Способ стабилизации режима потребления электроэнергии дуговой трехфазной электропечи

Способ стабилизации режима потребления электроэнергии дуговой трехфазной электропечи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (gp 4 Н 05 В 7/148

БИБд,:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4154645/24-07 (22) 02. 12. 86 (46) 15.06.88. Бюл. Р 22 (71) Центральное производственнотехническое предприятие "Центроэнергочермет" (72) О.А. Бадажков, И.A. Игнатов, P.Â. Минеев, В.Г. Борисов, Н.В. Мойкин и В.Ф. Кудряшов

{53) 62 1.365.22(088.8) (56) Справочник "Электрооборудование и автоматика электротермических установок", N. Энергия, 1978.

IRON and Steel. Pittsburg, April 1977, vol. 54, Number 4. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЖИМА ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДУГОВОЙ

ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель — снижение расхода энергии и уменьшение бросков тока. Для этого изменяют фазу измеряемых токов и напряжений на величину не более

1/36 периода питающего напряжения, сравнивают амплитуды измеренных и сдвинутых по фазе токов и напряжений и в моменты их равенства, индивидуально для каждой дуги электрода, формируют первые и вторые сигналы по требуемому закону, сравнивают первые и вторые единичные сигналы-импульсы

„„SU„„1403390 А 1 и в моменты их несовпаДения формируют третьи единичные сигналы-импульсы длительностью не более 1/200 периода питающего напряжения сети, сравнивают количество третьих сигналов-импульсов с заданным за каждые

0,5-20 периодов питаюшего напряжения сети и уменьшают напряжение на обмотках фаз печного трансформатора, питающего данный электрод до 0,25 от номинального напряжения пропорционально возникающему сигналу рассогласования, причем управление ведут при количестве измеренных третьих сигналов-импульсов, меньшем заданного на период питающего напряжения сети или равном ему. При последующем коротком замыкании второго и .третьего электродов напряжение на их совместной обмотке уменьшают до нуля при. соединении нагрузки в треугольник, а при соединении нагрузки в звезду напряжение уменьшают до нуля на обмотках второго и третьего электродов.

При коротком замыкании в печи дополнительно отключают регулятор мощности фазы и подают сигнал на ускоренное перемещение электрода вверх до момента получения нулевого сигнала рассогласования между заданными и измеренными тре тьими сигналами-импульсами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

14033 ОО

Изобретение отно -ится к области

-. Лектротерл1ии, а именно к способам регулирования тока электропечи, и может быть использовано в дуговых электропечах различных типов, мощностей и емкостей.

Пель изобретения — снижение расхода энергии и уменьшение бросков тока.

На фиг. 1 показаны в течение 1 периода: график мгновенных значений измеренного напряжения U график мгновенных значений сдвинутых по

I фазе изме ре нно го напряжения U, график первого единичного импульса а», график мгновенных значений измерейного тока i график мгновенных значений сдвинутого по фазе измеренного тока i график второго единичного импульса а, график третьего единич- э0 ного импульса а

На фиг. 2 — зависимость количества просуммнрованных третьих импульсов и за секунду от длины дуги при состоянии фазы в печи, близком к корот» 25 кому замыканию. Нижняя граница количества просуммированнык третьих импульсов за секунду соответствует короткому замыканию фазы. Верхняя граница соответствует началу развития З0 короткого замыкания. Количество тре тьих импульсов, 400 имп/с, соответствующее верхней границе состояния фазы, близкой к короткому замыканию, принимают за заданное.

На фиг. 3 показано изменение на:пряжения на обмотке печного трансформатора для любой фазы, которая наХОДИТСЯ В СОСТОЯНИИ бЛИЗКОМ К KGPOT

Кому замыканию при условии что дру 40 гие фазы далеки от этого состояния.

На фиг„ 4 показано изменение напряжения на обмотке печного трансформатора для любой фазы, которая находится в состоянии, близком к короткому замыканию, при условии, что

45 одна из других фаз уже находится в этом состоянии.

Из фиг. 3 и 4 следует, что напряжение на обмотках печного трансформатора уменьшают пропорционально увели- 50 чению сигнала рассогласования между количеством измеренных третьих импульсов и заданным и до состояния короткого замыкания фазы, а также, что при коротком замыкании любого нз трех электродов напряжение на соответствукядей ему обмотке будет ул|енькено по 0,25 от вомивв п,ного

U„, а при последующем замыкании втарОгО и третьего электродов па сооТ ветствующим им обмотках напряжение уменьшают до нуля.

Диапазоны изменения предлагаемых параметров и последовательность операций связаны с получением достоверной информации о состоянии дугового разряда в печи с точностью, необходимой для обеспечения работоспособности предлагаемого технического решения.

Из фиг. 1 видно, что число третьих импульсов является количественной оценкой степени нелинейности электрической дуги, ее отсутствия или наличия, а также приближения к крайним режимам: короткому замыканию или обрыву при логическом сравнении двух электрических сигналов, являющихся сигнатурными характеристиками первой производной напряжения дуги по ее току.

Величина сдвига по фазе измеряемых токов и напряжений не может быть более 1/36 периода питающего напряжения в силу следующих обстоятельств.

В реальном случае форма кривых токов и напряжений имеет большее количество точек перегибок, чем это указано на фиг. 1. Осциллографирование формы кривых токов и напряжений.на действующих печах показало, что они имеют локальные изменения, укладывающиеся в предлагаемый диапазон по своей длительности. Такая форма кривых токов и напряжений особенно характерна для периода расплавления.

Таким образом, если сдвиг по фазе больше 1/36 периода питающего напряжения, часть перегибов кривых токов и напряжений. дуги не регистрируется и полученные в результате сравнения первые и вторые импульсы не несут достоверную информацию о состоянии дуги„ При нормальном развитии дуги мы можем получить ложную информацию о том, что контролируемая фаза дуги близка к короткому замыканию и, следовательно, уменьшение напряжения на ней не только не приводит к достижению поставленной цели, но и снижает общие технико-экономические показатели печи.

При сдвиге по фазе меньше 1/36 периода регистрируют не менее 75 точек перегибов кривых токов и напрл жеяий дуги, что достатпчне дл1я

1403 3 >0 получения достоверного суждения о состоянии дугового разряда.

При сдвигах, меньших /72 периода питающего напряжения, могут по5 являться сбои в работе элементов схемы из-за ограниченной разрешаемой способности имеющихся в настоящее время средств электроники, что и наблюдалось при экспериментальном опробовании, а при нулевом сдвиге схема вообще становится неработоспособной по своей физической сущности.

При длительности третьих импульсов, большей 1/200 периода питающе- 15 го напряжения, происходит наложение данных импульсоц друг на друга вследствие их большой частоты следования, особенно в период горения развитой дуги. Таким образом, в данном случае 20 мы также можем получить ложную информацию о там, что контролируемая фаза близка к короткому замыканию.

Получить положительный эффект при таких погрешностях невозможно. 25

При длительности третьих импульсов меньших !/200 периода питающего напряжения их наложения друг на друга не происходит и суммарное количество за заданное время квантования 30 несет достоверную информацию о состоянии дугового разряда, а отработка возникающих состояний дуг, близких к короткому замыканию, позволяет получить указанный положительный эффект.З5

В общем случае длительность третьих импульсов устанавливают, исходя из частоты, на которой работают элементы их переноса и суммирования, а также количества последовательно соединенных элементов, осуществляющих перенос и суммирование импульсов, -но не более 1/200 периода питающего напряжения печи:

10 нельзя из чисто аппаратурных возможностей: тиристорный ключ может срабатывать не чаще чем 1 раз в полпериода, т. е. за время, равное О, 5 периода питающего напряжения возможно определить состояние дугового разряда, а в следующее время 0,5 периода осуществить при необходимости управление.

Ограничение управления по предлагаемому техническому решению до величины измеренных третьих импульсов, равной 8 на период питающего напряжения, связано с тем, что именно при количестве третьих импульсов, начиная с 8 на период питающего напряжения в сторону их уменьшения, происходит развитие короткого замыкания электрода печи, При количестве импульсов большем 8 на период, дуга горит устойчиво и снижение напряжения в этот момент не приводит к достижению цели, а наоборот, ухудшает показатели работы печи. Данный вывод получен экспериментально при исследовании динамических вольт-амперных характеристик дуг.

Снижение напряжения до 0,25 U„ где Uö — номинальное напряжение, поясняется следующим образом.

Если напряжения на дуге меньше

0,25 U„, то при отработке системой автоматического регулирования перемещением электродов короткого замыкания когда электрод перемещается вверх, дуга может оборваться. Тогда для зажигания дуги регулятор начинает перемещать электрод вниз до короткого замыкания. Данный режим повторяется до тех пор пока не загорится дуга. Таким образом при снижении на- . пряжения меньше, чем на 0,25 Uq, исгде дй—! I ° n 45

f„c

)ЬС ) ) f длительность третьих сигналов-импульсов; частота питающего напряже- 5р ния; частота, на которой работают элементы; количество последовательно соединенных элементов; 55 число смен знаков производной напряжения по току за период при состоянии, близком к обрыву дуги

Время квантования должно находиться в интервале 0,5-20 периодов питающего напряжения и может определяться расчетным или опытным путем.

При времени квантования большем

20 периодов питающего напряжения цель не достигается. Это объясняется тем, что короткие замыкания и моменты их формирования длительностью, равной или меньшей 20 периодов питающего напряжения, предлагаемым решением отрабатываться не будет, хотя по своей сути они являются устойчивыми и устраняются системой регулирования перемещением электродов.

Время квантования меньше 0,5 периода питающего напряжения выбирать

1403390 кусственно создается неустойчивыА режим работы регулятору перемещения электродов с потерей производительности печи и увеличением числа сле5 дования коротких замыканий, т.е. цель не достигается.

При снижении напряжения до

0,25 П„ и выше режимов повторных зажимов дуг не наблюдалось, как и при снижении напряжения до нуля при последующем коротком замыкании второго и третьего электродов.

Диапазоны выбранных параметров опробированы на действующей печи 15 типа ДСП-20 ЗСПЦ-2 завода "Злектросталь".

Данные сведены в таблицу.

Сдвиг по фазе измеряемых тока и напряжения осуществляют фазосдвига ющими устройствами.

Первые и вторые импульсы формируют компаратором.

Третьи импульсы формируют устройствами, выполненными на микросхемах

К155ЛА4.

Регуляторы напряжения выполняют на высоковольтных тиристорах.

Пример . Способ для печи промьппленной частоты питания может З0 выполняться следующим образом.

Измеренные индивидуально в каждой фазе сигналы, пропорциональные мгновенным значениям напряжения и тока дуги, а также сигналы мгновенных З5 значений напряжения и тока, сдвинутые по фазе на 7, сравниваются и в моменты их равенства формируются соответственно первые и вторые единичные импульсы. 40

Передний фронт данных импульсов получали при нечетных номерах равенства амплитуд измеренных и сдвинутых по фазе напряжений и токов, а задний фронт получали при четных 45 номерах равенства амплитуд измеренных и сдвинутых по фазе напряжений н токов.

Далее при второй операции сравнения сравнивают полученные первые и вторые сигналы-импульсы и в моменты несовпадения их формируют третьи единичные импульсы длительностью .75 мкс.

Количество третьих импульсов 55 сравнивается при третьей операции сравнения с заданным в каждые О, i c и пропорционально возникающему сигналу рассогласования с помощью быстродействующих регуляторов напряжения, при приближении к состоянию короткого замыкания любого из трех электродов напряжение на соответствующей обмотке печного трансформатора уменьшают до 0,25 П », а при последующем замыкании второго и третьего электродов на соответствующим им обмотках напряжение уменьшают до нуля, причем управление ведут при коли честве измеренных третьих импульсов меньших или равных заданному — 400

1/с. Одновременно при третьей операции сравнения третьих импульсов с заданным, при коротком замыкании в печи, можно подавать в блок управления регулятором мощности сигнал на ускоренное перемещение электрода вверх до момента получения нулевого сигнала рассогласования между заданными и измеренными третьими импульсами. Состояние короткого замыкания электродов определяется по количеству третьих сигналов-импульсов, равному 100 1/с.

Применение предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом

I уменьшить удельный расход электроэнергии на 4-6%, снизить броски тока в энергопередающем тракте дуговой печи, снизить эксплуатационные расходы на 5-8%.

Формула изобретения

1. Способ стабилизации режима потребления электроэнергии дуговой трехфазной электропечи, содержащей печной трансформаTop с регулятором напряжения и систему компенсации реактивной мощности реактор-конденсатор,, при котором в каждой фазе измеряют мгновенные значения токов, напряженияя и фазы то к а о тно сите ль но напряжения, сравнивают измеренные фазы тока с заданными и изменяют емкость конденсатора или индуктивность реактора до выравнивания общей реактивной мощности системы комненсации и реактивной мощности печи, отличающий с я тем, что, с целью снижения расхода энергии и уменьшений бросков тока, изменяют фазу указанных токов и напряжений дуги на величину не более 1/36 периода питающей сети, сравнивают амплиI туды измеренных и измененных по фазе токов и напряжений и в момент их ра10 а при

J, t при i

3 1 и3 1, j = 2, 2, 3...2п

4, 6.. ° 2п

1, ( где U;

U;, п,, и„ а $ j a сравнив ают импульсы и

Дисперсии Удельный токов фа- расход зы транс- эл.энерформатора гии

Оценка достижения поставленной цели .

Время квантования квт ч/т мкс град

3302

668 Не достаточно

0,005

0,01

640

Удовлетворительно

Хорошо

1028

810

635

1112

0,4

100

1О

3620

0,6

125

7 !4033 венства для каждого электрода формируют первые и вторые единичные импульсы по закону, 4

1, приБ; — U =О, (О, при U - U; = О, и i = 1, 2, 3...2п, - 1 и i 2, 4, 6...2п; — измеренные напряжения и токи дуги;

20 измененные по фазе напряжения и токи дуги; — порядковые номера равенства амплитуд измененных по фазе напряжений и токов; — первые и вторые единичные импульсы, первые и вторые единичные в момент их несовпадения

Фаза смещения Длительность импульса третьего импульса формируют третьи единичные и(пульсы длительностью не более 1/200 периода питающей сети, сравнивают количество третьих импульсов с заданным v каждые 0,5-20 периодов сети и при наличии рассогласования пропорционально этому сигналу, уменьшают напряжения на обмотках фазы печного трансформатора, питающего данный электрод до

0,25 номинального напряжения, причем уме ныне ние на пряже н ия в едут при количестве третьих импульсов не более В, на период сети.

2. Способ поп. 1, о тличаю шийся тем, что после снижения напряжения до 0 25 номинального напряжения на одном из электродов и при возникновении короткого замыкания любого другого электрода уменьшают напряжение на нем до нуля.

3. Способ пои. 1, о тл ичаю шийся тем, что при коротком замыкании любого электрода дополнительно отключают регулятор мощности закороченного электрода и ускоренно . перемещают электрод вверх до момента исчезновения сигнала рассогласования третьих единичных импульсов.

652 Удовлетворительно

665 Не достаточно

1403390

4, Смлчеяая,йщ щ, м р.щ .

49М9 ювмьввевю аевеумдЬ

Фее Я

Составитель О. Турпак

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Демчик

Редактор H. Горват

Тирах 832 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Заказ 3006/57

Пр< и в< потаенно-и< лнграфическое предприятие, r. Ужгс род, ул. Проектная, 4