Способ определения весаРАСХОдуЕМОгО элЕКТРОдА элЕКТРО-ТЕРМичЕСКОй уСТАНОВКи и уСТРОй-CTBO для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01G9/00 

подключены к выходам двух первых ключей, а выходы элементов памяти соединены через вторые два ключа со входами компаратора. При этом управляющие входы всех ключей соединены с соответствующими выходами формирователя импульсов, вход которого и вход преобразователя связаны с выходом генератора осциллирующих перемещений. Один из вариантов выполнения устройства предусматривает соединение сигнальных входов первых двух ключей с датчиком тока, а другой вариант - с датчиком скорости. На фиг. 1 представлен первый вариант выполнения устройства; на фиг. 2 - второй вариант; на фиг. 3, 4, представлены графики, поясняющие работу устройства, соответственно для первого и второго вариантов. Определение веса, согласно описываемому способу, складывается из следующих операций: электроду с помощью электродвигателя придают осциллирующие перемещения в направлении вверх-вниз путем передачи на привод перемещения электрода знакопеременного управляющего воздействия, например от генератора. В процессе осциллирующих перемещений электрода измеряют электромеханические параметры привода, например момент или пропорциональный ему ток якоря двигателя при движении вверх и вниз, и. вычисляют разность измеренных значений параметра, по которой и судят о величине веса электрода. При выполнении осциллирующих реверсивйых перемещений электромеханического привода и, соответственно электрода, момент, развиваемый двигателем, определяется моментом сопротивления на его валу, т. е. зависит от веса электрода. При движении электрода вверх (подъем электроДа) с установившейся (неизменяющейся) скоростью развиваемый двигателем моментЛ1п (0з + Оп)« + М.р, где (Зэ - вес электрода; неизменяющейся части механизма перемещения (электрододержатель и т. д.); а - коэффициент передачи механизма перемещения; МТР - момент сопротивления трения. При движении электрода вниз (опускание электрода) (Оз + 0„)а+ЛГ,р. Выделение разности Мц-MO позволяет получить сигнал, пропорциональный весу электрода: UO М„ -М„ 2a(Ga -f Gn) Е Ga , который не содержит таких трудно поддающихся точному определению и изменяющихся в процессе плавки факторов, как сопротивление в вакуумном уплотнении, трение в передачах и т. д. Устройство, реализующее способ, применительно к электротермической установке 1 с электродом 2, источником питания 3, электродвигателем 4 перемещения электрода и преобразователем 5, снабженным датчиком тока 6, содержит (фиг. 1) генератор 7 осциллирующих перемещений, элементы памяти 8 и 9, связанные своими входами с выходами датчика тока 6 через два первых ключа 10, И, а выходами через два вторых ключа 12, 13 - со входами компаратора 14, подключенного своим выходом ко входу регистрирующего прибора 15. Управляющие входы всех ключей 10-13 подключены к выходам формирователя 16 импульсов управлеиия. Согласно второму варианту устройства, реализующего способ (фиг. 2), ключи 10 и 11 подключены своими сигнальными входами к выходу датчика скорости 17 электродвигателя 4. Для иллюстрации связи элементов, выделяющих сигнал о весе электрода, с системой регулирования скорости плавления, на фиг. 2 показаны элементы, входящие в систему регулирования электрического режима печи: регулятор межэлектродного промежутка 18 и блок выделения скорости 19. Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Генератор 7 (фиг. 1 и 2) вырабатывает знакопеременный сигнал f/r (фиг. 3), поступающий на вход преобразователя 5 и обеспечивающий измерительно-реверсивное перемещение двигателя 4 и соответственно электрода 2. Па фиг. 3 приведены диаграммы тока двигателя if и скорости двигателя сод при выполнении измерительного перемещения (величина измерительного перемещения принимается много меньщей длины межэлектродного промежутка, чтобы не вносить возмущений в работу установки). Пепосредственно измерение момента, развиваемого двигателем, представляет серьезные трудности. Поэтому для выделения сигнала, пропорционального весу электрода, целесообразно использовать параметры, поддающиеся прямому измерению, например ток или скорость двигателя. Согласно первому варианту устройства, реализующего способ, при выполнении измерительного перемещения электрода фиксируется установившееся значение тока двигателя /д при подъеме (дп) и опускании (/до) электрода. Для этого по окончании переходного процесса разгона двигателя (по истечении времени in при подъеме и to при опускании) формирователь 16 по команде генератора 7 вырабатывает управляющие сигналы Яф1 и Яфа (фиг. 3), обеспечивающие поочередное замыкание ключей 10, И и подключение выхода датчика тока 6 ко входам элементов памяти 8 и 9, запоминающих значения тока двигателя 4 при подъеме (гдп) и опускании (1до) электрода 2. По окончании измерительного перемещения электрода на выходе формирователя 16 вырабатывается сигнал Яфд (фиг. 3),замыкающий ключи 12, 13 и обеспечивающий тем самым подключение элементов памяти 8, 9 ко входам компаратора 14, производящего операцию алгебраического суммирования, т. е. выделяющего сигнал 1дп-1до, пропорциональный весу электрода, который регистрируется прибором 15. Этот сигнал может быть использован в системе регулирования для выработки сигнала, пропорционального скорости плавления и последующего замыкания системы регулирования по этому параметру (как показано, например, на фиг. 2).

Пропорциональность сигнала f/G t n-до весу электрода обусловлена прямой зависимостью установившегося значения тока двигателя от момента сопротивления наггрузки на его валу, т. е. от веса электрода. Действительно, при подъеме электрода установившееся значение тока двигателя (значение тока после окончания переходного процесса пуска и выхода на постоянную скорость - время t на фиг. 3)

М„ К

где К - постоянная электродвигателя.

Соответственно при опускании электрода установившееся значение тока двигателя определяется как:

. Мо до - .

Компаратор 14, осуществляющий операцию алгебраического сложения, выделяет сигнал

UG - гдп - гдо -( п - ) (G. +Оп)ЕОэ.

Исключение из сигнала UG постоянной составляющей, пропорциональной Gn, может быть осуществлено введением постоянного смещения, что позволит повысить точность измерения веса расходуемого электрода. Если сигнал, пропорциональный весу электрода, используется в дальнейшем для выделения изменения веса, т. е. для получения информации о скорости плавления, то повышение точности путем исключения неизменяющейся части сигнала может быть достигнуто соответствующим смещением рабочей точки компаратора или введением на его вход постоянного сигнала

.

В рамках предлагаемого способа измерения веса электрода для выделения сигнала, пропорционального весу электрода, может быть принципиально использован любой параметр электропривода, зависящий от нагрузки на валу двигателя (ток, скорость, время разгона, торможения и т. д.). На фиг. 2 приведена структура устройства, обеспечивающего выделение сигнала о весе электрода путем регистрации скорости двигателя при разгоне и торможении. Такая структура устройства особенно целесообразна в электродных установках (например, в дуговых сталеплавильных печах),

механизм перемещения электрода которых снабл ен разгрузочными устройствами (противовесами) . В этом случае установившиеся значения токов при подъеме и опускании электрода значительно отличаются друг от

друга, что снижает точность измерения.

Работа устройства, схема которого приведена на фиг. 2, поясняется диаграммами сигналов на фиг. 4. Аналогично схеме фиг. 1 генератор 7 вырабатывает сигнал Ur (фиг.

4), поступающий на вход преобразователя 5. При включении генератора 7 целесообразно отключить регулятор длины межэлектродного промежутка 18 (эти элементы на чертежах не показаны, так как не

являются принципиальными). Под действием сигнала электродвигатель совершает реверсивное движение в переходных режимах, не достигая установившейся скорости, как это показано на фиг. 4, где приведены

диаграммы тока 1д и скорости -сод.

Одновременно сигнал поступает на формирователь 16, который вырабатывает сигнал -UT, замыкающий ключ 10 и подключающий элемент памяти 8 к выходу датчика

скорости 17. Элемент памяти 8 фиксирует максимальное значение скорости при подъеме электрода, определяемое как

,

ДП

, . , , П

/Д -Ь /П + /9

де УИд /С1д-динамический момент двигателя (для упрощения выводов принимаем Л д const, что справедливо для привода, например, с тиристорным

преобразователем, имеющим малую постоянную времени и контур ограничения тока двигателя);

/д - момент инерции ротора двигателя;

/п - приведенный к двигателю момент инерции подвижных частей механизма перемещения электрода;

э Gg - приведенный к двигателю

момент инерции электрода; Р - коэффициент пропорциональности;тэ - масса электрода.

Далее формирователь 16 вырабатывает сигнал ифз, замыкающий ключ 11 и подключающий выход датчика скорости 16 к элементу памяти 9, фиксирующему максимальное значение скорости при опускании электрода

М - Мо .

°-/д + /п + /э °По окончании измерительного движения привода генератор 7 вырабатывает сигнал УГЧ, замыкающий ключи 12, 13 и подключающий элементы памяти 8, 9 ко входам компаратора 14 и далее к регистрирующему прибору 15.

При работе схемы фиг. 2 возможны две ситуации при ,

, «дп до,

что может рассматриваться как частный (имеющий лищь теоретическое значение) случай полностью скомпенсированной системы. В случае

дп С до и 4 - 4 - 4

CD

7- 7М.Г, 1Лп ,f

UQ - (Одп - - . , 4 Сэ . /ж + /п + э

При (Одп СОдо; . в этом частном случае достаточно измерить (зафиксировать) скорость при нереверсивном движении привода в ту или иную сторону. Тогда

г/о Е содп «ло -

и э

/д + /п + 8 Оэ

Для уменьщения погрещности целесообразно произвести реверсивное измерительное перемещение привода и сложить на компараторе полученные сигналы

м,, - м„

4Еа.

О Шдп 4- «до 2

/д + /П + Р Оэ

Таким образом, способ измерения веса электрода позволяет осуществить измерение веса электрода без реконструкции установки и усложнения ее за счет введения специального датчика. Кроме того, это позволяет повысить производительность печи и качество выплавляемого металла, так как

позволяет построить систему регулирования процессом плавки по скорости плавления электрода.

Формула изобретения

1.Способ определения веса расходуемого электрода электротермической установки путем измерения электромеханических параметров привода его перемещения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, в период измерения на рабочее движение привода накладывают осциллирующие перемещения и измеряют электромеханические параметры привода

при его движении в одну и другую стороны и определяют их разность, по которой с)дят о весе электрода.

2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее электродвигатель

перемещения расходуемого электрода с датчиком скорости, связанный через датчик тока с выходом преобразователя, отличающееся тем, что в него введены генератор осциллирующих перемещений, компаратор, четыре ключа, фор ирователь импульсов и два элемента памяти, причем входы элементов памяти подключены к выходам первых двух ключей, а выходы элементов памяти соединены через вторые два

ключа со входами компаратора, при этом управляющие входы всех ключей соединены с соответствующими выходами формирователя импульсов, вход которого и вход преобразователя связаны с выходом генератора осциллирующих перемещений.

3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что сигнальные входы первых ДВУХ ключей подключены к датчику тока.

4.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сигнальные входы первых двух

ключей подключены к выходу датчика скорости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 115739, кл. 21а 13/13, опублик. 1964.

2.Авторское свидетельство СССР № 628409, кл. G 01G 5/04. 1974.

3. Авторское свидетельство СССР № 158603, кл. G 01G 23/36, 1962 (прототип).

rS

и ч