Устройство для определения площади динамической вольт-амперной характеристики /ДВАХ/ для дозаторов электроэнергии в электрической печи Советский патент 1991 года по МПК H05B7/148 

1

(21)4407167/07

(22)07.04.88

(46) 23.04.91. Бюл. № 15

(71)Тульский политехнический институт

(72)А.Н Грачев, А.МДЦварев, А.А.Фомичев и Р.В.Минеев

(53)621.365.22 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 839262, кл. Н 05 В 7/148, 1979.

Авторское свидетельство СССР В- 1301289, кл. Н 05 В 7/148, 1986.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ДВАХ) ДЛЯ ДОЗАТОРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

(57)Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - увеличение производительности печи путем повышения точности определения площади динамической вольт-амперной характеристики (ДВАХ) ее электрического режима. Сигналы, пропорциональные значениям фазного тока и напряжения, поступают в устройство, которое начинает работать с момента, который изображен на ДВАХ точкой А. Элементы устройства обеспечивают квантование сигналов по току и напряжению в четырех квадрантах ДВАХ и осуществляют их суммирование за полный цикл, когда рабочая точка опять придет в точку А. Устройство обеспечивает высокую точность определения площади ДВАХ. 2 ил.

Изобретение относится к электротермии, а именно к устройствам для регулирования электрического режима дуговых электрических печей.

Целью изобретения является увеличение производительности электропечи путем повышения точности определения площади ДВАХ ее электрического режима.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, на фиг. 2 - изображение ДВАХ в форме берцовой кости с выбросами, поясняющее принцип дейт- ствия.

Устройство содержит подключенный к датчику 1 напряжения первый анализатор знака сигнала 2, первый и второй входы которого соединены с первыми входами первого и второго

блоков 3 и 4 совпадения соответственно, подключенный к датчику 5 тока второй анализатор 6 знака, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами третьего и четвертого блоков совпадения 7 и 8 соответственно, соединенный с датчиком 1 напряжения первый нуль-компаратор 9, первый и второй выходы которого связаны с вторыми входами третьего и четвертого блоков совпадения 7 и 8 соответственно, соединенный с датчиком 5 второй нуль-компаратор 10, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго блоков совпадения 3 и 4 соответственно, первый выход первого блока 3 совпадения связан с первым входом первого триггера 11, второй

-4

вход которого соединен с первым выходом четвертого блока совпадения 8, а первый и второй выходы соединены с первыми входами пятого и шестого блоков совпадения 12 и 13 соответственно, первьй выход второго блока 4 совпадения связан с первым входом триггера 14, второй вход которого соединен с первым выходом третьего блока 7 совпадения, а первьй и вто- рой выходы - с вторыми входами пятого и шестого блоков совпадения 12 и 13 соответственно, второй выход третьего блока 7 совпадения соединен с первым входом третьего триггера 15, второй вход которого соединен с вторым выходом первого блока 3 совпадения, а первый и второй выходы - с первыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения 16 и 17 соответственно, второй выход четвертого блока 8 совпадения подан на первый вход четвертого триггера 18, второй вход которого соединен со вторым выходом второго блока 4 совпадения, а первьй и второй выходы соединены с вторыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения 16 и 17 соответственно, третьи входы пятого и седьмого блоков совпадения 12 и 16 соединены с датчиком 1 напряжения, а третьи входы шестого и восьмого блоков совпадения 13 и 17 соединены с датчиком тока 5, первьй и второй выходы шестого блока 13 совпадения поданы на первые входы первого инвертора 19 и девятого блока 20 совпадения соответственно, первьй и второй выходы седьмого блока 16 поданы на вторые входы первого инвертора 19 и девятого блока 20 совпадения соответственно, выход первого инвертора 19 подан на первьй вход первого сумматора 21, второй вход которого через аналоговое запоминающее устройство 22 соединен с выходом девятого блока 20 совпадения, а выход соединен с входом порогового элемента 23, первьй выход которого подан на третий вход девятого блока 20 совпадения, третьи выходы шестого и седьмого блоков совпадения 13 и 16 соединены с первым и вторым входами перво:о двухпо- лупериодного выпрямителя 24 соответ- ственно, .первьй выход которого подключен через первьй блок 25 задержки к первому входу второго сумматора 26 а второй выход соединен через второй

5

0

5

0

5

0

5

0

5

инвертор 27 с вторым входом второго сумматора 26, выход которого соединен с входом третьего анализатора знака сигнала 28, выход пятого блока 12 совпадения соединен с входом второго двухполупериодного выпрямителя 29, первьй и второй выходы которого соединены с первыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соответственно, выход восьмого блока совпадения 17 подан на вход третьего двухполупериодного выпрямителя 32, первьй и второй выходы которого соединены с вторыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соответственно, третьч входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соединены со вторым и третьим выходами порогового элемента 23 соответственно, а четвертые входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения 30 и 31 соединены с первым и вторым выходами третьего анализатора знака сигнала 28 соответственно, выход десятого блока 30 совпадения подан на первьй вход накапливающего сумматора 33, второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого блока 31 совпадения через третий инвертор 34, третий вход накапливающего сумматора 33 соединен с третьим выходом первого блока 3 совпадения через второй блок 35 задержки, а выход накапливающего сумматора 33 подан на первый вход двенадцатого блока 36 совпадения, второй вход которого соединен с четвертым выходом первого блока 3 совпадения. Вход первого анализатора знака сигнала 2 соединен с четвертым выходом датчика напряжения 1, а вход второго анализатора 6 - с четвертым выходом датчика тока 5.

Устройство для определения площади ДВАХ для дозаторов электроэнергии в электрической печи работает следующим образом.

С датчиков печи поступают в устройство стандартные электрические сигналы, пропорциональные соответствующим значениям фазного тока и фазного напряжения. Устройство начинает работать с момента, который на изображении ДВАХ (см.фиг.2) обозначен точкой А. При этом срабатывает второй нуль-компаратор 10, так как сигнал, пропорциональный току в этот момент, равен нулю. Импульсы короткой длительности поступают на первьй

5

и второй блоки 3 и 4 совпадения. Пр этом будет открыт только первый бло 3 совпадения, на второй вход которго будет подаваться разрешающий сигнал с первого анализатора 2 знака сигнала.

Все анализаторы знака сигнала работают следующим образом.

Если на вход анализатора поступает отрицательный сигнал, то на его первом выходе выставляется высокий уровень сигнала, а на втором - низкий. При подаче на вход анализатора положительного сигнала па его первом выходе установится низкий уровень, а на втором - высокий. Таким образом, в момент прохождения точки А импульсами с первого блока 3 совпадения устанавливается первый триггер 11 и сбрасывается третий триггер 15. Установленный первый триггер 11 служит индикатором того, что рабочая точка находится во II квадранте изображения ДВАХ (см. фиг2). Кроме того, он поддерживает в открытом состоянии пятый и шестой блоки 12 и 13 совпадения; через которые сигнал с датчика 1 напряжения поступает на второй двухполупериод- ный выпрямитель 29, а сигнал .с датчика 5 тока - на первый двухполупе риодный выпрямитель 24, первый ин1

-

вертор 19 и девятый блок 20 совпадения, чае он установит высокий уровень на

Первый инвертор 19, девятый блок 20 совпадения, сумматор 21, аналоговое запоминающее устройство 22 и пороговый элемент 23 служат для квантования по уровню сигналов, пропорциональных напряжению электрод-нуль или току в зависимости от того, в каком квадранте находится рабочая точка. Эта часть устройства работает следующим образом.

Сигнал через девятый блок 20 совпадения попадает в аналоговое запоминающее устройство 22, где он фиксируется до поступления следующего сигнала. На первом сумматоре 21 происходит сложение запоминающего сигнала с текущим, поступающим через первый инвертор 19. Таким образом, разность этих двух сигналов поступает на пороговый элемент 23, который срабатывает и выдает короткий импульс, как только абсолютное значение разностного сигнала окажется равным заранее определенному пороговому уровню. Этот импульс является открывающим для девятого 20, десятого

35

40

своем втором выходе и откроет одиннадцатый блок совпадения 31.

Как уже было сказано, когда рабочая точка находится во II квадранте (т.е. движется от точки А к точке В на фиг. 2), первый триггер 11 находится во взведенном состоянии и поддерживает открытыми пятый и шестой блоки 12 и 13 совпадения. При этом сигнал, пропорциональный току, через открытый шестой блок 13 совпадения

45 подается на те части устройства, которые предназначены для квантования и анализа поведения сигналов. В моменты квантования, которые показаны на фиг. 2 горизонтальными или

50 вертикальными линиями .(во II квадранте - горизонтальными), разрешаю- щие импульсы с порогового элемента 23 поступают на десятый и одиннадцатый блоки 30 и 31 совпадения. При

55 этом открытым будет тот из двух блоков, на который одновременно подается сигнал с третьего анализатора 28 знака сигнала. Например, пока рабочая точка движется от точки А до

, 10

444076

30 и одиннадцатого 31 блоков совпадения. Принтом в аналоговом запоминающем устройстве 22 запомнится новое значение уровня сигнала.

Первый двухполупериоднып выпрямитель 24, первый блок 25 задержки, второй инвертор 27, второй сумматор 26 и третий анализатор 28 знака сигнала служат для анализа поведения сигналов, пропорциональных напряжению электрод-нуль или току в зависимости от того, в каком квадранте находится рабочая точка. Если сигнал, подавае- . мый на эту часть схемы, возрастает по своему абсолютному значению, то на третий анализатор знака сигнала 28 поступает отрицательный сигнал, в противном случае - положительный, . так как на втором сумматоре 26 происходит сложение сигнала, задержанного на первом блоке задержки 25, с сигналом, поступающим со второго инвертора 27. Таким образом, в случае возрастающего сигнала третий анализатор знака сигнала 28 имеет высокий уровень на своем первом выходе и поддерживает в открытом состоянии десятый блок совпадения 30, в противном случае он устанавливает высокий уровень на своем первом выходе и поддерживает в открытом состоянии десятый блок совпадения 30, в противном слу15

20

25

30

Ч

своем втором выходе и откроет одиннадцатый блок совпадения 31.

Как уже было сказано, когда рабочая точка находится во II квадранте (т.е. движется от точки А к точке В на фиг. 2), первый триггер 11 находится во взведенном состоянии и поддерживает открытыми пятый и шестой блоки 12 и 13 совпадения. При этом сигнал, пропорциональный току, через открытый шестой блок 13 совпадения

подается на те части устройства, которые предназначены для квантования и анализа поведения сигналов. В моменты квантования, которые показаны на фиг. 2 горизонтальными или

вертикальными линиями .(во II квадранте - горизонтальными), разрешаю- - щие импульсы с порогового элемента 23 поступают на десятый и одиннадцатый блоки 30 и 31 совпадения. При

этом открытым будет тот из двух блоков, на который одновременно подается сигнал с третьего анализатора 28 знака сигнала. Например, пока рабочая точка движется от точки А до

точки Е открытым будет десятый блок 30 совпадения, так как сигнал, пропорциональный току на этом участке, возрастает. При этом сигнал, пропорциональный напряжению, через открыты пятый блок 12 совпадения через второй двухполупериодный выпрямитель 29 и через открытый десятый блок 30 совпадения в моменты квантования поступает в накапливающий сумматор 33, в котором происходит накапливание сигнала, пропорционального площади. Если принять порог квантования равным единице, то площади элементарных прямоугольников, изображенных на фиг, 2, будут пропорциональными сигналу, котсрый в данном квадранте не квантуется. Например, во II квадранте - сигналу напряжения. В момент же времени, когда рабочая точка движется от точки Е к точке F (см, фиг. 2), третий анализатор 28 знака сигнала устанавливает высокий уровень на своем втором выходе и открывает одиннадцатый блок 31 совпадения так как на этом участке сигнал, пропорциональный току, убывает. Таким образом, сигналы, пропорциональные напряжению, в моменты квантования будут поступать на накапливающий сумматор 33 через третий инвертор 34 и, следовательно, будут вычитаться из накопившейся суммы. Благодаря этому будет точно определена и учтена площадъ выброса, вершиной которой является точка Е. Далее прибор реагирует на все выбросы аналогичным образом. На участке FC площади элементарных прямоугольников складываются, на участке GH - вычитаются, а на участке НВ опять складываются. Таким образом, в момент времени, обозначенный на фиг. 2 точкой В, в накапливающем сумматоре 33 будет накоплен сигнал, пропорционапьньш площади ДВАХ во II квадранте. В этот же момент времени сработает первый нуль- компаратор 9 и. через открытый вторым анализатором 6 знака сигнала четвертый блок 8 совпадения сбрасывает первый триггер 11 и устанавливает четвертый триггер 18, который служит индикатором того, что рабочая точ- - ка находится п I квадранте. Этот триггер поддерживает в открытом состоянии седьмой и восьмой блоки 16 и 17 совпадения. При этом удтройство работает так же, как и во II квадранте, с той лишь разницей, что кванто

0

5

0

вание теперь производится по напряжению, а на накапливающий сумматор 33 подаются сигналы, пропорциональные току. Точно так же при возрастании сигнала, пропорционального напряжению, на накапливающий сумматор 33 будут поступать положительные сигналы, а при убывании - отрицательные, что позволит учесть всевозможные искажения формы ДВАХ. В момент, соответствующий точке С на фиг. 2, в. накапливающем сумматоре 33 будет накоплен сигнал, пропорциональный площади ДВАХ во II и в I квадрантах. В этот же момент сигналом со второго нуль-компара тора 10 через открытый второй блок совпадения 5 будет сброшен четвертый триггер 18 и установлен второй триггер 14, который является индикатором того, что рабоча я точка находится в IV квадранте. Второй триггер 14 поддерживает в -открытом состоянии пятый и шестой блоки 12 и 13 совпадения, а следовательно, квантование происходит по току, как показано на фиг. 2, и устройство работает так же, как и во II квадранте. В момент, соответствующий точке D на фиг. 2, второй триггер 14 сбрасывается и устанавливается третий триггер 15, который служит индикатором того, что рабочая точка находится в III квадранте. При этом третий триггер 15 поддерживает в открытом состоянии седьмой и восьмой блоки 16 и 17 совпадения, и устройство работает -аналогично I квадранту.

Полный цикл работы устройства завершается, когда рабочая точка опять приходит в точку А. Как было показано, при этом открывается первый блок 3 совпадения, один из сигналов с которой откроет на короткий момент двенадцатый блок 36 совпадения, а 5 другой через второй блок 35 задержки приведет в исходное состояние (сбросит в 0) накапливающий сумматор 33. При этом сигнал, пропорциональный площади ДВАХ за прошедший период, накопленный в накапливающем сумматоре 33, будет подан на дозатор электроэнергии.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность регулирования режима работы печи, поскольку в известных устройствах площадь ДВАХ определяется как взвешенная сумма реактивных мощностей по каждой гармонике. Существующие штатные приборы

5

0

0

5

.регистрации реактивной мощности реагируют на первую гармонику тока и напряжения. Большинство электрических, в частности дуговьк, печей имеет нелинейный характер тока и напряжения. Вклад высших гармоник в спектры сигналов очень велик. Поэтому в конечном счете существующие приборы будут вносить существенную погрет- ность в управление процессом плавки. Устройство позволяет избежать этих осложнений и имеет широкую область применения практически на всех электродных печах переменного тока.

Формула изобретения

Устройство для определения площади динамической вольт-амперной характеристики (ДВАХ) для дозаторов электроэнергии в электрической печи, содержащее накапливающий сумматор, первый блок совпадения, первый инвертор, первый и второй нуль-компарато- ры, входы которых соединены с первыми выходами датчиков напряжения и гока, и первый блок задержки, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности печи путем повышения точности определения площади ДВАХ ее электрического режима, оно дополнительно содержит три анализатора знака сигнала, одиннадцать блоков совпадения, четыре триггера, три двухполупериодных выпрямителя, второй и третий инверторы, два сумматора, пороговый элемент, аналоговое запоминающее устройство и второй блок задержки, первый выход первого анализатора знака сигнала соединен с первым входом первого блока совпадения, а его второй выход - с первым входом второго блока совпадения, первый выход второго анализатора знака связан с первым входом третьего бло- ка совпадения, а его второй вькод - с первым входом четвертого блока совпадения, первый и второй выходы первого нуль-компаратора соединены с вторыми входами третьего и четверто- го блоков совпадения, первый к второй выходы второго нуль-компаратора - с вторыми входами первого и второго блоков совпадения, первый выход первого блока совпадения связан с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом четвертого блока совпадения, а его первый и второй выходы соединены с

g

5

0

5 5 0 5 0

первыми входами пятого н шестого блоков совпадения, первый выход второго блока совпадения связан с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с первым выходом третьего блока совпадения, а его первый и второй выходы соединены с вторыми входами пятого и шестого блоков совпадения, второй выход третьего блокг совпадения связан с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым РЫХОДОМ первого блока совпадения, а его первый и второй выходы соединены с первыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения, второй выход четвертого блока совпадения связан с первым входом четвертого триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом,второго блока совпадения , а его первый и второй выходы соединены с вторыми входами седьмого и восьмого блоков совпадения, третьи входы пятого и седьмого блоков совпадения соединены с вторым и третьим выходами датчика напряжения, а третьи входы шестого и восьмого блоков совпадения - с вторым и третьим выходами датчика тока, первый выход шестого блока .совпадения соединен с первым входом первого инвертора, а второй его вькод - с первым входом девятого блока совпадения, первый выход седьмого блока совпадения связан с вторым входом первого инвертора, а его второй вькод - с вторым входом девятого блока совпадения, выход первого инвертора соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого через аналоговое запоминающее устройство соединен с выходом девятого блока совпадения, а его выход - с входом порогового элемента, первый выход которого соединен с третьим входом девятого блока совпадения, третьи выходы шестого и седьмого блоков совпадения связаны с первым и вторым входами первого двухполупериодного выпрямителя, первый выход которого соединен через первый блок задержки с первым входом второго сумматора, а второй выход - через второй инвертор с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом третьего анализатора знака сигнала, вькод пятого блока совпадения соединен с входом второго двухполупериодного выпрямителя, первый и второй выходы

которого соединены с первыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения, выход восьмого блока совпадения связан с входом третьего двухполупериодного выпрямителя,, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами десятого и одиннадцатого блоков совпадения, третьи входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения соединены с вторым и третьим выходами порогового элемента, а четвертые входы десятого и одиннадцатого блоков совпадения соединены с первым и вторым выходами третьего анализатора знака сигнала, выход десятого блока совпа

дения соединен с первым входом накапливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого блока совпадения через третий инвертор, третий выход накапливающего сумматора соединен с третьим выходом первого блока совпадения через второй блок задержки, а выход накапливающего сумматора соединен с первым входом двенадцатого блока совпадения, вход первого анализатора знака сигнала соединен с четвертым выходом датчика напряжения, а вход второго анализатора датчика - с четвертым выходом датчика тока.

Фиг,1

т

ш

Фиг. 2.