Устройство для определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи Советский патент 1988 года по МПК H05B7/148 

«4

О О5 00 ГС

05

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для измерения градиента потенциала в столбе дуги в системах автоматического управления электрическим режимом дуговых электропечей.

Цель изобретения - повьшение точности измерения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи

Дуговые электропечи представляют собой объект со cлyчaйньnvи изменениями координат электрического режима, таких как ток дуги Ig, напряжение на дуге Ug, длина дуги Lg, градиент потенциала в столбе дуги (Ь и др., вследствие различных действующи случайных возмущений. В частности, случайный характер процесса изменения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи обусловлен случайными: изменениями степени ионизации и температуры в столбе дуги, длины дуги, физико-химического состояния расплава и др. Но в течение определенного временного промежутка, равного 3-4 мин, эти процессы можно считать стационарными и нормальными Поэтому для измерения вепичикы градиента потенциала в столбе дуги /3 следует использовать метод, который основан на рассмотрении статистических характеристик процессов, протекающих в дуговых электропечах, что позволяет значительно повысить точность измерения величины j . Измеренные таким способом значения |3 можно использовать в контурах адаптации систем регулирования электрического режима дуговых электропечей, обладающих высокими динамическими показателями .

Сущность определения величины градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи заключается в следующем. На участках стационарности статист1 1ческих характеристик реал ных процессов, по которым определяются значения |3 , измеренное значение градиента потенциала в столбе дуги принимается постоянным. Продифференцировав выражение для определения величины напряжения на дуге Ug об + + ft La по времени t, получим

dU3 о, ЁЬЗ dt Г dt

где cxi, - постоянная величина, равная сумме анодного и катодного падений напряжения. Из последнего выражения можно записать

1

dUd

dt dUa ,.. dLi dL- ™ dt

ftdL;

Перейдя к конечным приращениям, получим uUg RuLg5 где uUg и &Lg - зависимые случайные стационарные центрированные процессы изменения приращений напряжения на дуге и длины дуги соответственно за временные промежутки величиной it.

Далее, следуя положениям теории метода наименьших квадратов, значение , 3 определим из условия F () М(диз )2 min, где М - символ математического, ожидания.

Из последнего выражения следут, что F(f) - 2м диэйЬз(3 +

.

Учитывая, что D ;

М.ЙЬ| ,L9

.иэ,л1э

где D , дисперсии центрированных случайных процессов uUg ийЬд соответственно; . . второй смешанный центральный момент центрированных случайных процессов uU и лТ-.д, можно записать F(ft) D - 2р,иэ,.1э Р.1.эПродифференцировав последнее выражение по |5 и приравняв к нулю полученное выражение, можно записать

Ш1 OK

dji .uia

0.

2fiD.L9

Из этого выражения можно определить величину градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи

50

как

- iii Jl. i.-

D,

(1)

liLa

Описанный статистический метод определения величины градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи, заключающийся в проведении вычислений, определяемых выражением (1),

кие к ним режимы. Процесс контроля наличия режимов короткого замыкания и близких к ним режимов осуществляется посредством датчика 1 напряжения на дуге и первого элемента 12 сравнения. Сигнал, пропорциональный средневьтрямленному значению напряжения на дуге Ug, с выхода датчика 1 напряжения на дуг поступает на вход первого элемента 12 сравнения. При сигналах на входе первого элемента 12 сравнения, равных О g Ug 6 Ug что соответствует режимам короткого замыкания и близким к ним режимам, его выходной сигнал и устанавливается на уровне 1, а при сигналах Ug Ug выходной сигнал первого элемента 12 сравнения Ugj, равен О. Величину сигнала Ug, можно установить равной Ug (0,03-0,., где Ug - величина напряжения на дуге, соответствующая установленному электрическому режиму работы электропечи Процесс контроля наличия режимов об- рьша дуги и близких к ним режимов осуществляется посредством датчика 13 тока дуги и второго элемента 14 сравнения. Сигнал, пропорциональньй средневыпрямленному значению тока дуги Ig, с выхода датчика 13 тока дуги поступает на вход второго элемента 14 сравнения. При сигналах на входе второго элемента 14 сравнения 0 , что соответствует режим обрыва дуги и близким к нему режимам его выходной сигнал Ug,, устанавливается на уровне l, а при сигналах Ig-ylg выходной сигнал второго элемента 14 Сравнения равен О. Величину сигнала Ig можно принять равной Ig (0,03-0,05)-13,,,. , где

JCT

соответствующая установленному электричесХЭ.ист величина тока дуги.

вый и второй входы логического эЯе- мента 2ИЛИ-НЕ 15, которьй предназначен для определения режимов нормального горения дуги или их отсутствия и управления работой таймера 5 и первого 7 и второго 9 блоков усреднения. Если на первом и втором входах логического элемента 2ИЛИ-НЕ 15

сигнал равен О (что соответствует режимам нормального горения дуги), то на его выходе присутствует сигнал, равный 1, который, поступая на первые управляющие входы первого

5 7 и второго 9 блоков усреднения, ус- тана вливает в них режим текущего, усреднения входных сигналов и, поступая на вход таймера 5, устанавливает в нем режим текущего отсчета вре0 мени промежутка усреднения Т. Если на одном из входов логического элемента 2ИЛИ-НЕ 15 сигнал становится равным 1 (что соответствует тому, что в печи отсутствуют р.ежимы нор5 мального горения дуги), то на его выходе устанавливается сигнал, равный О, что вызывает прекращение процесса текущего усреднения входных сигналов в первом 7 и втором 9 блоках усреднения и остановку текущего отсчета времени промежутка Т в таймере 5; Таким образом, в устройстве значение градиента потенциала в столбе дуги р измеряется лишь в режимах нормального горения дуги на протяжении временного промежутка Т. Величина промежутка усреднения Т представляет собой чистое время, т.е. ее составляют временные интервалы, в течеQ ние которых в печи происходили процессы нормального горения дуги. Использование в устройстве статистического метода измерения величины/3 , реализация которого позволяет измерять ве0

5

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности определения градиента потенциала в столбе дуги дуговой электропечи путем использования статистических характеристик процессов в печи. В устройстве процесс измерения градиента потенциала в столбе дуги происходит только в режимах нормального горения дуги. Для этого в устройство введены второй дифференциатор 4, элемент умножения 6, квадратор 8, первый 7 и второй 9 усредняющие блоки, датчик 13 тока дуги, два элемента сравнения 12, 14, элемент 2ИЛИ-НЕ 15 и таймер 5. Использование в устройстве статического метода измерения позволяет существенно снизить величину дисперсии измеренных значений и, как следствие, повысить качество регулирования электрического режима. 1 ил. с (Л с:

кому режиму работы электропечи. Дат- личину градиента потенциала в столбе

чик 13 тока дуги - это датчик средне- вьшрямленного значения тока дуги, который состоит из последовательно соединенных трансформатора тока, устанавливаемого на электропечах для контроля мгновенного значения тока дуги, выпрямителя и фильтра низкой частоты. Выходной сигнал фильтра

низкой частоты, пропорциональный средневьшрямленному значению тока дуги, является выходным сигналом датчика 13 тока дуги. Сигналы с выходов первого 12 и второго 14 элементов сравнения поступают на пер50

55

дуги дуговой электропечи на определен ном временном промежутке, обеспечивает существенное снижение величины дисперсии измеренных значенийр и, как следствие, повьппение точности измерения этой величины. Это, в свою очередь, при использовании устройства в адаптивных системах регулирования эле ктрического режима позволяет повысить точность адаптации этих систем авто- матического регулирования к процессу изменения величины градиента потенциала в столбе дуги по ходу плавки, что улучшает качество регулирования

0

5

дуги дуговой электропечи на определенном временном промежутке, обеспечивает существенное снижение величины дисперсии измеренных значенийр и, как следствие, повьппение точности измерения этой величины. Это, в свою очередь, при использовании устройства в адаптивных системах регулирования электрического режима позволяет повысить точность адаптации этих систем авто- , матического регулирования к процессу изменения величины градиента потенциала в столбе дуги по ходу плавки, что улучшает качество регулирования

реализован в устройстве, функциональная схема которого приведена на чертеже.

В процессе работы электропечи сигнал, пропорциональный текущему сред- невыпрямленному значению напряжения на дуге Ug, снит аемый с выхода датчика 1 напряжения на дуге поступает на вход дифференциатора 2,, на выходе которого путем дискретного дифференцирования формируется сигнал uUg, который представляет собой случайный стационарный центрированный процесс. Датчик 1 напряжения на дуге выполнен в виде блока, состоящего например, из схемы измерения мгновенных значений напряжения на дуге, на выходе которой включены последовательно соединенные выпрямитель и фильтр низкой частоты. Выходной сигнал фильтра низкой частоты, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения на дуге, является выходным сигналом датчика 1 напряжения на дуге. Одновременно сигнал с выхода датчика 3 перемещения электрода, пропорциональны величине перемещения электрода Lg, поступает

этот блок производит усреднение входного сигнала на протяжении определенного временного промежутка Т. В любой

J. момент времени сигнал на выходе первого блока 7 усреднения равен среднему значению его входного сигнала, т.е. М йизй1.э .iLS предыдущий временной промежуток усреднения

10 Т. Выходной сигнал первого блока 7 усреднения равный , поступает на первый вход элемента 10 деления. Одновременно выходной сигнал uLg дифференциатора и поступает на

15 вход квадратора 8. с выхода которого сигнал, равныйдLg, поступает на вход второго блока 9 усреднения. Работа первого 7 и второго 9 блоков усреднения происходит аналогично и синхрон20 но по времени. В любой момент времени текущего промежутка усреднения сиг нал на выходе второго блока 9 усреднения равен среднему значению его входного сигнала, т.е. D ,

25 за предыдущий временной промежуток усреднения. Выходной сигнал второго блока 9 усреднения, равный поступает на второй вход элемента 10 деления. В элементе 10 деления произна вход дифференциатора 4, на выходе зо водится вычисление величины градиенкоторого путем дискретного дифференцирования формируется сигнал 6Lg, которьй представляет собой случайный станционарный центрированный процесс.

Процессы uUg и иLg формируются дифференциаторами 2 и 4 соответственно путем вычисления текущих приращений процессов Ug и Т, g за определенный промежуток ut, которьй определяется периодом импул1зсов, поступающих на управляющие входы этих дифференциаторов с первого выхода таймера 5. Требуемая величина периода этих импульсов 1, с может бьп ь определена, например, по формуле Котельникова:

1

2f,

где

Алакс

- наибольшая частота из при- сутствуюи(их в процессах

IJg И Lg.

С вь:хо7:1ов диффере пшаторов сигнал uU 3 и поступают fia первьй и второй входы элемента 6 умно :сс1 ия соответственно. Выходной ::игнал :)лемента 6 умножения, равный Ы-з поступает на вход первого локг. 7 усреднения. Работа блока . срелисния циклически повторяется, а п кяждом цикле

06826

этот блок производит усреднение входного сигнала на протяжении определенного временного промежутка Т. В любой

J. момент времени сигнал на выходе первого блока 7 усреднения равен среднему значению его входного сигнала, т.е. М йизй1.э .iLS предыдущий временной промежуток усреднения

10 Т. Выходной сигнал первого блока 7 усреднения равный , поступает на первый вход элемента 10 деления. Одновременно выходной сигнал uLg дифференциатора и поступает на

15 вход квадратора 8. с выхода которого сигнал, равныйдLg, поступает на вход второго блока 9 усреднения. Работа первого 7 и второго 9 блоков усреднения происходит аналогично и синхрон20 но по времени. В любой момент времени текущего промежутка усреднения сигнал на выходе второго блока 9 усреднения равен среднему значению его входного сигнала, т.е. D ,

25 за предыдущий временной промежуток усреднения. Выходной сигнал второго блока 9 усреднения, равный поступает на второй вход элемента 10 деления. В элементе 10 деления произта потенциала в столбе дуги дуговой электропечи р согласно вьфажению (1). В любой момент времени выходной сигнал элемента 10 деления пропорцио( нален величине градиента потенциала в столбе дуги /5 , измеренной в предыдущем временном промежутке Т. Этот сигнал с выхода элемента 10 деления поступает на вход прибора 11, которьй

0 регистрирует измеренные значения градиента потенциала в столбе дуги /3 . Значение временного промежутка Т, равного периоду постоянства величины Р , предварительно принимается

5 равным 3-4 мин и уточняется для конкретной дуговой электропечи по результатам статистической обработки полученных процессов изменения /3 по ходу плавки при различных значениях промежутка усреднения Т.

В устройстве процесс измерения градиента потенциала в столбе дуги S происходит только в реясимах нормального горения дуги, так как из процес0

са вычисления величин К.,

D

ul 3

403,ЬЬЭ

на временном промежутке Т исключены промежутки, в течение которых в печи с тцествуют режимы короткого замыкания, обрыва дуги и близ U068268

электрического режима и, следователь-циатор соединен с первым входом элено, значениятехнико-экономических по-мента умножения и через первый элеказателей работы электропечной уста-мент сравнения с первым входом логиновки.ческого элемента 2ИЖ-НЕ, выход первого дифференциатора соединен с втоФормула изобретениярым входом элемента умножения и с Устройство для определения гради-входом квадратора, вькод элемента ента потенциала в столбе дуги дуговойумножения через первый блок усред- электропечи, содержащее датчик напря- юнения соединен с первым входом эле- жения на дуге, датчик перемещения эле-мента деления, а выход,-квадратора ктрода, выход которого соединен счерез второй блок усреднения - с входом первого дифференциатора, ивторым входом элемента деления, вы- элемент деления, отличаю-ход элемента деления соединен с вхо- щ е е с я тем, что, с целью повыше- 15дом регистрирующего прибора, а вы- ния точности определения градиентаход датчика тока дуги через второй потенциала в столбе дуги дуговой эле-элемент сравнения - с вторым входом ктропечи путем использования стати-логического элемента 2ИРИ-НЕ, выход стических характеристик процессов вкоторого соединен с входом таймера и с печи, оно дополнительно снабжено вто- 2опервыми управляющими входами первого рым дифференциатором, элементом умно-и второго блоков усреднения, первый жения, квадратором, первым и вторымвыход таймера соединен с управляющи- блоками усреднения, таймером, датчи-ми входами первого и второго диффе- ком тока дуги, первым и вторым эле-ренциаторов, а второй, третий и чет- ментами сравнения, логическим эле- 25вертьй выходы таймера соединены соот- ментом 2ИЛИ-НЕ и регистрирующим при-ветственно с вторыми, третьими и бором, при этом выход датчика напря-четвертыми управляющими входами пер- жения на дуге через второй дифферен-вого и второго блоков усреднения.