Автоматический регулятор мощности дуговой сталеплавильной печи для выплавки металлизированных окатышей Советский патент 1988 года по МПК H05B7/148 

09

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности работы печи путем увеличения точности фиксации момента упора электрода в шихту. По величине отношений величин постоянных . составляющих токов дуг в различных фазах и по знаку постоянных составляющих достоверно устанавливается факт однофазного или двухфазного короткого замыкания. Для определения трехфазного короткого зат 1кания использу- ются датчики гармоник токов трех фаз, которые позволяют по нулевым значениям высших гармоник токов дуг одновременно во всех фазах достоверно с установить факт полного короткого за- мыкания в печи. Вследствие этого возможно оперативно отреагировать на обвалы шихты и предотвратить поломку электродов. 1 ил. (Л

CD

Изобретение относится к электротермии, в частности к автоматическому регулированию мощности дуговой трехфазной электропечи для выплавки ме- таллизированных окатышей.

Цель изобретения - повьшение надежности работы печи путем увеличе- НИН точности фиксации момента упора электрода в шихту.

На чертеже представлена функциональная схема автоматического регулятора мощности дуговой сталеплавильной печи.

Автоматический регулятор мощности дуговой сталеплавильной ПР.ЧИ содержит датчик 1 тока дуги для каждой фазы, датчик 2 фазного напряжения для каждой фазы, три датчика 3-5 постоянных составляющих токов дуг, три датчика 6-8 гармоник токов дуг, шесть усилителей 9-14 постоянного тока, шесть инверторов 15-20, шесть сумматоров 21-26, шесть нуль-органов 27-35, четыре логических элемента И 36-39, шесть ключей 40-45, шесть диодов 46- 51, четьфе логических элемента ИЛИ 52-55, регистрирующий прибор 56, реле 57 времени, два блока 58 и 59 эффективных значений в каждой фазе задатчик 60 мощности в каждой фазе, блок 61 сравнения в каждой фазе, силовой усилитель 62 в каждой фазе, исполнительный механизм 63 в каждой- фазе, электрод 64 в каждой фазе.

Датчик 1 тока дуги и датчик 2 фазного напряжения соединены с- входами соответствующих блоков 58 и 59 эффективных значений. Датчики 3-5 постоян- ных составляющих токов дуг соединены с входами соответствующей пары усилителей 9-10, 11-12, 13-14. Те же выходы датчиков постоянных составлякицих соединены с соответствующей парой - встречно включенных диодов 4б-4/, 48-49, 50-51.

Кроме того, выход датчика постоянной составляющей тока дуги 3 соедине с соответствующими входами сумматоров 21 и 22. Выход датчика 4 посто янной составлякяцей тока дуги соедине с соответствующими входами сумматоров 23 и 24. Выход датчика 5 постоянной составляющей тока дуги соедине с соответствующими входами сут мато- ров 25 и 26. Другие входы сумматоров 21-26 соединены через инверторы 15- 20 с выходами усилителей 11, 13, 9, 14, 12 и 10 соответственно. Выходы

Q 5

0

5

сумматоров 21-26 соединены с входами нуль-органов 27-32 соответственно. Выходы каждой пары нуль-органов 27- 28, 29-30, 31-32 соединены с двумя входами логических элементов И 36-38 соответственно. Выходы последних соединены с соответствующей парой ключей 40-41, 42-43, 44-45, управляющие входы которых соединены с диодами 46-51 соответственно. Выход ключа 40 соединён с одним из входов логического элемента ИЛИ 52. Выход ключа 41 соединен с соответствующими входами логических элементов ШТИ 53 и 54. Выход ключа 43 соединен с соответствующими входами логических элементов ИЛИ 52 и 54. Выход ключа 44 соединен с соответствующим входом логического элемента ИЛИ 54. Выход ключа 45 соединен с соответствующими входами логических элементов ИЛИ 52 и 53.

Датчики 6-8 гармоник соединены через нуль-органы 33-35 с соответствующими входами логического элемента И 39. Выход логического элемента И 39 соединен с соответствующими входами логических элементов ИЛИ 52-54. Выходы этих элементов соединены с соответствующими входами регистрирующего прибора 56 и тремя входами логкческо- го элемента ИЛИ 55. Выход логического элемента ИЛИ 55 соединен через реле 57 времени каждой фазы с соответствующим входом блока 61 сравнения, три других входа которого соединены с выходами исполнительного ме.- ханизма 63, блока 58 эффективных значений и с выходом задатчика 60 мощности, вход которого соединен с выходом блока 59 эффективных значений. Выход блока 61 cpa внeния соединен через силовой усилитель 62 с входом исполнительного механизма 63 перемещения электрода 64.

Регулятор работает следующим образом.

Сигналы от датчиков 3-5 постоянных составляющих токов дуг усиливаются усилителями 9-14 с соответствующими коэффициентами усиления. Эти же сигналы с датчиков 3-5 постоянных составляющих токов дуг поступают на один из входов трех пар сумматоров 21-22, 23-24, 25-26. Сигналы с выходов усилителей 9-14 через инверторы 15-20 поступают на другие входы соответствующих сумматоров , сигналы с которых поступают на нуль-органы 27- i

32, При нулевом значении напрйжений на входах нуль-органов 27-32 на их в выходах появляются сигналы, которые попарно поступают на входы трех логических элементов И 36-38. В случае наличия сигналов на обоих входах элементов И 36-38 информация с выхода каждого из них поступает через соот- ветствукмцую пару ключей 40-41, 42-43, 44-45 на входы соответствующих Ло- гических элементов ИЛИ 52-54. Управление ключами 40-45 осуществляется через диоды 46-51 в зависимости от знака постоянной составляющей тока дуги той, или иной фазы. Сигналы с датчиков 6-8 гармоник токов дуг поступают через нуль-органы 33-35 на три входа логического элемента И 39. При нулевых значениях сигналов на всех выходах да:тчиков 6-8 гармоник, а это имеет место при прбтекании синусоидального тока (режим трехфазного короткого замыкания), на выходе элемента И 39 появляется сигнал, который поступает на один из входов трех элементов ИЛИ 52-54. Сигналы с выходов элементов ИЛИ 52-54 поступают на входы регистрирующего прибора 56 и на входы элемента ИЛИ 55, сигнал с его вькода поступает в систему регулирования перемещением электродов каждой фазы. Например, сигнал с выхода элемента ИЛИ 55 поступает через реле 57 времени первой фазы на один из входов блока 61 сравнения, а с его выхода напряжение поступает через силовой усипитель 62 на исполнительный механизм 63 перемещения электрода 64 первой фазы. Сигналы с датчика 1 тока и датчика 2 фазного напряжения через задатчик 60 мощности и блоки 58 и 59 эффективных значений поступают на соответствующие входы блока 61 сравнения. Кроме того, на один из входов последнего поступает сигнал с исполнительного механизма 63. При исследовании электромагнитных процессов в системе питания дуговых сталеплавильных печей на цифровой модели установлено, что при несимметрии дуг трех фаз в токах дуг появляются постоянные составляющие. Для случая сие- метричной системы питания или трехфазного короткого замыкания эти постоянные составляющие отсутствуют.

В случае однофазного и в случае двухфазного короткого замыкания, в одной из фаз протекает максимальное

0

5

0

5

значение постоянной составляющей (1д), причем при однофазном коротком замыкании максимальная постоянная составляющая строго определенной полярности находится в той же фазе, где имеет место короткое зам 1кание. Отношение 10 к постоянным составляю- пщм токов дуг других фаз независимо от ступени напряжения печного трансформатора постоянно, В случае двухфазного короткого закб 1кания максимальная постоянная составляющая тока дуги протекает в направлении, противоположном тому, в котором протекает максимальная постоянная составляющая для случая однофазного короткого замыкания, причем короткие замыкания имеют место в тех фазах, где постоянная составляющая тока не максимальна. Обозначают отнощения максимальных значений постоянных составляюощх токов дуг jjj к постоянньм составляющим двух других фаз следующим образом: к,, j;on,/j,o к,

Jlom/j (О 3 Jlpm/J

0

5

0

5

0

5

/J,o

3 30m

10

liem

30

/J

4

К

ч

J JOm

«

О

о о о о

Значения К,,-К зависят от типа дуговой электропечи и определяются экспериментально, либо с помощью циф- ровой модели.

Переписьгоают вьфажение Для К,-К следующим образом:

1- If т

J torn 2о

-iion, - 30

Jlom

4 lorn 4Дэв °

J Э от К j 5 О

Умножение постоянных составляющих

на соответствукяцие значения осуществляется с помощью усилителей 9-14. Сумматоры 21-26 определяют разность следующих величин: j ,5 - J о J 20 3-3ffl J 10

Jso J зо 5-3 ю

Таким образом, если максимальное

значение постоянной составляющей 1ше- ет место в первой фазе, на выходах только нуль-органов 27 и 28 появляется напряжение, если во второй фазе, напряжение появляется на выходе нуль- органов 29 и 30, а если максимальное значение постоянной составляющей имеет место в третьей фазе, на выходах только нуль-органов 31 и 32 пойвляет- ся напряжение. Если имеется ток Ign t на выходе логического элемента И 36 появляется сигнал, если имеется ток

14328096

напряжений дуг. Для получения информации о трехфазном коротком замыкании используются сигналы с датчиков 6-8

liam сигнал появляется на выходе элемента И 37, а если 1зо„ на выходе элемента И 38, Элементы И 36-38 служат индикатором максимального эна- р. гармоник тока. При трехфазном корот

чения постоянной составляющей токов фаз. В зависимости от того имеет место в печи двухфазное или однофазное короткое замыкание будут различны и

ком замы :ании отсутствуют высшие гармонические составляющие в токах дуг и поэтому при их нулевьгх значениях в трех фазах, которые контролируются.

знаки I/om« Контроль за этим осущест-ю нуль-органами 33-35, фиксируется навляется с помощью ключей 40-45, управляемых через диоды 46-51. Например, если имеет место однофазное короткое замыкание в фазе Ф-2 на выходе элемента 36 появляется сигнал, дпя которого открыт ключ 42, так как при таком коротком замыкании знак 1 oiri отрицательный и диод 48 пропускает открывающий сигнал ключа 42 Если, же

личие полного короткого замыкания в дуговой электропечи. Таким образом, только при трехфазном коротком замыкании на выходе логического элемента ) И 39 появляется сигнал, который поступает на один из входов всех трех, логических элементов ИЛИ 52-54.

Регулятор позволяет оперативно реагировать на обвалы шихты путем подъимеет место двухфазное короткое замы-20 мз. электродов и предотвратить поломкание в фазах Ф, и Ф , сигнал с выхода элемента И 37 проходит через ключ I 43, так как в этом случае знак Ijom ; положительный и через диод 49 проис- ; ходит открытие данного ключа 43. ; В случае короткого замыкания в ; фазе Ф/j сигнал с выхода ключа 42 поступает на один из входов элемента ИЛИ 53, на..выходе которого появляется сигнал о коротком замыкании в фазе Ф. В случае двухфазного короткого замы- : кания сигнал с выхода ключа 42 поступает на входы элементов ИЛИ 52 и 54, на выходах которых появляется сигнал о коротком замыкании в фазах Ф. и Ф,. Сигналы о коротком замыкании с элементов ИЛИ 52-54 поступают на регистрирующий прибор 56 и через элемент ИЛИ 55 в систему регулирования всех фаз. Например, сигнал поступает на вход реле 57 времени первой фазы,. а с его выхода - на один из входов блока 61 сравнения. Сигнал с выхода последнего через силовой усилитель 62

и исполнительный механизм 63 осущест- д блока сравнения, второй вход которого

вляет подъем электрода 64. На другой вход блока 61 сравнения поступает сигнал с исполнительного механизма 63, а на третий вход этого блока 61 сравнения - сигнал с датчика 1 тока через задатчик 6 мощности и блок 59 эффективных значений. На четвертый вход блока 61 сравнения поступает сигнал с датчика 2 напряжения через блок 58

50

соединен с выходом блока задания мощности, третий вход - с выходом реле времени, четвертый вход - с выходом исполнительного механизма, а выход через силовой усилитель - с входом исполнительного механизма, отличающийся тем, что, с цепью

повышения надежности работы печи путем увеличения точности фиксации мо- эффективнык значений. Для случая пол- gg мента упора электрода в шихту, он ного короткого замыкания постоянные дополнительно содержит четьфе элемен- сос.тавляющие в токах дуг отсутствуют, та ИЛИ, регистрирующий прибор, эле- так как нет причины, вызывающей их мент И, а также в каждой фазе печи появление - несимметричной системы датчик постоянной составляюа1ей тока.

ком замы :ании отсутствуют высшие гармонические составляющие в токах дуг и поэтому при их нулевьгх значениях в трех фазах, которые контролируются.

личие полного короткого замыкания в дуговой электропечи. Таким образом, только при трехфазном коротком замыкании на выходе логического элемента И 39 появляется сигнал, который поступает на один из входов всех трех, логических элементов ИЛИ 52-54.

Регулятор позволяет оперативно реагировать на обвалы шихты путем подъ

ки электродов при их упоре в шихту. Этим обеспечивается уменьшение затрат на эксплуатацию дуговых электропечей и уменьшение времени простоев в ре- зультате аварий. Кроме того, путем уменьшения количества ложных срабатываний автоматического регулятора на Лодъем электродов, т ак как более точно устанавливается факт коротких замыканий, сокращается время плавки.

Формула изобретения

Автоматический регулятор мощности дуговой сталеплавильной печи для выплавки металлизированных окатышей, содержащий в каждой фазе печи блок вьщеления эффективного значения тока, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход - с входом блока задания мощности, блок выделения эффективного значения напряжения, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход - с первьм входом

соединен с выходом блока задания мощности, третий вход - с выходом реле времени, четвертый вход - с выходом исполнительного механизма, а выход через силовой усилитель - с входом исполнительного механизма, отличающийся тем, что, с цепью

датчик гармонического состава тока, два усилителя, два сумматора, три нуль-органа, фазный элемент И, два ключа, два диода, два инвертора, выход датчика постоянной составляющей тока соединен с входами первого и второго усилителей, с первыми входами первого и второго сумматоров, с анодом первого и катодом второго диодов данной фазы, выход первого усилителя данной фазы через первый инвертор соединен с вторым входом первого сумматора опережающей фазы, выход второго усилителя данной фазы через второй инвертор соединен с вторым входом второго сумматора отстающей фазы, выход первого сумматора данной фазы через первый нуль-орган соединен с первым входом фазного элемента И, выход второго через второй нуль-орган - с вторым входом фазного элемента И, выход которого соединен с входами первого и второго ключей данной фазы, управляющий вход первого ключа сое- динен с катодом первого диода, а управляющий вход второго ключа - с анодом второго диода данной фазы, выход первого ключа первой фазы соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выход второго ключа первой фазы соединен с первым входом

третьего элемента ИЛИ, вЬтход первого ключа второй фазы соединен с вторым входом первого и вторым входом третьего элементов ИЛИ, выход второго ключа второй фазы соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого ключа третьей фазы соединен с третьими входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход второго ключа третьей фазы соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, четвертые . входы первого, второго и третьего элементов ИЛИ соединены с выходом элемента И, каждый из трех входов которого через третий нуль-орган данной фазы соединен с выходом датчика гармонического состава этой фазы, выход первого элемента ИЛИ соединен с первыми входами регистрирующего прибора и четвертого элемента ИЛИ, выход JBTO- рого элемента ИЛИ соединен с вторыми входами регистрирующего прибора и четвертого элемента ИЛИ, выход тре- тьего элемента ИЛИ соединен с третьими входами регистрирующего прибора и четвертого элемента ИЛИ, первый вькод которого соединен с входом реле вре мени первой фазы, второй выход - с входом реле времени второй фазы, а третий выход - с входом реле времени третьей фазы.

шиани

4«

}w-