Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги трехфазной дуговой электропечи Советский патент 1985 года по МПК H05B7/144 G01R23/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения информативталк значений гармонических составлякщих тока дуги при полз чении информации о ходе технологического процесса в дуговых электропечах.

Известно устройство для измерения значений гармоник тока дуги, содержащее датчик мгновенного значения тока дуги, соединенный выходом с входом анализатора, и регистрирующий прибор р .

Недостатком этого устройства Является низкая точность измерения информативных значений гармоник тока дуги.

Наиболее близким по технической сутцности к изобретению является устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи, содержащее в каждой фазе измерения п полосовых 4 шьтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через масштабируклдай усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока дуги, а его выход подключен к управляющему входу маспггабирукщего усилителя, и регистрирующий приборp

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения информативных значений гармоник тока дуги ввиду того, что значения гармоник тока контролируются на всем диапазоне изменения тока, включая режимы короткого замыкания и близкие к нему и режимы прерывистого горения тока дуги, а значения гармоник в этих режимах ие иесут информации о ходе технологического процесса.

Целью изобретения является повышение точности измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее в каждой фазе измерения п полосовьсс фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которйлк через масштабирукядай усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значекия тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока.

дуги, а его выход подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя и регистрирующий прибор, дополнительно снабжено п выпрямителями, п блоками выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, датчиком тока дуги и вторым блоком сравнения, при этом выход каждого полосового фильтра через последовательно соединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала подключен к входу регистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, а его выход - с входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу каждого блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала.

Блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операционного усилителя соединен со своим инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, один из выводов резистора является входом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, его второй вьшод через ключ соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, к которому подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к выводу, предназначенному для заземления.

В предлагаемом устройстве информативные значегакя гармоник тока дуги измеряются и усредняются лишь в таки электрических режимах работы печи, в которых значения гармоник тока дуги являются источником информации о ходе технологического процесса в дуговой электропечи - информативных режимах, т.е. в режимах, где имеется наибольшая связь между физико-химическими процессами, происходящими в печи, обусловленными технологией выплавки стали, и формой кривой тока дуги. Электрические режимы работы печи, в которых значения гармоник тока дуги (электрода) определяются в основном длиной дуги и мало зависят от условий горения печной дуги (температуры в ванне печи, формы и с остава шихты, физико-химического 3 состояния расплава и др.) - неинфор мативные режимы. Последние исключаю ся из режимов, в которых происходит усреднение измеренных значений гармоник тока дуги. В этих режимах гармоники тока дуги принимают экстремальные значения (минимальные в режимах эксплуатационного короткого замыкания и близких к нему, и максимальные - в режиме прерывистого горения дуги). Поэтому исключе ние из процесса усреднения измеренных значений гармоник в неинформатив- ных режимах приводит к уменьшению нестационарности случайного процесса изменения информативных значений гармоник. В предлагаемом устройстве определение этих режимов осуществляется путем контроля величины тока дуги посредством датчика тока дуги и бло ка сравнения. Выходной сигнал блока сравнения указывает в каком режиме находится рабочая точка А печи и яв ляется управлякпф1м сигналом устройств выборки-хранения усредненного значе ния входного сигнала во всех каналах измерения гармоник. Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря исключению из процесса усреднения значений гармоник, измеренных в неинформативных режимах, повьнпается точность измерения информативных значений гармоник тока дуги. На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства дшя измерения информативных значений гармоник тока дуги дуговой электропечи; на фиг. 2 - схема блока выборки-хранения усредненного эыачеиия входного сигнала; на фиг.З статическая характеристика блока сравиения где U,, и Ug - соответственно входное и выходное напряжения блока сравнения, U, и Uj соответ ственно юсжний и верхний пороги пе.реклкгаения; на фиг. 4 - зависимость тока дуги Ig от напряжения на дуге Uj электропечной установки, где Э чм ) %ает рабочая точка печи, соответствующая-установленному элек трическому режиму дуговой электропечи (Ugjjp и Ig , - напряжение и ток дуги, соответствующие электри ческому режиму,1 - ток эксплуатационного трехфазного короткого замыкания электропечи , 11 и Т зна чения токов дуги, ограничивающие об 474 ласть информативных электрических режимов работы электропечи). Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги в каждой фазе измерения содержит датчик 1 мгновенного значения тока дуги, выход которого соединен с входом масштабирующего усилителя 2, выход которого соединен с входами полосовых фильтров 3. Выход полосе-; вого фильтра 3 первой гармоники через блок 4 сравнения соединен с управляницим входом масштабирующего усилителя 2. Устройство содержит также п выпрямителей 5, п блоков 6 выборки-хранения усредненного зна чения входного сигнала. Выход каждого полосового фильтра 3 через последовательно соединенные вьпрямитель 5 и блок 6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала подключен к соответствующему входу регистрирующего прибора 7. Датчик 8 тока дуги подключен входом к выходу датчика 1 мгновенного значения тока дуги, выходст - к входу блока 9 сравнения, а выход блока 9 сравнения соединен с управляющими входами каждого блока 6 выборки- хранения усредненного значейия входного сигнала. Блок 6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит операционный усилитель 10, выход которого является выходом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала и соединен с инвертируюпщм входом операционного усилителя 10, а его неинвертнрукнций аход через последовательно включенный ключ 11 и резистор 12 соединен с входом блока 6 .вьйорки-храненкя усредненного значения входного сигнала. Конденсатор 13 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 10 и нулевой точкой устройства . Устройство работает следующим образом. В процессе работы дуговой элек- i тропечи ток дуги изменяется в широком диапазоне: от максимального значения 1ц3 (короткое замыкание) до нуля (обрыв дуги). Поэтому в устройствё анализируются отношения высших гармонических составляющих тока дуги к первой гармонической составлякяцей. Исследуемый сигнал, снимаемый с выхода датчика 1 мгновенного значе1шя така дуги, постзшает на вход масштабирующего усилителя, которьй вычисляет отношение входного сигнала к первой гармонической составляющей. Это осуществляется путем изменения коэффициента передачи масштабирующего усилителя 2 в функции модуля напряжения отрицательной обратной связи, охватьшающей полосовой фильтр первой гармонической составляющей (50 Гц). Обратная связь реализуется блоком 4 сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра 3 первой гармоники, а выход блока 4 сравнения - с управляющим входом масштабирующего усилителя 2. Сигнал на выходах полосовых фильтров 3 равен sin (п wt)M (1) соответственно амплигде А , и А туды первой и п-й гармоник тока дуги; 00 - угловая частота первой гармоники; М - масштабный коэффициент С выходов полосовых фильтров 3 сигналы поступают на входы выпрямителей 5, которые представляют собой например, двухполупериодные вьтрями,тели. Выходные сигналы выпрямителей 5 поступают на входы блоков 6 выборки хранения усредненного значения вход ного сигнала. Эти блоки могут работать в двух режимах: в режиме отсле живания усредненного значения входного сигнала и в режиме хранения усредненного значения входного сигнала. Переход с режима на режим определяется управляющим сигналом, которьй снимается с выхода блока 9 сравнения и управляет состоянием ключа 11. В качестве ключа 11 может 6bfFb использован, например, аналого вый ключ, вьшолненный по известным схемам на МОП-транзисторах. В режим отслеживания управляющий сигнал равен О, что соответствует закрытому состоянию ключа 11 (фиг. 2). В этом режиме происходит усреднение входного сигнала посредством фильтра низкой частоты, элементами которого являются активное сопротивлени 12 и конденсатор 13 и повторение усредненного значения на выходе операционного усилителя 10 (на выходе блока 6 выборки-хранения). Постоянная времени фильтра низкой частоты Т определяется из требуемого усреднения измеряемой величины и ее величину можно вычислить, например, по формуле1 / Г, Г Vd Ь где Dj - дисперсия неусредненного значения измеряемой величины; требуемое среднеквадратическое отклонение усредненного значения измеряемой величины; о - постоянная времени аппроксимирующей экспоненты на начальном участке кривой корреляционной функции исходного неусредненного сигнала. Так как постоянная времени фильтра низкой частоты Т равняется Т .R-C где R и С - соответственно величины .активного сопротивления 12 и емкости конденсатора 13, то,задаваясь, например, величиной емкости конденсатора 13, можно определить величину активного сопротивления 12. Если выходной сигнал блока сравнения принимает значение 1, то ключ 11 открьтается, и устройство 6 выборки-хранения переходит в режим хранения, т.е. напряжение на выходе операционного усилителя 10 постоянно и равно усредненному значению входного сигнала в момент размыкания ключа 11. С выходов блоков 6 выборки-хранения усредненные значения гармоник поступают на соответствующие входы регистрирующего прибора. Переход блока 6 выборки-хранения с режима на режим осуществляется в функции тока дуги 1 посредством датчика 8 тока дуги и блока 9 сравнения. Датчик тока дуги определяет, например, эффективное значение тока дуги, которое поступает на вход блока 9 сравнения. Блок 9 сравнения определяет,в каком электрическом режиме - информативном или неинформативном - находится в данный момент времени рабочая точка А печи. Это осуществляется путем контроля тока дуги и сравнения его с заданны ми значениями. Если рабочей точке печи в данный момент времени соответствует ток дуги Ij i I х- е 1|г5 или О Id I, (фиг. 4) - что COOT ветствует неинформативному электрическому режиму - то на выходе блока сравнения 9 сигнал равен 1 (фиг.З а при токах дуги Ij -с If 1 - информативный электрический режим - н выходе блока 9 сравнения сигнал равен О, Блок 9 сравнения предста ляет собой двухпороговый компаратор и может быть реализован по известно схеме-на основе.микросхемы 521СА1. Величины напряжения нижнего U и верхнего и„ порогов переключения блока 9 сравнения устанавлива11Тся пропорциональными значениям токов 1 и Ij соответственно. Величину тока Ij можно ориентировочно принят равной (0,85 - 0,9)1 к,, а значение тока 1 доя данной печи опреде/.яет ся следующим образом: сначала по из вестной зависимости относительной величины напряжения дуги /} от отношения реактивного сопротивления электропечной установки к активному определяется напряжение дуги, соответствующее границе непрерывного и прерьшного процессов горения дуги, а затем по зависимости 1 f(Ug) ток дуги 1, соответствуюш сй этому напряжению (фиг. 4). Вычисленные значения токов дуги 1 и Ig уточняются в процессе наладки. Таким образом, в процессе работы дуговой электропечи представляется возможность посредством датчика 8 тока дуги и блока 9 сравнения оперативно определять информативные и неинформативные электрические режимы и управлять режимами работы блоков 6 выборки-хранения усредиенного значения входного сигнала. Одновременно с этим напряжения () с выходов полосовых фильтров 3 через выпрями тели 5 поступают на входы блоков 6 выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, которые производят текущее усреднение вкодного сигнала (если рабочая точка находится в ин11)ормативном режиме) или хранят НА выходе усредненное значение входк го сигнала на временном интервале, когда рабочая точка печи находится в неинформативном режиме. Усредненные информативные значения гармоник, снимаемые с выходов блоков 6 выборки-хранения, поступают на соответств5гющие входы регистрирующего прибора. В предлагаемом устройстве благодаря исключению из процесса усреднения значений гармоник, изнереннык в неинформативных электрических режимах работы дуговой электропечи по- вьппается точность измерения информативных значений гармоник дуге. Кроме того, в предлагаемом устройстве уменьшается дисперсия усредненных значений гармоник, что позволяет уменьшить постоянную времени усреднения и, как следствие, увеличить быстродействие процесса измерения информативных значений гармоник тока..

1.УСТРОЙСТБО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ЗНАЧЕШЙ ГАРМОНИК ТОКА ДУГИ ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ содержащее в каждой фазе измерения п полосовых фильтров, настроенных на измеряемые гармоники тока, входы которых через масштабирующий усилитель соединены с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, блок сравнения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра первой гармоники тока дуги, а его выкод подключен к управляющему входу масштабирующего усилителя, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повьшенйя точности измерения информативных значений гармоник тока дуги, оно дополнительно снабжено п вьшрямителями, п блоками выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, датчиком тока дуги и вторым блоком сравнения, при этом выход каждого полосового фильтра врез последовательно соединенные выпрямитель и блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала подключен к входу регистрирующего прибора, вход датчика тока дуги соединен с выходом датчика мгновенного значения тока дуги, а его выход соединен с входом второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу каждого блока выборки-хранения усредненного сл значения входного сигнала. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок выборки-хранения усредненного значения входного сигнала содержит резистор, ключ, конденсатор и операционный усилитель, при этом выход операцион-йь ного усилителя соединен со своим qD 4 инвертирующим входом и является выходом блока выборки-хранения усред ненного значения входного сигнала, один из выводов регистра является входом блока выборки-хранения усредненного значения входного сигнала, его второй вывод через ключ соединен с неинвертирующим входом опера ционного усилителя, к которому подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к вьшоду, предназначенному для заземления.

Ю

12 11

13 Т

Фаг 2

Фаг.1

8ш

«I,

Фиг.З

К.З

ФшЛ