Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи Советский патент 1985 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротермин. По основному авт.св. № 1042211 известен регулятор мощности дуговой многофазной печи, содержащий для каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и датчики , Тока и напряжения дуги, подключенные выходами к входам блока сравнения, выход которого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фазы, подключенный к управляющему входу дросселя, блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя с входом которого соединен выход блока регулирования тока дуги, к входам которого.подключены датчик и задатчик тока дуги СО Недостаток этого регулятора увеличение; содержания высших гармонических составляющих в кривой тока дуги, что приводит к снижению производительности печи и увеличению потерь в печном трансформаторе и питающей сети. Это является следствием того, что в процессе регулирования электрического режима эквивалентное значение индуктивного сопротивления дросселя изменяется пУтем шунтирования всего дросселя на определенную часть полупериода питающего напряжения, чем вносится нелинейность в цепь протекания тока дуги. А так . как индуктивное сопротивление дросселя соизмеримо с сопротивлениями других элементов силовой цепи электропечной установки, то это приводит к существенному увеличению содержани высщих гармонических составляющих в кривой тока дуги. Цель изобретения - повьщ1ение качества регулирования путем снижения содержания высших гармонических составляющих тока дуги. Поставленная .цель достигается тем,что в регуляторе мощности дуговой многофазной электропечи регулируемый дроссель вьтолнен по крайней мере двухсекционным, блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя вьшолнен с числом каналов, равным числу секций дросселя, выход каждого канала подключен к соответствующей секции дросселя, а вход каждого канала связан с выходом блока регулирования тока дуги через дополнительно пведенныи элемент Зона нечувствительности - ограничение.. На фиг. 1 представлена функциональная схема прелчагаемого регулятора мощности дуговой многофазной электропечи при использовании пяти элементов Зона нечувствительности ограничение; на фиг-. 2 - диаграммы настройки отдельных элементов Зона нечувствительности - ограничение . (а, б, в, г, д) т.е. зависимости напряжения на выходе отдельного элемента Зона нечувствительности ограничение (Ug,,) от его входного напряжения (U g,) . Регулятор для каждой фазы содержит датчик 1 тока дуги, датчик 2 напряжения дуги, выходы которых соединены с входами блока 3 сравнения, а сигнал с вькода последнего поступает на вход усилителя 4. Выход усилителя 4 соединен с входом исполнительного механизма 5, выходной сигнал которого воздействует на положение электродов. Входы блока 6 регулирования тока дуги подключены к выходу датчика 1 тока дуги и к выходу задатчика7 тока дуги, а выход блока 6 соединен с входами элементов Зона нечувствительности и ограничение 8 - 12, выходы которых соединены с соответствующими входами каналов 13-17, блока 18 регулирования индуктивного опротивления дросселя, а выход каждого канала подключен к соответствующей секции дросселя 19. Управляющие электроды каждой пары встречно-параллельно включенных тиристоров блока 18 подключены к выходам своих элементов импульсно-фазового управления 20-24, входы которых являются входами каналов блока 18 регулирования индуктивного сопротивления росселя. . В предлагаемом регуляторе отработка возмущений электрического режима производится двумя независимыми контурами регулирования. Первый контур регулирования, включающий датчик 1 тока дуги, датчик 2 напряжения дуги, блок 3 сравнения, усилитель 4 и исполнительньй механизм 5, осуществляет отработку возмущений электрического режима, вызвавших смещение рабочей точки печи в сторону короткого замыкания или обрыва дуги, путем перемещения электрода в сторону ликвидации- возмущения. В этом контур реализован известный дифференциальны закон регулирования электрического режима, а в качестве регулируемого параметра ( используется разность сигналов, пропорциональных току дуги 3, и напряжению дуги U . Upc, - л , где а и b - постоянные коэффициенты, определяющие установку регулятора. Установленному режиму работы электропечи, который определяется равенством напряжения и тока дуги установленным значениям (3 ст и ), соответствует нулевое значение регулируемого параметра 0. Этот контур регулирования представляет собой электромеханическую систему и обладает низким быстродействием. Быстродействие его ограничено с одной стороны максимальной скоростью перемещения электрода, определяемой областью устойчивой работы регулятора, а с другой стороны - максимальным ускорением привода, определяемым механической прочностью электрода и электрододержателя. Помимо инерционности элект,ромеханической системы перемещения ;электрода, увеличивающей время регулирования, отрицательное влияние на быстродействие Этого контура оказывают запаздывания, воз1Л1кающие за счет люфтов, зазоров и проскальзываний.. , . Второй контур регулиройания включает датчик 1 тока дуги, задатчик 7 тока дуги, блок 6 регулирования тока дуги, элементы Зона нечувствитёльности - ограничение 8-12, блок 18 регулирования индуктивного сопротивления дросселя и многосекционный дроссель 19. Этот контур, представля собой чисто электрический контур регулирования, обладает высокие быстродействие м (постоянная времени регулирования Т 0,005-0,01 с) и компенсирует возмущений путем автоматического регулирования эквивалент ного значения индуктивного еопротивт 11ения дросселя 19 в функции увеличения . тока дуги над заданным g . При от работке возмущений электрического реж ма в диапазоне частот 0-5 Гц благодаря высокому быстрбдействию этот контур регулирования является квазиастатичё ским по току дуги, а при отработке возмущений типа скачка (например, внезапного короткого замыкания) время ,регулирования составляет порядка 0,02-0,03 с. Каждая секция дросселя . 19, на которые он разделяется при изготовлении, шунтируется двумя встречнопараллельно включенными тиристорами, входящими в состав блока 18 регулирования индуктивного сопротивления дросселя. Минимальное, но не менее двух, количество секций дросселя можмо определить по формуле: , где - расчетное напряжение дросселя;noъr повторяющееся напряжение шунтирующих секций дросселя тиристоров. Управление каждой парой встречнопараллельно включенных тиристоров осуществляется от своегоканала импульсно-фазового управления, в функции которого входит формирование и регулирование фазы управляющих импульсов для каждого из тиристоров данной пары. Регулирование фазы управляющих импульсов осуществляется в функции напряжения управления Uy , которое поступает на вход данного канала (т.е. на соответствующий йход канала блока 18 регулирования индуктивного сопротивления дросселя) с выхода соответствующего элемента Зона нечувствительности - ограничение. Изменение напряжения управления и на входе канала импульснофазового управления от нуля до максимального значения U „ вызывает изменение угла открывания тиристоров, подключенных К выходу этого канала, относительно точки естественного открывания от.минимального значения I et(f до максимального соплах Каждый из каналов импульсно-фазового управления, входящих в состав блока t8 регулирования индуктивного сопротивления дросселя, может быть реализован, например, на основе системы ймпульсно-фазового управления однофазного тиристорного регулятора. напряжения типа РНТО-ЗЗО-бОО. Элементы Зона нечувствительности ограничение предназнанейы для формирования напряжения управления соответствующих каналов импульсно-фазо- , вого управления в функции напряжения О на выходе блока 6 регулирования тока дуги. Каждый элемент Зона нечувствительности - ограничение может быть реализован, например, по известным схемам на диодна-резистор ных элементах. Для настройки отдель ных элементов Зона нечувствительности - ограничение необходимо определить напряжение на входе i-ro элемента U , соответствующее началу открытия этого элемента, и напряжение на его входе U; , соответствующее переходу элемента в полностью открытое состояние (фиг, 2), Эти напряжения настройки элементов Зона нечувствительности огранич ение можно определить, например, согласно выражениям: с -,(,;Ч)и. -.-%1 N - расчетный но где л 1,2,3, мер Настраинаемого элемента Зона нечувствител ности - огра ничение ; максимальное напряжение н выходе блока регулировани тока дуги; количество элементов Зона нечувс вительности ограничение Величина максимального сигнала на вькодах элементов Зона нечувствительности - ограничение устанавлиыается равной максимальному значени сигнала управления соответствующего канала импульсно-фа.зово.го управления Блок регулирования тока дуги 6 предназначен для формирования сигнгш управления, поступающего на входы Зона нечувствительнооти элементов в фуйкции разности фак ограничение тнческого значения тока дуги, посту паюп1его с выхода датчика 1 тока дуг и заданного значения тока стабилиза ции, поступающего с выхода задатчик 7 тока дуги. Блок 6 регулирования тока дуги может иметь, например, пропорционально-интегральную харак80бтеристику и может быть реализован на стандартных устройствах, входящих в состав унифицированной блочной системы .регулирования (УБСР-АИ), Задатчик 7 тока дуги может представлять собой, например, потенциометр напряжения,«а величина его выходного напряжения пропорциональна значению О, А-СТ I. В процессе работы регулятора при отработке возмущений электрического режима, вызывающих увеличение тока дуги над величиной тока стабилизации Лд ст 9 необходш о изменять величину эквивалентного индуктивного сопротивления дросселя X Др. зкв oi максимального значения (короткое замыкание) до нуля (при 3 Э.ст) Это осуществляется в функции выходного напряжения U блока о регулирования тока дуги путем изменения соотношения между числом секций дросселя, постоянно включенных на протяжении всего полупёриода питающего напряжения (dL оС,) , эквивалентное, индуктивное сопротивление которых максимально, и числом секций, которые включены на минимальную часть полупериода питающего напряжения (соответствующему (iC ) эквивалентное индуктивное сопротивление этих секций равно минимальному, приближающемуся к нулю, значению, а также путем изменения эквивалентного индуктивного сопротивления одной из секций дросселя посредством регулирования угла открывания тиристоров этой секции в диапазоне oi. «( ot , что приводит к изменению эквивалентного индуктивного сопротивления этой секции от минимального до максимального значения, В процессе регулирования выходное напряжение U блока 6 в любой момент времени принадлежит диапазону JJ одного из элементов (i-ro) Зона Нечувствительности - ограничение, а.выходное напряжение этого элемента посредством соответствующих канала иМпульсно-фазового управления и пары встречно-параллельно включенных тиристоров Приводит к установлению Соответствующего этому напря- женйю угла ot открывания тиристоров, а значит и к установлению соответствующей величины эквивалентного индуктивного сопротивления i-й секции дросселя, при этом выходной сигнал элементов Зона нечувствительности ограничение, расчетный номер которых меньше , равен максимальному значению, т.е. эквивалентное индуктивн сопротивление соответствующих им се ций дросселя равны максимальным зна чениям, а в остальньк элементах Зо нечувствительности - ограничение, расчетный номер которьгх больше i , выходной сигнал равен нулю, значит, эквивалентные индуктивные сопротивления соответствующих им секций равны минимальному значению. При изменении напряжения U в процессе регулирования изменяется угол о, а значит, и величина эквивалентного индуктивного сопротивления одной из секций дросселя изменяется от минимального к максимальному значению, а также перераспределяется число секций, постоянно включенньк на протяжении всего полупериода питающего ,напряжения, и число секций, включенньк на минимальную часть полупериода питающего напряжения, т.е. происходит-регулирование величины эквивалентного индуктивного сопротивления дросселя, равного сум ме эквивалентных индуктивных сопротивлений дросселя. Нелинейным элементом в этом случае является индуктивное сопротивление одной из секций дросселя,, время включения которой на протяжении полупериода питающего напряжения регулируется путем изменения oi. Так как величин индуктивного сопротивления этой Сек ции составляет небольшую величину по отношению к величине индуктивного сопротивления дросселя () и по отношению к другим сопротивления электропечи в процессе, отработки возмущений, то нелинейность, вносимая в цепь протекания тока дуги, при таком способе регулирования эквивалентного индуктивного сопроти ления дросселя сводится к минимуму. Регулятор работает следующим образом. . . . ,. Пусть под одним из электро чов печи возникло возмущение, вглзвавшее увеличение тока дуги надзаданным значением .ст . Разность сигнало пропорциональных фактическому и заi данному значению тока дуги, снимаемых с выходов датчика 1 и зйдатчика 7 тока дуги соответсТв:ейно, |поступает на вход блока 6 регулирования тока дуги и определяет его выходное напряжение. Величина этого напряжения определяет в Соответстви с диаграммами настройки- отдельных элементов Зона нечувствительности ограничение вькодные напряжения этих элeмeнtoв, т.е. напряжения на соответствующих входах блока регулирования индуктивного сопротивления дросселя, которые посредством соответствующих каналов импульсно-фазового управления и пар встречнй-параллельно включенных тиристоров, входящих в состав блока 18 регулирования индуктивного- сопротивления дросселя, устанавливают такую величину эквивалентного индуктивного српротивле-. ния дросселя, при котором в силовой цепи Устанавливается заданное значение тока дуги Лд.ст Одновременно сигналы с выходов датчика t тока дуг.и и датчика 2 напряжения дуги, поступающие на входы блока сравнения . 3, вызывают на его выходе появление сигнала рассогласования, знак и величина которого посредством усилителя 4 и исполнительного механизма 5 приводят к перемещению электрода в направлении ликвидации рассогласования. Йри перемещении электрода в прхоцессе ликвидации рассогласования изменяется вьЕходное напряжение блока 6 регулирования тока дуги, величина котораго определяет требуемое для поддержания заданного тока дуги л.ет значение эквивалентного индуктивного сопротивления дросселя. Благодаря высокому быстродействию второго контура (постоянная времени блока 18 регулирования индуктивного сопротивления дросселя Т 0,0050,01 с) процесс восстановления установленного значения тока дуги . происходит при токе, равном току стабилизации 1 При отработке регулятором возмущений электрического режима, вызывающих уменьшение тока Дуги от заданного значения, вькодное напряжение блока 6 равно нулю, а эквивалентное индуктивное сопротивление дросселя равно минимальному значению, соответствующему углу ti,4n. Таким обра:зам, благодаря введению линейного индуктивного сопротивления в цепи протекания тока дуги которое составляют секции дросселя, посто.янно включенные на протяжении всего папупериода питающего напряжения, и уменьшения величины нелинейного индуктивного сопротивления, вносимо-

9 .1159

го в силову о цепь тока дуги лишь одной секцией дросселя, при работе регулятора происходит существенное снижение содержания высших гармонических составляющих тока дуги, j которые как известно, увеличивают активное сопротивление силового контура из-за поверхностного эффекта и особеннб его индуктивное сопротивление, вследствие чего снижается to полезная мощность печи и ухудшаются технико-экономические показатели ее работы. Поэтому при работе регулятора, благодаря снижению содержания высших гармонических составляющих тока дуги д увеличивается мощность, выделяемая , в дугах, а значит, и производительность электропечи, увеличивается также электрический коэффициент полезного действия и уменьшается удёль-2о ный расход электроэнергии. Снижение содержания высших гармонических составляющих тока дуги.при работе регу0 0

лятора приводит к уменьшению коэффициента несинусоидальности напряжения в общей точке электрической сети общего назначения, от которой питается дуговая электропечь, что также является преимуществом данного регулятора. Так как коэффициент мощности электропечной установки при наличии высших гармонических составляющих тока дуги прямо пропорционален крэффициенту искажения, то благодаря снижению уровня высших гармонических , составляющих тока дуги при работе регулятора повьш1ается коэффициент мощности и, как следствие,. .снижается необходимая.мощность компенсирующих устройств. ..

Предлагаемое устройство можно использовать для регулирования электрического режима экстшуатируездк,, серийно выпускаемых и проектируемых дуговых электропечей.

РЕГУЛЯТОР МОДНОСТИ ДУГОВО МНОГОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ по авт.св. № 1042211, отличающийся тем, что, с целью повьшения качества регулирования путем снижения содержания высших гармонических составляю- . щих тока дуги, регулируемый дроссель вьтолнен по крайней мере двухсекционным, блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя выполнен с числом каналов, равным числу секций дросселя, выход каждого канала подключен к соответствующей.секции дросселя, а вход каждого канала связан с выходом блока регулирования тока дуги через дополнительно введеиньй элемент Зона нечувствительности-отраничение.