Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи
Патент 1042211
Авторы
Классы МПК
Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи
Иллюстрации
Реферат
РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ МНОГОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий для каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной oб ютки силового трансформатора, и датчики тока и напряжения дуги, подключенные выходами к входам блока .сравнения, выход которого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности печи путем повышения быстродействия регулято . ра, он снабжен подключенным к управляющему входу дросселя блоком регулирования индуктивного сопротивления дросселя, с.входом которого соединен выхрд блока регулирования тока дуги, к входам которого подключены датчик и задатчик тока дуги.
(19) П) ) SU, СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК э 51) H 05 В 7/148
r., ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,.
Н АВТОРСКОМУ) СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3423649/24-07 (22) 16.04.82 (46) 15.09,83. Бюл. И 34 (72) Б.Д. Денис, 0.10. Лозинский и Я.С. Паранчук (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.365.22(088.8) (56) 1. Свенчанский А,Д, и Трейзон З,Л, Автоматизация электротермических установок. М., "Энергия", 1968, с. 230-231.
2. Фарнасов Г. А. и др. Электрооборудование и элементы автоматизации электроплавильных установок. M., "Металлургия", 1976, с. 17- 19. (54) (57) РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ
МНОГОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий для каждой фазы регулируемый дроссель, . включенный в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и датчики тока и напряжения дуги, подключенные выходами к"входам блока .сравнения, выход которого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фазы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности печи путем повышения быстродействия регулято. ра, он снабжен подключенным к управляющему входу дросселя блоком регулирования индуктивного сопротивления дросселя, с входом которого соединен выход блока регулирования тока дуги, к входам которого подключены датчик и задатчик тока дуги, 1042211
Изобретение относится к олектротермии и может быть использовано для автоматического регулирования мощности дуговой электропечи.
Известно устройство для автомати- 5 ческого регулирования мощности дуговых электропечей, содержащее в цепи управления каждой фазы датчик тока дуги, датчик напряжения дуги, блок сравнения, усилитель и исполнительный механйзм j1) .
Ъ
Недостатком данного регулятора является высокая дисперсия тока дуги ввиду того, что эксплуатационные толчки тока в сторону увеличения от ус- .15 тавки ликвидируются при низком быстродействии (время ликвидации короткого замыкания составляет 1-1,5 с).
НаиЬолее близким к изобретению является регулятор мощности дуговой 20 многофазной электропечи, содержащий для каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и
; датчики тока и напряжения дуги, под- 25 ключенные выходами к входам блока сравнения, выход которого через усилитель связан с исполнительным меха" низмом перемещения электрода этой фазы N.
Недостатком этого устройствЭ является высокая дисперсия тока дуги вследствие большого коэффициента кратности тока эксплуатационного короткого замыкания по отношению к номинальному вторичному току электрода, ориен тировочно равного 2,0-3,5, Это является следствием того, что величина индуктивностй дросселя регулируется ступенчато переключающим устройством 40 одновременно с переключением ступени. напряжения печного трансформатора согласно директивному графику ведения плавки и остается неизменной на данной ступени при всех режимах от хо- 4> лостого хода до короткого замыкания.
Для уменьшения токов эксплуатационных коротких замыканий необходимо включить большое индуктивное сопротивление дросселя, что приводит к уменьшению активной мощности, а следовательно, и производительности электропечной установки.
Цель изобретения - увеличение йроизводительности печи путем повыше- ния быстродействия регулятора.
Для достижения этой цели регулятор мощности дуговой многофазной электропечи, содержащий -Для каждой фазы регулируемый дроссель, включенный в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и датчики тока и напряжения дуги., подключенные выходами к входам Ьлока сравнения, выход кото- . рого через усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электрода этой фазы, дополнительно снабжен подключенным к управляющему входу дросселя блоком регулирования индуктивного сопротивления дросселя, с входом которого соединен выход блока регулирования тока дуги, к входам которого подключены датчики и задатчики тока дуги.
На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного регулятора мощности дуговой электропечи; на фиг. 2 - электрические характеристики дуговой сталеплавильной печи
ДСП-50 при использовании в качестве регулятора мощности дуги этой печи предлагаемого устройства; на фиг, 3 " то же, с постоянной индуктивностью электропечной установки с регулятором известного устройства. На фиг. 2 и 3 приведены зависимости следующих координат электрического режима от значения напряжения на дуге 0С1. а - ток дуги Ig; б - мощность, выделяемая в дугах Pg,, в - мощность электрических потерь электропечной установки Рз „ г - активная мощность установС3 КТ д - реактивная мощность установки Q; е — полная мощность, установки S; ж - коэффициент мощности электропечной установки cosg; и - электрический коэффициент полезного действия электропечной установки .
Регулятор в каждой фазе регулиро,.вания содержит датчик тока дуги 1, датчик напряжения дуги 2, выходы которых соединены с входами блока сравнения 3, а сигнал с выхода последнего поступает на вход усилителя 4, Выход усилителя 4 соединен с входом исполнительного механизма 5, выходной сигнал которого воздействует на положение электрода. Первый вход блока регулирования тока дуги 6 соединен с выходом задатчика тока дуги 7, а второй его вход подсоединен к выходу дать
3 1042211 4
I: чика тока дуги 1. Выход блока регули- дроссель 9, осуществляет стабилизарования тока дуги 6 соединен с входом - цию тока дуги на уровне Ig cr при возблока 8 регулирования индуктивного - мущениях электрического режима, высопротивления дросселя, а выход бло-, зывающих увеличение тока дуги от века 8 - с входом дросселя 9. .личины тока стабилизации 1 „т, ВелиВ предлагаемом регуляторе мощности чина тока стабилизации задается на дуги отработка возмУщений электРичес- выходе задатчика тока дуги .7. Этот кого режима производится двумя неза- контур, представляя собой чисто электвисимыми контурами регулирования. . Рический контур регулирования, облаПервый контур регулирования, включаю-.l0 дает высоким быстродействием (постоянщий датчик тока дуги 1, датчик напря" . ная времени регулирования составляет жения дуги 2, блок сравнения 3,. Уси- -1 „, = 0,005-0,01 с) и осуществляет релитель 4 и исполнительный механизм 5 гулирование путем автоматического осуществляет отработку. возмущений плавного изменения величины индуктивэлектрического режима, вызвавших сме 15 ного сопротивления дросселя 9 в функщение рабочей точки печи в стоРонУ ции Увеличения тока дуги от заданнокороткого замыкания или обрыва дуги, го1 . При отработке возмущений
I путем перемещения электрода в сторону . электрического режима в диапазоне часликвидации возмущения. В этом контуре тот 0-5 Гц благодаря высокому быстрореализуется дифференциальный закон :2р действию этот контур регулирования регулирования электрического Режима, является квазистатическим по току дуа в качестве параметра регулирования ги, а при отработке возмущений типа (Upon ) используется разность сигналов, скачка (например, внезапного коротпропорциональных току дуги и напряже- кого замыкания) время регулирования нию дуги 2 составляет 0,02-0,03 с.
"рас = » "g- b?g Регулятор устроен следующим обрагде U и I - соответственно напряже- 3QM. и ние и ток дуги; Блок 8 предназначен для изменения а и Ь - постоянные коэффициенты» среднего значения индуктивного сопро.определяющие уставку тивления дросселя 9 путем шунтировамощности регулятора. . ния на определенную изменяющуюся часть
Установившемуся режиму работы электро полупериода питающего напряжения дроспечи, означающему равенство напряже." селя 9 силовыми тиристорами, входяния и тока дуги установленным значе- щими в состав блока 8. В качестве ниям (Ug = U" 1ф =1 т )р соот" .. дросселя 9 может быть использован тоЫЧ Ь g×c ветствует нулевое значейие параметра коограничивающий дроссель а применяерегулирования Ордс = 0 3TQT контур . мый в электропечных установках, раз регулирования представляет собой деленный, например, на секции с отэлектромеханическую систему и облада" пайками, Параметры этого дросселя ет низким быстродействием, ограничен" . могут быть вычислены, например, по
«:40 ным с одной стороны максимальной ско- ледующим фор ула . ростью перемещения электрода, опре- 1д„cr, (1) деляемой областью устойчивой работы Ар= С регулятора, а с другой стороны1 1 максимальным ускораниам привода, апра- к (1 1р {y
45 АР I .т 3 2 Аст
*деляемым механической прочностью ., P A,.ст
3aeK popopep®a can. и = х мимо инеРционности электромеханичес-: : др $p кой системы перемещения электродар -,.:. где „„ - расчетный ток дросселя; увеличивающей время регулирования, :" Х„ - индуктивное сопротивление отрицательное влияние на быстродейст-5О . дросселя; вие этого контура оказывают запазды- .. Одр - расчетное напряжение дросвания, возникающие за счет люфтбв, :: селя; зазоров и проскальзываний. дст- ток стабилизации дуги;
Второй контур регулирования, вклюс+ с К - коэффициент трансформации чающий датчик тока дуги 1, блок pe- . S5 печного трансформатора; гулирования тока дуги 6, задатчик U - фазное напряжение вторичной тока дуги 7, блок 8 регулирования ин- обмотки печного трансформадуктивного сопротивления дросселя и тора;
X) К, (2) 1айгг11 6 у и Х - соответственно активное и индуктивное сопрОтивление фазы электропечной установ" ки;
С - коэффициент, учитывающий npo) 5 должительность включения (ориентировочно может быть принят равным 0,6"0,7 и уточняется по данным ста.. тистической обработки ре- ® гистрограмм,тока дуги), Выражения (1), (2) и (3) полу", 4 м! чены исходя из упрощеннои однофазнои схемы замещения . электрической цепи печной установки при условии, что активное сопротивление дросселя равно нулю.
Каждая секция дросселя шунтирует; ся двумя встречно-параллельно включенными тиристорами, входящими в со" 20 став блока 8. В качестве тиристоров могут быть использованы, например, тиристоры таблеточной конструкции с повторяющимися напряжением 0вовт, равным гчаа-3300 В, и токами 1000630 А, соответственно. Иинимальное количество секций М, на которые раздет ляется дроссель, можно определить согласно выражению
„ (2 0„р ЗО
" tlO8T
При движении рабочей точки печи от короткого замыкания к установлен" ному режиму для поддержания постоян« ного значения тока дуги, Равному1 g необходимо изменять значение индук тивного сопротивления дросселя 9 от максимального значения (короткое sa" мыкание) до минимального значения, .соответствующего установленному ре-,40 жиму (если точка установленного электрического режима находится на
Р участке стабилизации тока дуги?д get
= д „0 UA,. Од.„) a до нуля, если 1 р I < «Хд т à Ugq) Од,уста> 0А „- (0 т - напряжение на дуге, соответствующее величине тока дуги, равному ?д ст при напряжении на пер» вичной обмотке печного трансформатора, равном напряжению сети; 0д, - фазное напряжение на дуге при холостом ходе, равное „=-,.Ц ). Это осуществляется пу4
Т тем изменения угла открывания тиристоров ра соответственно от максималь.ного значения (aL =Ыпдк) до минималь- Б ного значения (=Кп, ц) или до нуля (gL.= О), Гсли изменять угол открывания тиристоров, т.е. изменять время шунтирования на онределенную часть полупериода питающего напряжения дросселя 9, то можно изменять среднее значение его индуктивного сопротивления. Величину этого сопротивления Х на участке стабилизации тока дуги определяют из выражения
4,Р i . "а Ц+ р,.cr f) ") I<
Блок 8 регулирования индуктивного сопротивления дросселя может быть реализован, например, на основе однофаз« ного тиристорного регулятора напряжения типа РНТО"330-660, Сигнал управления,.который посту» пает на вход блока 8, . вырабатывается регулятором тока 6 в функции разности фактического значения тока дуги, по" ступающего с выхода датчика тока дуги
1, и заданного значения тока стабилизации, поступающего с выхода задатчика тока дуги 7. Блок регулирования тока дуги 6 может иметь, например, пропорционально«интегральную характеристику и может быть реализован на стандартных устройствах, входящиМ в состав унифицированной блочной системы регулирования (УБСР".АИ), Параметры регулятора дуги с пропорционально-интегральной характеристикой при настройке на технический оптимум можно рассчитать по приведенным выражениям
R,*; Н,. - - - — "- —, х ат . к„.к, . 2è" f У.Со . Со дантах
81= 8l
" трах 1
Йо - сопротивление в цепи обратной связи регуля-. тора тока дуги;
К,1 и R - входные сопротивления регулятора тока дуги соответственно по каналу задания и обратной связи тока дуги;
C " емкость в цепи обратной связи регулятора тока дуги;
- частота питающей сети;
Тр " малая нескомпенсированная постоянная времени, равная эквивалентной постоянной времени устройства регулирования индуктивного сопротивления дросселя; где
1042211
8, 7
K - коэффициент усиления . устройства регулирования индуктивного сопротивления дросселя;
К " коэффициент передачи це"-5 пи обратной связи по току дуги;
9,пд„ - максимальное напряжение на выходе датчика тока .
I дуги; -1О
Ц - максимальное напряжение
3.т пиах на выходе задатчика то-. ка дуги;
Задатчик 7 может представлять со» бой, например, потенциометр напряжения, а величина его выходного напря" жения пропорциональна значению Ед цт.i .
Характеристики (фиг. 2 и 3) рассчитаны для дуговой сталеплавильной печи. ДСП-50 при следующих исходных - 20 данных: Uy, = 368 В; Х. 3,04 ° 10 Ом;.
Я = 1, 1 ° 16 Ом. Точка установленного, .режима работы электропечи при управ»лении от регулятора Ro известной структурной схеме имеет координаты
" .Чст= 171 В Е .Ч =13, » =«24 (1 ° - номинальный линейный вторич.Ан ный ток). Точка установленного режи-. ма электропечи при работе с предлагаемым регулятором принята с такими координатами: U цет Ug ет = 160 В;
- - 2 б40 А. При токе дуги, меньшем тока стабилизации,;электри. ческие характеристики печи при рабо" . те описываемого и известного регуля35 торов идентичные. Благодаря введению быстродействующего контура регулиро-. вания тока дуги действующее значение тока дуги не превышает величину тока стабилизацииЕд <Т, Учитывая это и тот факт, что в печных трансформаторах предусматривается перегрузка по току на 203, появляется возможность в .предлагаемом устройстве увеличится. уставку тока дуги на 203 сверх номи нального вторичного тока т.е, принять ее равной 4 ч,т = T 4 c = 1, 2Е )..
Из сопоставительного анализа электрических характеристик (фиг, 2 и 3) следует, что при колебаниях напряжения на дуге от нуля (короткое замыкание) до значения. U* при работе предлагаемого устройства (фиг. 2) ток дуги не превышает значения тока стабилизации Е ст ., существенно снижа», ются набоосы активной, реактивной и полной мощности электропечной уста-. новки; увеличивается значение элект.рическо® КПД установки.
Регулятор работает следующим образом.
При возникновении под одним из электродов возмущения, вызвавшего приращение напряжения на дуге этой фазы в начальный момент времени приводит к изменению тока этой фазы. Сигнал, пропорцйональный току дуги, снимаемый с выхода датчика тока дуги и поступающий на вход регулятора тока дуги 6, приводит к соответствующему изменению угла открывания тиристорав и тем самым к изменению среднего индуктивного сопротивления дросселя, а следовательно, к восстановлению така -дуги до значения заданногоЕд qT . Сигнал заданного тока дуги снимается с выхода устройства 7. Одновременно сигналы с выходов датчика тока дуги 1 и датчика напряжения дуги 2, поступающие на вход блока сравнения 3, вызывают на его выходе появление сигнала рассогласования, знак и величина которого посредством усилителя 4 и исполнитель." ного механизма 5 приводят к перемеще" нию электрода в направлении ликвидации рассогласования. Благодаря высокому быстродействию контура стабилизации тока дуги (постоянная времени устройства регулирования индуктивного сопротивления дросселя равна Тн =
= 0,005-0,01 с) процесс восстановле-. ния установленного значения длины дуги происходит при токе дуги, не превышающем величину тока стабилизации
I z .Точка установленного электрического режима (Ug«»I цст- ) при работе предлагаемого регулятора мощности дуги может находиться как на участке стабилизации тока дуги ста-. тической вольт-амперной характеристики электропечной установки Е
= f(Ug) (фиг. 2,, кривая(у ), так и при уставках тока дуги, меньших вели» чины тока стабилизации Е (участок кривой с3 при 0А > U> ). В последнем случае дроссель полностью закорочен, а контур стабилизации тока находится в насыщении и на уменьшение тока не реагирует.
Таким образом, предлагаемый регу лятор мощности дуговой электропечи благодаря введению быстродействующего контура стабилизации тока дуги обеспечивает существенное снижение дисперсии тока дуги в процессе работы электропечной установки, и дает возможность увеличить уставку тока регулятора мощности дуги на 20, не опа1042211
10 саясь перегрева печного трансформатора, а это, если рассматриваемые режимы находятся на восходящей ветви зависимости Pg = f (U ), позволяет увеличить мощность дуг, коэффициент использования печного трансформатора и производительность электропечной установки, Кроме того, благодаря у вели чению то ка ду ги (что со про вождаетсл уменьшением длины дуги) повышается стабильность ее горения, так как с ростом тока дуги вследствие линч-эффекта дуга сжимается и становится более устойчивой, Уменьшение дисперсии тока дуги позволяет уменьшить дисперсию активной мощности дуги, т.е. приводит .к более равномерному вводу активной мощности в печь и тем самым стабилизирует тепловой и технологический режимы плавки. При этом повышается автономность фазных каналов регулирования электрического режима дуговой электропечи относи-. тельно возмущений в других фазах, за счет уменьшения дисперсии тока дуги уменьшается отношение среднеквадратического значения тока дуги к его среднему значению, вследствие чего уменьшаются электрические потери и увеличивается среднее значение электрического КПД, Применение описываемого устройства уменьшает амплитуду эксплуатационных. толчков тока при работе электропечной установки и механических усилий в обмотках трансформатора и шинопроводах подводящей сети, что повышает надежность и срок службы силового электрооборудования, Уменьшение амплитуды толчков. тока дуги вызывает уменьшение колебаний напряжения в сетях электроснабжения, 10 что улучшает качество электроэнергии на шинах понизительных подстанций промышленных предприятий, имеющих дуговые электропечи. В предлагаемом устройстве за счет наличия быстродействующего контура регулирования тока дуги и возможности плавного изменения заданного значения величины тока стабилизации дуги (Z> „) можно компенсировать несимметрию рабочей цепи р0 установки и установить равномерные нагрузки по фазам. Прй использовании предлагаемого устройства на электропечных установках, с.трансформаторными агрегатами мощностью 0,4-9 мВ А за счет введения индуктивности дросселя, использовавшегося в этих установках для ограничения токов короткого замыкания, представляется дополнительная возможность увеличения мощности, а значит и производительности этих установок.
1(42211
0Z
1042211
Я
ГР$
Ю2
Корректор 0 Билак
Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4
Составйтель О. Турпак
Редактор Н. Швыдкая Техред;Т.Маточка
ФВ М
Заказ 7150/59 Тираж:845 * Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5