Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги трехфазной дуговой электропечи Советский патент 1990 года по МПК H05B7/144 

Изобретение относится к электротермии и может быть применено для измерения информативных значений гармонических составляющих кривой тока дуги, что используется в системах автоматического управления электрическим и технологическим режимами дуговых электропечей.

Цель изобретения - повышение точности измерения информативных значений тока дуги путем учета взаимосвязи электрических режимов всех фаз.

На фиг.I приведена функциональная схема устройства для измерения информативных значений гармоник тока дуги трехфазной дуговой электропечи; на. фиг.2 - функциональная схема одного из усредняющих блоков.

Устройство содержит в каждой фазе печи датчик 1 мгновенного тока дуги,

выход которого через датчик 2 тока соединен с входом первого порогового элемента 3 и с входами п полосовых фильтров 4, выход каждого из которых соединен с входом одного из п датчиков 5 действующего значения тока, выход первого из п датчиков 5 действующего значения тока соединен с первым входом первого из п усредняющих блоков бис первыми входами п-1 блоков 7 деления, второй вход каждого из которых соединен с выходом одного из оставшихся п-1 датчиков 5 действующего значения тока, а выход - с первым входом одного из оставшихся усредняющих блоков 6, выход каждого усредняющего блока соединен с одним из входов регистрирующего прибора 8. Кроме этого, устройство содержит элемент ИЛИ-НЕ 9, выход которого соединен с входом

СД

СО

ю

со

05 С5

вг

3

таймера 10 и с вторыми входами всех усредненных блоков 6, третьи входы которых соединены с первым выходом Таймера 10, четвертые входы - с вторым выходом, а пятые входы - с третьим выходом таймера 10.В каждой фазе печи Имеется также датчик 11 напряжения, йыход которого соединен со входом второго порогового элемента 12, каждый з первых трех входов элемента ИЛИ-НЕ

соединен с выходом первого порогового элемента 3 одной из фаз, каждый из вторых трех входов элемента ИЛИ-НЕ 9 соединен с выходом второго порогового элемента 12 одной из фаз.

Усредняющий блок содержит (фиг.2) Операционный усилитель 13, инвертирующий вход которого подключен к первому йыводу резистора 14, второй вывод резистора 14 соединен с выходом пер- фого ключа 15,вход которого является входом блока, выход первого ключа 15 роединен также через второй шюч 16 с нулевой точкой уст- ройства к которой подключен неинвер- фирующий вход операционного усилителя J3. Выход операционного усилителя 13 через параллельно соединенные конден- Јатор 1 и третий ключ 18 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 13 и к входу устройства 19 выборки-хранения,выход которого является выходом усредняющего блока 6. Первый и второй входы логического эле- Иента 2И 20 являются соответственно вторым и третьим входами усредняющего блока 6. Выход логического элемента 2И 20 соединен с управляющим входом первого ключа 15 и через логический элемент НЕ 21.с управляющим входом второго ключа 16. Управляющие входы третьего ключа 18 и устройства 19 выборки-хранения являются соответственно четвертым и пятым входами усредняющего блока 6.

Устройство работает следующим обра зом.

С выхода датчика 1 мгновенного значения тока дуги снимается исследуемый сигнал, пропорциональный мгновенному значению тока дуги в исследуемой фазе. Этот сигнал поступает на входы полосовых фильтров 4. В процессе работы электропечи значение тока дуги изменяется в широком диапазоне (от нуля - режим обрыва дуги, до величины тока короткого замыкания), поэтому

Q

j

Q 5 0 $ о з

0

5

при анализе гармонического состава кривой тока дуги необходимо оперировать относительными значениями высших гармоник кривой тока дуги, которые в предлагаемом устройстве вычисляются в виде отношения значений высших гармоник тока дуги к величине его первой гармоники. Вследствие этого первый полосовой фильтр 4 настраивается на измерение первой гармоники тока дуги, другие полосовые фильтры - на высшие гармоники тока дуги, значения которых необходимо измерять. Выходной сигнал каждого полосового фильтра 4, пропорциональный мгновенному значению измеряемой гармоники тока дуги, посту пает на вход соответствующего датчика 5 действующего значения тока. Изменение сигнала напряжения на выходе каждого датчика 5 в процессе работы электропечи имеет характер случайного процесса. Сигнал с выхода первого датчика 5 действующего значения тока поступает на вход первого усредняющего блока 6, который предназначен для определения на своем выходе сигнала первой гармоники кривой тока дуги в з информативных электрических режимах работы электропечи на определенном временном интервале Т. Сигнал с выхода первого датчика 5 поступает также на первые входы каждого из блоков 7 деления, на второй вход каждого из ко торых поступает сигнал с выхода одного из датчиков, В каждом из блоков 7 деления по ходу плавки происходит вычисление текущего значения отношения величины действующего значения одной из анализируемых высшей гармоники тока дуги к величине действующего значения первой гармоники тока дуги. Сигнал, пропорциональный этому отношению, с выхода каждого блока 7 деления поступает на вход соответствующего усредняющего блока 6, каждый из которых определяет на саоем выходе сигнал, пропорциональный среднему значению относительной величины соответствующей высшей гармоники тока дуги в информативных электрических режимах работы электропечи на определенном временном интервале Т. С выходов усредняющих блоков 6 сигналы поступают на соответствующие входы регистрирующего прибора 8, предназначенного для регистрации измеренных значений анализируемых гармоник тока ДУГИ.,

Для измерения усредненных (средних) информативных значений анализируемых гармоник тока дуги процесс усреднения по времени необходимо производить лишь при работе электропечи в информативных электрических режимах работы. Для определения наличия в печи в каждый момент времени информатив ного или неинформативного электрического режима в предлагаемом устройстве задействованы три датчика 1 мгновенных значений тока дуги, три датчика 2 тока дуги, три датчика 11 напряжения на дуге, шесть пороговых элементов 3 и 12, а также логический элемент ИЛИ- НЕ 9. Определение информативных режимов работы электропечи осуществляется путем контроля тока дуги и напряжения на дуге в каждой фазе электропечи. В качестве информативных режимов работы электропечи принимаются те режимы, в которых токи дуг и напряжения на дугах в каждой фазе одновременно принимают определенные значения, соответствующие этим режимам.

Неинформативные электрические режимы работы в любой из фаз - это режимы короткого замыкания и близкие к нему, которые в устройстве распознаются по величине напряжения на дуге И0, нахо3 мин к нему

дящегося в диапазоне 0 U а Ј U и режимы обрыва дуги и близкие распознаваемые по величине тока дуги, значения которого в этих режимах находятся в диапазоне 0 I a Ј Ј 1д.д,иН. Этим режимам свойственно то, что значения гармоник тока дуги в них определяются в основном, длиной дуги и в незначительной степени зависят от условий горения дуги (температуры в печи, формы и состава шихты, физико-термического состояния расплава и др.).

Значения величин (lfl ....и

ч . ллик

25 дов пороговых элементов 3 и 12 пост пают на соответствующие входи логич кого элемента ИЛИ-НЕ 9. Если в данны момент времени на всех входах логического элемента Ш1И-НЕ 9 сигналы установлены на уровне О, т.е. во . всех фазах печи имеют место информативные электрические режимы, то на выходе логического элемента ИЛН-НЕ 9 сигнал равен 1. Если хотя бы на одном или нескольких входах логическ го элемента 1ШИ-НЕ 9 сигнал принимае значение 1, то на выходе этого логического элемента установится сигна равный О, что свидетельствует о на личии в печи неинформативного электр ческого режима. Таким образом, анали зируя выходной сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ 9, можно определить наличие или отсутствие в электропечи

35

40

Ig минмогут быть ориентировочно приня- 45 информативных электрических режимов, ты равными U (J.JUKK (0,03-0,05)11. , Информация снимается с выхода логнХ9 «ин (0,03-0,05)1 yCr(U j уст и I а. уст соответственно напряжение на дуге и ток дуги, соответствующие установленному электрическому режиму работы электропечи). С выхода каждого датчика 2 тока дуги сигнал, пропорциональный значению тока дуги в определенной фазе, поступает на вход соответствующего порогового элемента 3, а с выхода каждого датчика 11 напряжения на дуге сигнал, пропорциональный значению напряжения на дуге в определенной фазе, поступает на вход .

50

55

ческсго элемента ИЛИ-НЕ 9 и используется для управления режимами работ усредняющих блоков 6 и таймера 10.

Усредняющий блок 6 работает следую щим образом. Процесс вычисления усред ненного значения входного сигнала в усредняющем блоке б циклически повторяется, а в течение одного никла его работу молно лелт-ь HJ ipi- интервала: первый интервал - усреднение по времени входного сигнала (интегрирование); второй интервал - перезапись напряжения с выхода опера-

-10

соответствующего порогового элемента 12. Все пороговые элементы представляют собой однопороговые компараторы напряжения. Если входной сигнал порогового элемента .меньше величины порога срабатывания, то выходной сигнал этого элемента находится на уровне 1, в противном случае выходной сигнал устанавливается на уровне О. Таким образом, анализируя выходные сигналы элементов 3, можно определить наличие или отсутствие режимов обрыва дуги или близких к нему в

15 соответствующих фазах (наличию этих режимов соответствует J на выходе порогового элемента), а по значению выходных сигналов пороговых элементов 12 можно определять наличие или от20 сутствие режимов короткого замыкания или близких к нему (наличию этих режимов в определенной фазе соответствует 1 на выходе соответствующего порогового элемента), Сигналы с выхо25 дов пороговых элементов 3 и 12 поступают на соответствующие входи логического элемента ИЛИ-НЕ 9. Если в данный момент времени на всех входах логического элемента Ш1И-НЕ 9 сигналы установлены на уровне О, т.е. во . всех фазах печи имеют место информативные электрические режимы, то на выходе логического элемента ИЛН-НЕ 9 сигнал равен 1. Если хотя бы на одном или нескольких входах логическо го элемента 1ШИ-НЕ 9 сигнал принимает значение 1, то на выходе этого ло гического элемента установится сигнал равный О, что свидетельствует о наличии в печи неинформативного электрического режима. Таким образом, анали- . зируя выходной сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ 9, можно определить наличие или отсутствие в электропечи

30

35

40

информативных электрических режимов, Информация снимается с выхода логн

ческсго элемента ИЛИ-НЕ 9 и используется для управления режимами работы усредняющих блоков 6 и таймера 10.

Усредняющий блок 6 работает следующим образом. Процесс вычисления усред - ненного значения входного сигнала в усредняющем блоке б циклически повторяется, а в течение одного никла его работу молно лелт-ь HJ ipi- интервала: первый интервал - усреднение по времени входного сигнала (интегрирование); второй интервал - перезапись напряжения с выхода опера-

цИонного усилителя 13 на выход инвертирующего устройства 19 выборки- хранения; третий интервал - разряд до нуля конденсатора 17. В первом Интервале цикла происходит интегрирование входного сигнала. Интегрирование осуществляется интегратором, элементами-которого являются операционный усилитель 13, конденсатор

17 и резистор 15. Временные интервалы определяются сигналами таймера 10.

i Таким образом, устройство позволяет not, Лить точность информативных

о

Электрических режимов работы электро- печи, что обеспечивает повышение фочности измерения информативных значений гармоник тока дуги, т.е. значений гармоник тока дуги, измеренных и усредненных лишь в информативных Электрических режимах. Повышение точ- йости определения информативных электрических режимов, достигается благода ря тому, что определение информативт ных или неинформативных режимов рабо- ты электропечи производится исходя из анализа электрических режимов одновременно во всех трех фазах, т.е. печь рассматривается как трехфазный взаимосвязанный агрегат.

Формула изобретения

Устройство для измерения информативных значений гармоник тока дуги трехфазной дуговой электропечи, содержа- щее в каждой фазе печи датчик мгновен ного значения тока дуги, выход которого через датчик тока соединен с входом первого порогового элемента, п полосовых фильтров, вход каждого из которых связан с выходом датчика

мгновенного значения тока дуги, а выход соединен с входом одного из п датчиков действующего значения тока, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения информативных значений гармоник тока дуги путем учета взаимосвязи электрических режимов всех фаз, оно дополнительно содержит элемент ИЛИ-НЕ, таймер и в каждой фазе печи п-1 блоков деления, п усредняющих блоков и датчик напряжения, выход которого соединен с входом введенного второго порогового элемента, при этом выход первого датчика действующего значения тока каждой фазы соединен с первым входом первого усредняющего блока в первыми входами п-1 блоков деления данной фазы, второй вход каждого из которых соединен с выходом одного из оставшихся п-1 датчиков действующего значения тока, выход каждого блока деления соединен с первым входом одного из оставшихся п-1 усредняющих блоков этой фазы, выход каждого из которых соединен с одним из п входов регистрирующего прибора данной фазы, каждый из первых трех входов элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого порогового элейента одной из фаз, каждый из трех вторых f входов элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго порогового элемента одной из фаз, его первый выход соединен с вторыми входами всех усредняющих блоков каждой фазы, его второй выход соединен с входом таймера, три выхода которого соединены с третьим, четвертым и пятым входами каждого усредняющего блока, каждой фазы.

Фиг I

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности измерения информативных значений гармоник тока дуги путем учета взаимосвязи электрических режимов всех фаз. Информация о значениях гармоник тока дуги снимается с выхода устройства лишь в случае информативных электрических режимов во всех трех фазах, т.е. печь рассматривается как трехфазный взаимосвязанный агрегат. 2 ил.

6