РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частотности к устройствам для управления электрическим режимом руднотермических печей с закрытой дугой, используемых для получения ферросплавов.
Известно устройство для регулирования режима руднотермической печи, содержащее объект регулирования (фазу руднотермической печи), регулируемый источник питания (трансформатор с переключением ступеней напряжения) и регулятор, состоящий из датчика обратной связи по току, блока задания регулируемой величины, пороговых элементов, релейных блоков, механизма перемещения электрода, системы переключения ступеней напряжения (Сидоренко М.Ф., Косырев А.И. Автоматизация и механизация электросталеплавильного и ферросплавного производств. - М.: Металлургия, 1975, с.235-237).
Данное устройство осуществляет стабилизацию тока в электрической цепи, состоящей из параллельно соединенных дуги и окружающей ее шихты в целом путем перемещения электродов и переключения ступеней напряжения трансформатора.
Недостатком данного устройства является возможность возникновения локальных перегревов ванны печи или, наоборот, ее остывание, что приводит к уменьшению выхода готовой продукции и увеличения расхода электроэнергии.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении качества регулирования и производительности печи, а также снижении удельного расхода электроэнергии и увеличении выхода годной продукции.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее источник питания, элемент сравнения, блок задания, датчик обратной связи, регулирующее устройство, привод перемещения электрода и систему переключения ступени напряжения трансформатора, согласно полезной модели дополнительно снабжено блоками выделения первой и высших гармонических составляющих тока, блоком деления, блоком сравнения, сумматором и блоком задания гармонического состава, подключенным своим входом к первому входу блока сравнения гармонического состава, второй вход которого соединен с выходом блока деления, подключенного первым и вторым входами к выходам блока выделения первой и высших гармонических составляющих, соответственно, подключенных своими входами к выходу датчика тока, причем выход блока сравнения гармонического состава соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с блоком задания тока, а выход соединен со вторым входом блока сравнения.
Функциональная схема устройства для регулирования электрического режима руднотермической печи приведена на чертеже.
Регулятор электрического режима руднотермической печи 1 содержит регулируемый трансформатор 2, фазы вторичной обмотки которого соединены с электродами 3. На схеме приведен регулятор перемещения электрода для одной фазы. Сигнал тока, измеренный датчиком тока 4, поступает на входы блоков выделения высших 5 и первой 6 гармонических составляющих. Выходы этих блоков соединены с первым и вторым входом блока деления 7 соответственно. Выход блока деления подключен к первому входу блока сравнения гармонического состава 8, второй вход которого соединен с блоком задания гармонического состава 9. Сигнал рассогласования заданных и текущих значений гармонических составляющих поступают на первый вход сумматора 10. Второй вход сумматора соединен с блоком задания тока 11. Выход сумматора 10 подключен к первому входу первого блока сравнения 12, второй вход которого связан с выходом датчика тока 4. На выходе блока сравнения 12 разность сигналов усиливается в регулирующем устройстве 13 и поступает на привод 14. Также эта разность подается на вход блока зоны нечувствительности 15 и при превышении некоторого заранее заданного значения, дает команду системе переключение ступеней напряжения 16 регулируемого трансформатора 2. Привод 14, при помощи того или иного механизма 17, осуществляет перемещение электрода 3.
Устройство работает следующим образом.
В начале работы руднотермической печи, когда на все аппараты подано напряжение питания, электрод 3 находится в поднятом положении, что соответствует разрыву цепи питания печи и, следовательно, в печи не протекает ток. Требуемые значения параметров режима задаются оператором на входе блока задания гармонического состава 9 и блока задания тока 11 в зависимости от выплавляемого продукта. При этом на выходе второго блока сравнения гармонического состава 8 возникает сигнал рассогласования, который, поступая на сумматор 10, вносит коррекцию в заданный блоком 11 ток. Таким образом, скорректированное значение заданного тока сравнивается с текущим значение тока в блоке сравнения 12. Разность сигналов, усиливаясь в регулирующем устройстве 13, включает привод 14 для спуска электрода 3 при помощи механизма 17. При этом электрод 3 будет опускаться до тех пор, пока через цепь печи не начнет протекать ток (что соответствует возникновению дуги или прикосновению электрода к шихте). Вследствие этого произойдет изменение параметров цепи, в том числе и тока, протекающего в печи. Тогда на выходе датчика тока 4 появится сигнал, который попадет на один из входов блока сравнения токов 12, а также на входы блоков выделения первой 6 и высших 5 гармонических составляющих. В этих блоках происходит разложение тока на гармонический состав и выделение первой и высшей гармоник, над которыми потом в блоке 7 осуществляются алгебраические операции. Полученные сигналы сравниваются в блоке сравнения гармонического состава 8 с заданными значениями, вырабатываемыми в блоке задания 9. Сигнал рассогласования поступает в сумматор 10, где происходит коррекция заданного значения тока. Скорректированный сигнал, сравниваясь с текущим значением в блоке сравнения 12, усиливается в регулирующем устройстве 13 и подается на привод 14. Наличие такого сигнала приведет к перемещению электрода 3, при помощи механизма 17, вверх. Таким образом, осуществляется регулирование электрического режима руднотермической печи. Коррекция сигнала задания тока, приводящая к перемещению электрода 3, обеспечивает перераспределение мощностей, поступающих в шихту и дугу. При определенном соотношении сопротивлений шихты и цепи с дугой обеспечивается выделение максимальной мощности в печи, что приводит к увеличению эффективности процесса плавки. В тех случаях, когда сигнал рассогласования тока превышает заранее установленное значение, на выходе блока зоны нечувствительности 15 появляется сигнал, дающий команду на переключение ступени напряжения регулируемого трансформатора 2 при помощи блока переключение ступеней напряжения 16.
Блоки выделения сигналов, пропорциональных первой и высших гармоник, реализуется на базе аналоговых фильтров низких и высших частот, или путем вычисления с помощью специализированных компьютерных программ, рассчитывающих в реальном времени значения основной (с частотой 50 Гц) и высших кратностью 5, 7, 11 гармонических составляющих кривой тока в каждой фазе.
В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает повышение выхода готового продукта и снижению расхода удельной электрической энергии, уменьшая вероятность возникновения локальных перегревов ванны печи или ее остывание, а также позволит определить картину протекания токов в дуге и шихте.