Способ стабилизации режима потребления электроэнергии дуговой трехфазной электропечи Советский патент 1988 года по МПК H05B7/148 

(21)Д15А645/24-07

(22)02.12.86

(46) 15.06.88. Бюл. № 22

(71)Центральное производственно- техническое предприятие Центроэнер- гочермет

(72)О.А. Бадажков, И.А. Игнатов, Р.В. Минеев, В.Г. Борисов,

Н.В. Мойкин и В.Ф. Кудряшов

(53)621.365.22(088.8)

(56)Справочник Электрооборудование и автоматика электротермических ycTaiiOBOK, M.J Энергия, 1978.

IRON and Steel. Pittsburg, April 1977, vol. 54, Number- 4.

(54)СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЖИМА ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДУГОВОЙ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

(57)Изобретение относится к электротехнике . Цель - снижение расхода энергии и уменьшение бросков тока. Для этого изменяют фазу измеряемых токов

и напряжений на величину не более 1/36 периода питакщего напряжения, сравнивают амплитуды измеренных и сдвинутых по фазе токов и напряжений и в моменты их равенства, индивидуально для каждой дуги электрода, формируют первые и вторые сигналы по требуемому закону, сравнивают первые и вторые единичные сигналы-импульсы

и в моменты их несовпадения формируют третьи единичные сигналы-импульсы длительностью не более 1/200 периода питающего напряжения сети, сравнивают количество третьих сигналов-импульсов с заданным за каждые 0,5-20 периодов питающего напряжения сети и уменьшают напряжение на обмотках фаз печного трансформатора, питающего данньй электрод до 0,25 от номинального напряжения пропорционально возникающему сигналу рассогласования, причем управление ведут при количестве измеренных третьих сигналов-импульсов, меньшем заданного на период питающего напряжения сети или равном ему. При последунщем коротком замыкании второго и .третьего электродов напряжение на их совместной обмотке уменьшают до нуля присоединении нагрузки в треугольник, а при соединении нагрузки в звезду напряжение уменьшают до нуля на обмотках второго и третьего электродов. При коротком )кании в печи дополнительно отключают, регулятор мсхцно- сти фазы и подают сигнал на ускоренное перемещение электрода вверх до момента получения нулевого сигнала рассогласования между заданными и измеренными третьими сигналами-импульсами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

I

О9

1э чбретенис относится к области : лектр отермии, а и 4енно к способам регулирования тока электропечи, и может быть использовано в дуговых электропечах различньЬс типов, мощностей и емкостей.

Цель изобретения - снижение расхода энергии и y eньшeниe бросков тока

На фиг. 1 показаны в течение 1 периода: график мгновенных значений измеренного напряжения U, график мгновенных значений сдвинутых по фазе измеренного напряжения U , гра фик первого единичного импульса а, график мгновенных значений измеренного тока i, график мгновенных значений сдвинутого по фазе измеренного тока i , график второго единичного импульса а, график третьего единич- ного импульса а.

На фиг. 2 - зависимость количества просуммированных третьих импульсо п за секунду от длины дуги при состоянии фазы в печи, близком к короткому замыканию. Нижняя граница количества просуммированных третьих импульсов за секунду соответствует ко роткому замыканию фазы. Верхняя граница соответствует началу развития Короткого замыкания. Количество тре- |тьих импульсов, 400 имп/с., соответствующее верхней границе состояния фазы, близкой к короткому замыканию, принимают за заданное.

На фиг. 3 показанр изменение напряжения на обмотке печного транс- |форматора дпя любой фазы, которая находится в состоянии, близком к короткому замыканию, при условии, что другие фазы да.пекй от этого состояния.

На фиг.. 4 показано изменение напряжения на обмотке печного трансформатора для любой фазы, которая Находится в состоянии, близком к ко роткому замыканию, при условии, что одна из других фаз уже находится в этом состоянии.

Из фиг 3 и 4 следует, что напряжение на обмотках печного трансформатора уменьш;1ют пропорционально увеличению сигнала рассогласования между количеством измеренных третьих импульсов и заданным п,дд до состояния короткого замыкания фазы, а также, что при коротком замыкании любого из трех электродов напряжение на соответствующей ему обмотке будет y тeньшeнo до 0,25 от номин.ч тыюго

5

g 5 0

0

5

0

5

0

5

и, а при последукяцем заьп 1клнии второго и третьего электродов па соответствующим им обмотках напряжение уменьшают до нуля.

Диапазоны изменения предлагаемых параметров и последовательность операций связаны с получением достоверной информации о состоянии дугового разряда в печи с точностью, необходимой для обеспечения работоспособности предлагаемого технического решения.

Из фиг. 1 видно, что число третьих импульсов .является количественной оценкой степени нелинейности электрической дуги, ее отсутствия или наличия, а также приближения к крайним режимам: короткому замыканию или обрыву при логическом сравнении двух электрических сигналов, являкяцихся сигнатурными характеристиками первой производной напряжения дуги по ее току.

Величина сдвига по фазе измеряемых токов и напряжений не может быть более 1/36 периода питающего напряжения в силу следующих обстоятельств. В реальном случае форма кривых токов и напряжений имеет большее количество точек перегибок, чем это указано на фиг. 1. Осциллографирование формы кривых токов и напряжений на действующих печах показало, что они имеют локальные изменения, укладывающиеся в предлагаемый диапазон по своей д,пительности. Такая форма кривых токов и напряжений особенно ха:- рактерна для периода расплавления. Таким образом, если сдвиг по фазе больше 1/36 периода питающего напряжения, часть перегибов кривых токов и напряжений дуги йе регистрируется и полученные в результате сргшнения первые и вторые импульсы не несут достоверную информацию о состоянии дуги,, При нормальном развитии дуги мы можем получить ложную информацию о том, что контролируемая фаза дуги близка к короткому замыканию и, следовательно, уменьшение напряжения на ней не только не приводит к достижению поставленной цели, но и снижает общие технико-экономические показатели печи.

При сдвиге по фазе меньше 1/36 периода регистрируют не менее 75% точек перегибов кривых токов и же кий дуги, что достаточно п-ля

получения достоверного суждения о состоянии дугового разряда.

При сдвигах, меньших 1/72 периода питающего напряжения, могут появляться сбои в работе элементов схемы из-за ограниченной разрешаемой способности имегацихся в настоящее время средств электроники, что и наблюдалось при экспериментальном опробовании, а при нулевом сдвиге схема вообще становится неработоспособной по своей физической сущности.

При длительности третьих импульсов, большей 1/200 периода питающего напряжения, происходит наложение данных импульсод друг на друга вследствие их большой частоты следования, особенно в период горения развитой дуги. Таким образом, в данном случае мы также можем получить ложную информацию о том, что контролируемая фаза близка к короткому замыканию. Получить положительный эффект при таких погрешностях невозможно.

При длительности третьих импульсов меньших 1/200 периода питающего напряжения их наложения друг на друга не происходит и суммарное количество за заданное время квантования несет достоверную информацию о состоянии дугового разряда, а отработка возникающих состояний дуг, близких к корЪткому замыканию, позволяет получить указанный положительный эффект.5 ходит развитие короткого замыкания

В общем случае длительность третьих импульсов устанавливают, исходя из частоты, на которой работают элементы их переноса и суммирования, а также количества последовательно соединенных элементов, осуществляющих перенос и суммирование импульсовj -но не более 1/200 периода питакнцего напряжения печи:

электрода печи. При количестве импульсов большем 8 на период, дуга г рит устойчиво и снижение напряжения в этот момент не приводит к достиже

40 нию цели, а наоборот, ухудшает пока затели работы печи. Данный вьшод по лучен экспериментально при исследовании динамических вольт-амперных х рактеристик дуг.

де

1

;; it

f,

t

Ьп .

длительность третьих сигналов-импульсов;частота питающего напряжения:

- частота, на которой работают элементы;

- количество последовательно соединенных элементов;

- число смен знаков производной напряжения по току за период при состоянии, близ - ком к обрьшу дуги.

Время квантования должно находиться в интервале 0,5-20 периодов питающего напряжения и может определятт - J ся расчетным или опытнып путем.

При времени квантования большем 20 периодов питакщего напряжения цель не достигается. Это объясняется тем, что короткие замыкания и моменты их 0 формирования длительностью, равной или меньшей 20 периодов питающего напряжения, предлагаемым решением отрабатываться не будет, хотя по своей сути они являются устойчивыми и 5 устраняются системой регулирования перемещением электродов.

Время квантования меньше 0,5 периода питающего напряжения выбирать

нельзя из чисто аппаратурных возмож- 0 ностей: тиристорный ключ может срабатывать не чаще чем 1 раз в полпериода, т.е. за время, равное 0,5 периода питающего напряжения возможно определить состояние дугового разряда, а в следукяцее время 0,5 периода осуществить при необходимости управление. Ограничение управления по предлагаемому техническому решению до величины измеренных третьих импульсов, 0 равной 8 на период питающего напряжения, связано с тем, что именно при количестве третьих импульсов, начиная с 8 на период питающего напряжения в сторону их уменьшения, происэлектрода печи. При количестве импульсов большем 8 на период, дуга горит устойчиво и снижение напряжения в этот момент не приводит к достиже-

40 нию цели, а наоборот, ухудшает показатели работы печи. Данный вьшод получен экспериментально при исследовании динамических вольт-амперных характеристик дуг.

45 Снижение напряжения до 0,25 U,, где и - номинальное напряжение, поясняется следующим образом.

Если напряжения на дуге меньше 0,25 DH, то при отработке системой

50 автоматического регулирования перемещением электродов короткого замыкания когда электрод перемещается вверх, дуга может оборваться. Тогда д11я зажигания дуги регулятор начина-

55 ет перемещать электрод вниз до короткого замыкания. Данный режим повторяется до тех пор пока не загорится дуга. Таким образом при снижении на- пряжения меньше, чем на 0,25 UH искусственно создается неустойчивый режим работы регулятору перемещения электродов с потерей производительности печи и увеличением числа следования коротких замыканий т.е. цель не достигается.

При снижении напряжения до 0,25 и„ и вьше режимов повторных зажимов дуг не наблюдалось, как и при Q снижении напряжения до нуля при последующем коротком замыкании второго и третьего электродов.

Диапазоны выбранных параметров опробированы на действующей печи g типа ДСП-20 ЭСЩ-2 завода Электросталь с

Данные сведены в таблицу.

Сдвиг по фазе измеряемых тока и напряжения осуществляют фазосдвига- 20 кяцими устройствами.

Первые и вторые импульсы формируют компаратором.

Третьи импульсы формируют устройствами, выполненными на микросхемах К155ЛА4.

Регуляторы напряжения выполняют на высоковольтных тиристорах.

Пример. Способ для печи промьшшенной частоты питания может 30 выполняться следующим образом.

Измеренные индивидуально в каждой фазе сигналы, пропорциональные мгновенным значениям напряжения и тока дуги, а также сигналы мгновенных 35 значений напряжения и тока, сдвинутые по фазе на 7°, сравниваются и в моменты их равенства формируются соответственно первые и вторые единичные импульсы.40

Передний фронт данных импульсов получали щ)и нечетных номерах равенства амплитуд измеренных и сдвинутых по фазе напряжений и токов, а задний фронт получали при четных 45 номерах равенства амплитуд измеренных и сдвинутых по фазе напряжений и токов.

Далее при второй операции сравнения сравнивают полученные первые и jg вторые сигналы-импульсы и в моменты несовпадения их формируют третьи единичные 1мпульсы длительностью 75 МКС.

Количество третьих импульсов 55 сравнивается при третьей операции сравнения с заданным в каждые 0,1 с и пропорционально возникающему сигналу рассогласования с помощью быстро действ укщих регуляторов напряжения, при приближении к состоянию короткого замыкания любого из трех электродов напряжение на соответствующей обмотке печного трансформатор уменьшают до 0,25 U, а при последующем замыкании второго и третьего электродов на соответствующим им обмотках напряжение уменьшают до нуля, причем управление ведут при количестве измеренных третьих импульсов меньших или,равных заданному - 400 1/с. Одновременно при третьей операции сравнения третьих импульсов с заданным, при коротком замыкании в печи, можно подавать в блок управления регулятором мощности сигнал на ускоренное перемещение электрода вверх до момента получения нулевого сигнала рассогласования между заданными и измеренными третьими импульсами. Состояние короткого замыкания электродов определяется по количеству третьих сигналбв-импульсов, равному 100 1/с.

Применение предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом уменьшить удельный расход электроэнергии на 4-6%, снизить броски тока в энергопередающем тракте дуговой печи, снизить эксплуатационные расходы на 5-8%.

Формулаизобре тения

1. Способ стабилизации режима потребления электроэнергии дуговой , трехфазной электропечи, содержащей печной трансформатор с регулятором напряжения и систему компенсации .реактивной Мсядности реактор-конденсатор, при котором в каждой фазе измеряют мгновенные значения токов, напряжения и фазы тока относительно напряжения, сравнивают измеренные фазы тока с заданньми и изменяют емкость конденсатора или индуктивность реактора до выравнивания общей реактивной мощности системы компенсации и реактивной мощности печи, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода энергии и уменьшения бросков тока, изменяют фазу указанных токов и напряжений дуги на величину не более 1/36 периода питающей сети, сравнивают амплитуды измеренных и измененных по фазе токов и напряжений и в момент их равенства для каждого электрода формируют первые и вторые единичные импульсы по закону,

( 1 , при и- - U; 0,

У I

(о, при U; - U; 0,

и ,2,3...2п; - 1 и i 2, 4, 6...2ni

( 1, при i- - ij О,

1 -ч..

о, при 1- - ij О,

и j 1, 2, 3...2nj - 1 j 2, 4, 6...-2п ,

,, где U;, 1; - измеренные напряжения

и токи дуги;

U; , ij - измененные по фазе напряжения и токи дуги;

-порядковые номера равенства амплитуд измененных по фазе напряжений

и токов;

-первые и вторые единичные импульсы,

сравнивают первые и вторые единичные импульсы и в момент их несовпадения

п;, nj

а,, а

0

5

0

формируют третьи единичные и шульсы длительностью не более 1/200 периода питакнцей сети, сравнивают количестпо третьих импульсов с заданШ)1м р каждые 0,5-20 периодов сети и при наличии рассогласования пропорционально этому сигналу, уменьшают напряжения на обмотках фазы печного трансформатора, питающего данный электрод до 0,25 номинального напряжения, причем уменьшение напряжения ведут при количестве третьих импульсов не более S, на период сети.

2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что после снижения напряжения до 0,25 номинального напряжения на одном из электродов и при возникновении короткого замыкания любого другого электрода уменьшают напряжение на нем до нуля.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при коротком

25 замыкании любого электрода дополнительно отключают регулятор мощности закороченного электрода и ускоренно . перемещают электрод вверх до момента исчезновения сигнала рассогласования

30 третьих единичных импульсов.

(tft

«Л

tl

S

-щ

«Mf

1 yryfe jifMutr

/WywwiM Илааное л /мр«яу AVMff tyttM fftViWff ЩКМФЭрМчЯг

/ г

ore

I

ur

0t/f.2

UH

0,fS

Ut

vrV.3.

Фие.

.

HI-/7