Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи Советский патент 1989 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротехнике.,

Цель изобретения - повышение точности регулирования мощности дуг путем снижения величины дисперсии напряжений дуг,

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого регулятора мощности дуговой многофазной электропечи; на фиг. 2 - функциональная схема блока вычисления заданного значения коэффициента корреляции; на фиг. 3 - функциональная схема элемента вычитания.

Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи для каждой фазы содержит датчик 1 тока дуги, датчик 2 напряжения дуги, выходы которых подключены к входам первого элемента

3 сравнения, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, Выход сумматора 4 через усилитель 5 соединен с входом исполнительного механизма 6. перемещения электрода, выходной сигнал которого воздействует на положение электрода. Первый, второй и третий входы элемента 7 вычитания: соединены соответственно с выходами задатчика 8 напряжения дуги, датчика 2 напряжения дуги и элемента 9 умножения. Выход элемента 7 вычитания подключен к первому входу датчика 10 коэффициента корреляции, второй вход которого соединен с выходом элемента 9 умножения. Выход датчика 10 коэффициента корреляции подсоединен к первому входу второго элемента П сравнения, второй вход

сд

1чЭ

to

.

оо оо

которого связан с выходом блока 12 вычисления заданного значения коэффициента корреляции. Первый вход третьего элемента 13 сравнения через первый датчик 14 дисперсии подключен к выходу элемента 7 вычитания, а его второй вход через второй датчик 15 дисперсии подсоединен к выходу элемента 9 умножения.

Первый и второй входы блока 12 вычисления заданного значения коэффициента корреляции соединены соотвественно с выходами задатчика 16 дисперсии и первого датчика 14 диспер- сии. Выход задатчика 17 частотного спектра соединен с первым управляющим входом генератора 18 случайного процесса, второй уп эавляющий вход которого подсоединен к выходу трё- тьего элемента 13 сравнения. Выход генератора 18 случайного процесса подключен к информационному входу фазосдвигающего устройства 19, а управляющий вход фаэосдвигающего уст ройства 19 связан .с выходом второго элемента 11 сравнения. Выход фазо- сдвигающего устройства 19 подключен к второму входу сумматора 4 и к входу вычислительного элемента 20, pea- лизующего модель участка по контуру регулирования от входа усилителя до выхода исполнительного механизма перемещения электрода. Первый и второй входы элемента 9 умножения соеди нены соответственно с выходами датчика 21 градиента напряжения на дуге и вычислительного элемента 20.

Блок 12 вычисления заданного значния коэффициента корреляции включает элемент 22 вычитания, первый вход которого является первым входом блока 12, а выход подключен к первому входу элемента 23 деления. Вход масштабного усилителя 24 является вторым входом блока 12, а выход подсоединен к второму входу элемента 23 деления и к второму.входу элемента 22 вычитания. Выход элемента 23 деления является выходом блока 12.

Элемент 7 вычитания содерлит инвертирующий сумматор 25, первый и третий входы которого являются соответственно первым и третьим входа- ми элемента 7 вычитания, а его второй вход соединен с выходом инвертора 26, вход которого служит вторым входом элемента вьмитания. Выход инвертирующего сумматора 25 служит выходом элемента 7 вычитания.

Регулятор работает следующим образом.

Процесс регулирования электрического режима дуговой электропечи в предлагаемом регуляторе Ьсуществляет- ся электромеханической системой путем перемещения электродов. Структурно эта система автоматического регулирования состоит из двух контуров регулирования с сумматором 4 на входе. Первый контур регулирования, в котором реализован дифференциальный закон регулирования, вычисление сигнала управления Up,;. осуществляет согласно выражению

и a.U.-b-I а f

(1)

где IQ и Uo - соответственно средне- вьшрймпенные значения тока и напряжения дуги, пропорциональные которым сигналы снимаются «с выхода датчика 1.тока дуги и датчика 2 напряжения дуги и поступают на первый и второй входы блока 3 сравнения; а, b - постоянные коэффициенты, определяющие устав ку мощности.

В состав первого контура регулирования входят датчик 1 тока дуги, датчик 2 напряжения дуги и блок 3 сравнения, в котором производится вычисление величины сигнала управления Upac по зависимости (1). Этот сигнал с выхода блока 3 сравнения поступает на первьй вход сумматора 4. Сумматор 4, усилитель 5 и исполнительный механизм 6 перемещения электрода являются общими элементами для первого и второго контуров регулирования. При функционировании только первого контура регулирования из- за большой его инерционности имеет место высокий уровень дисперсии напряжения дуги. Для снижения уровня дисперсии напряжения дуги в предлагаемое устройство, помимо указанного первого контура регулирования, дополнительно введен второй контур регулирования, в котором реализован статистический способ вычисления величины сигнала управления х , которьй поступает на второй вход сумматора 4. Для формирования этого сигнала задействованы следующие устройства, входящи в состав второго контура регулирования: датчик 2 напряжения дуги, за- датчик 8 напряжения дуги, элемент 7 вычитания, датчик 21 градиента напря жения на дуге, элемент 9 умножения, вычислительное устройство 20, датчик 10 коэффициента корреляции, пер- вьш 14 и второй 15 датчики диспер- сии, блок 12 вычисления заданного значения коэффициента корреляции, первый 11 и второй 13 элементы сравнения, задатчик 16 дисперсии, задат- чик 17 частотного спектра, генера-. тор 18 случайного процесса и фазо- сдвигагощее устройство 19, Сущность работы второго контура регулирования заключается в следутощем, В процессе работы в электропечи постоян- во действуют возмущения, вызывающие случайные изменения длины дуги, а следовательно, и напряжения дуги. Количественно их действия можно оценить сигналом f, которьш представля- ет собой приращения средневыпрямлен- иого значения напряжения дуги, обусловленные действием случайных возмущений (например, случайных изменений длины дуги). Дпя компенсации действия этого сигнала, т.е. для поддержания заданного электрического режима электропечи: Ig 1-, , (и., ,и I ., - заданные величины

о, 5 d. 3 о. }

срЁдневьтрямленного значения напря- жения дуги и тока дуги соответственно) , в регуляторе функционирует пер- вьш контур регулирования, которьш посредством усилителя 5 и исполнительного механизма 6 в функции сиг- нала управления Uр осуществляет перемещение электрода, а следовательно вносит соответствующее изменение напряжения дуги ДИр, которое направлено на ликвидацию результата действия сигнала f (ДП р - приращения средне- выпрямленных значений напряжения дуги, вносимые первым контуром регуля- тора, работающего по дифференциальному закону регулирования). Но вслед ствие большой инерционности первого контура регулирования результат его действия - сигнал Up - не позволяет полностью компенсировать отрицательное действие сиг.нала f. Ввиду этого

дисперсия напряжения дуги и, следова-, тельно, тока дуги при работе только этого контура регулирования имеет высокий уровень. Дпя снижения вели5 0 5 о

s- 0 з Q

5

чины дисперсии напряжения дуги в предлагаемом регуляторе на второй вход сумматора 4 поступает центриро- ванньш случайный сигнал управления х . Результат действия этого сигнала в регуляторе можно оценить сигналом /lU, которьй представляет собой приращения средневыпрямленного значения напряжения дуги, вносимые регулятором в функции лишь от сигнала х , т.е. приращения напряжения дуги при работе лищь второго контура .регулирования. Таким образом, сущ- нос ть совместной работы двух контуров регулирования такого регулятора заключается в том, что на случайный процесс f-dUp, которьш представляет собой остаточные приращения напряжения дуги, нескомпенсированные первым контуром регулятора, накла- . дывается случайный процесс dU;. Соответствующие статистические характеристики этих процессов находятся в определенном количественном соотно- щении. В результате совместного действия этих двух случайных процессов формируется третий случайньп процесс .-)

Таким образом, благодаря наличию в предлагаемом регуляторе второго контура регулирования, который позволяет формировать случайньБ сигнал управления х (t) с требуе пз1ми статистическими характеристиками, представляется возможность регулировать и поддерживать на требуемом, например минимальном, уровне величину дисперсии G напряжения дуги, т.е. дисперсию сигнала д . Уменьшение величины дисперсии напряжения дуги приводит к уменьшению значения дисперсии, тока дуги, а следовательно, к существенному уменьшению дисперсии мощности дуги, т.е. к повышению точности поддерживания мощности дуги на заданном уровне. Повышение точности регулирования мощности дуги, в свою очередь, позволяет стабилизировать тепловой и технологический режимы плавки, а также приводит к более равномерному потреблению активной и ре- активной мощностей от питающей электросети, что позволяет уменьшить колебания напряжения в сетях электроснабжения и улучшить качество электроэнергии на шинах понизительньтх подстанций, от которых дуговые электропечи. Уменьшение величины

дисперсии напряжения дуги позволяет также уменьшить электрические потери, увеличить среднее значение электрического коэффициента полезного действия и повысить производительность электропечи.

Формула изобретения

Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи, содержащий для каждой Фазы датчик тока дуги и датчик напряжения дуги, подключенные выходами к входам первого элемента сравне- ния, усилитель, выход которого свяаан с входом исполнительного механизма перемещения электрода этой фазы, датчик коэффициента корреляции, выход которого соединен с первым входом второго элемента сравнения, соединенного выходом с управлянзщим входом фазосдвигающего устройства, информационный вход которого подсоединен к выходу генератора случайного процесса, первый управляющий вход которого соединен с выходом задатчика частотного спектра, задатчик дисперсии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ре-, гулирования мощности дуг путем сниже , ния величины дисперсии напряжений дуг, он дополнительно снабжен задат- чиком напряжения дуги, элементом вычитания, датчиком градиента напряже- ния на дуге, элементом умножения, вычислительным элементом, реализзш- щим модель участка по контуру регулирования от входа усилителя до выхода исполнительного механизма пере-

5 0 0 5 0

5

.мещения электрода, первым и вторым датчиками дисперсии, третьим элемен- . |том сравнения, блоком вычисления заданного значения коэффициента корреляции и сумматором, при этом выход первого элемента сравнения соединен с первым входом сумматора, выход которого связан с входом усилителя, первый, второй и третий входы элемента вычитания подключены соответственно к выходу задатчика напряжения дуги, выходу датчика напряжения дуги и выходу элемента умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика градиента напряжения на дуге, а второй вход - с выходом вычис- лительногоI элемента, выход элемента вычитания соединен с первым входом датчика коэффициента корреляции и через первый датчик дисперсии с первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого через второй датчик дисперсии соединен с выходом элемента умножения, который соединен также с вторым входом дат- чика коэффициента корреляции, выход третьего элемента сравнения подключен к второ.му управляющему- входу генератора случайного процесса, пер- вьш и второй входы блока вычисления заданного значения коэффициента корреляции соединены соответственно с выходом задатчика дисперсии и с выходом -первого датчика дисперсии, а его выход связан с вторым входом второго элемента сравнения, выход фазосдвигающего устройства подсоединен к второму входу сумматора и входу вычислительного элемента.

Фи1.1

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности регулирования мощности дуг путем снижения величины дисперсии напряжений дуг. В регулятор введен второй контур регулирования, который позволяет формировать случайный сигнал управления с требуемыми статистическими характеристиками, благодаря чему представляется возможным регулировать и поддерживать на заданном уровне величину дисперсии напряжения дуги. Это позволяет стабилизировать тепловой и технологический режимы плавки и уменьшить технологические потери. 3 ил.