СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО БОКОВОГО РАЗРЯДА В ВАКУУМНЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЕЧАХ Советский патент 1968 года по МПК H05B7/18 H05B7/144 

Известные способы обнаружения устойчивого бокового разря да в вакуумных электродуговых печах путем сравнения электрических параметров разряда, например мгновенных значений напряжения печи, с опорными величинами, не позволяют .быстро и надежно принять меры для защиты печи и ликвидации возникшего бокового разряда.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что из мгновенных значений напряжения печи определяют функцию распределения амплитуд высокочастотного шума, среднее значение отклонений этих амплитуд, дисперсию шума и его частоту и из полученных величин порознь или совместно формируют сигнал, который сравнивают либо с заданной опорной величиной, либо с величиной, характеризуюш,ей предшествуюш.ее значение контролируемого параметра разряда.

По одному из вариантов указанный сигнал получают перемножением величин, пропорциональных величине и амплитуде высокочастотного шума.

Этот способ основан на анализе мгновенных значений напряжений печи, характер которых определяется устойчивостью катодных пятен, резко изменяюш ейся при переходе дуги на стенку кристаллизатора.

перемешающихся по электроду, так что отдельные каналы разряда, опирающиеся на эти пятна, можно рассматривать как обособленные одновременно существующие дуги, имеющие различную длину, устойчивость которых определяется критерием Кауфмана:

(A/o)fe- /,

-начальное отклонение (возмущегде A4i ние) тока г-ой дуги, а А/,

-реакция г-ой дуги на заданное возмущение, а

RKP

- сопротивление короткой сети, ом.

. -дифференциальное сопротивление

dU дуги -, ом

кс -индуктивность короткой сети, гн В результате движения катодных пятен по боковой поверхности электрода, дуги, опирающиеся на Н:их, растягиваются и при достижении критической длины гаснут, что вызывает бросок тока в электрическом контуре печи, равный току погасшей дуги. Так как время распада катодного пятна меньше 0,5 сек, то короткая сеть печи генерирует э.д.с. самоиндукции значительной величины:

где А/кр - значение тока /-ой дуги в момент ее погасания,

.- время распада катодного пятна /-ОЙ дуги, действующей согласно с источником питания печи.

Благодаря инерционности телловых и ионизационных процессов ток оставшихся дуг не может измениться скачком и напряжение печи возрастает, а затем возвращается к первоначальному значению.

Установивщееся состояние не является устойчивым, так как достигает критической длины и гаснет следующая дуга и т. д. пока напряжение лечи -не повысится до такой степени, когда на торце электрода образуется новое катодное пятно, дробящееся при увеличений в нем тока. Скорость этих процессов такова, что подъем и спад напряжения, сопутствующие распаду катодного пятна, имеют характер импульсов с частотой 1000-3000 гц, и весь процесс сопровождается случайным шумом.

Полный переход дуги на стенку кристаллизатора влечет концентрацию катодных -пятен на боковой поверхности электрода, а процессы,, связанные с распадом и погасанием отдельных пятен, прекращаются. В результате резко изменяется характеристика высокочастотного шума - его отличает малое время корреляции (0,07 сек) и, следовательно, высокое быстродействие схем с использованием характеристики высокочастотного шума -напряжения печи.

На фиг. 1 показана осциллограмма напряжения печи, снятая в момент перехода дуги на стенку кристаллизатора; на фиг. 2 - гистограмма распределения амплитуд мгновенных значений напряжения печи без боковой дуги; на фиг. 3 - гистограмма распределения амплитуд высокоча1стотною шума при возникновении устойчивой боковой дуги (пунктиром показана предыдущая гистограмма); на фиг. 4 - изменение частоты следования высокочистотных импульсов напряжения лечи с амплитудой более 0,1 в при полном переходе дуги на стенку кристаллизатора.

Осциллограмма на фиг. 1 показывает резкое изменение амплитуд и частоты шума. Оставшиеся пульсации определяются пульсациями полупроводникового источника питания, которые дуга воспроизводит как и любой другой проводник, имеющий конечное сопротивление.

За амплитуду на фиг. 2 приняты те значения напряжения печи, при которых производdU,

ная

меняет знак.

di

При переходе дуги на стенку кристаллизатора (фиг. 3) число импульсов высокочастотного шума, имеющих заданную амплитуду лш. макс, резко уменьшается (), соответственно уменьшается средняя частота их следования.

При возникновении боковой дуги изменяется форма функции распределения амплитуд, смещается максимум этой функции, изменяется дисперсия шума, а также среднее значение отклонений напряжения высокочастотного щума. На фиг. 4 частота пульсаций источника питания печи (300 гц) показана пунктиром. Кружки с точками обозначают экспериментально полученные значения частот при нормальном режиме плавки, наполовину зачерненные кружки - значения частот при устойчивой боковой дуге.

Таким образом, индикацию возникшей в ВДП устойчивой боковой дуги можно осуществить, определив из мгновенного значения напряжения печи один или несколько вышеперечисленных параметров, либо комбинируя их меледу собой, что усиливает их действие. Время обработки указанных параметров определяется временем автокорреляции шума и составляет 0,3-0,5 сек. Полученные значения можно сравнивать с некоторыми наперед заданными значениями этих параметров - установками, соответствующими безопасному режиму плавки, либо с предшествующими значениями этих параметров, что обеспечивает автонастройку схемы при различных режимах плавки.

Так как при работе печи возможны режимы,

при которых с .катодными пятнами происходит то , что и при боковой дуге (процессы изменения напряжения печи похожи на процессы, связанные с боковой дугой), то в схему должны быть введены блокировки, предупреждающие выдачу ложного сигнала при коротких замыканиях в печи, при зажигании дуги и ирогреве электрода, когда дуга горит между холодным поддоном (затравкой) и холодным электродом.

Предмет изобретения

1. Способ обнаружения устойчивого бокового разряда в вакуумных электродуговых печах путем сравнения электрических параметров разряда, например мгновенных значений напряжения печи, с опорными величинами, отличающийся тем, что, с целью получения более точного сигнала появления боковой дуги, из мгновенных значений напряжения определяют функцию распределения амплитуд высокочастотного шума, среднее значение отклонений этих амплитуд, дисперсию шума и его частоту и полученные величины используют порознь или совместно для формирования сигнала, который сравнивают либо с заданной опорной величиной, либо с величиной, характеризующей предшествующее значение контролируемого параметра разряда. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

для получения указанного сигнала перемножают величины, пропорциональные величине и амплитуде высокочастотного шума.

имп 28

HopMa.ibHbiu режим плаВш