выход соединен с первым входом блока т авнения, второй вход которого подключен к блоку.опорного напряжения, a выход через операционный усилитель с обратной связью связан с исполнительным механизмом перемещения электрода, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности управления электрическим режимом, оно снабжено блоком определения частоты колебания сигнала рассогласования, блоком обнуления, блоком триггера, блоком счетчиков, генератором эталонных частот, блоком дешифраторов, инвертором, элементом совпадения и блоком шунтирования, вход блока-определений частоты колебания сигнала рассогласования соединен с выходом блока сравнения, a его выход через.блок обнуления соединен с первым входом блока счетчиков, второй вход которого подключен : к генератору эталонных частот, a О) вькод через блок дешифраторов и инвертор - к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом блока определения частоты колебания сигнала рассогласования, a выход - с первым входом блока триггера, соединенного вторым входом с выходом блока определения частоты колебаний сигнала рассогласования, a выходом - с входом блока щунтирования, выход которого связан с цепью обратной связи операционного усилителя.