УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники, конкретнее к электротермии, в частности к устройствам управления дуговой электропечи переменного тока.
Полезная модель направлена на повышение точности управления электрическим режимом дуговой электропечи переменного тока путем переключения ступеней тока и напряжения, и как следствие, сокращение времени плавки и повышение КПД электропечи.
Известно устройство управления (В.Е.Пирожников и др. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками. - М. - Металлургия. - 1971. - с.127-128.) электродуговой печью переменного тока, содержащее датчик тока и датчик напряжения, соединенные с входами блоков вычисления действующих значений тока и напряжения соответственно, блок задания мощности, усилитель, связанный с исполнительным механизмом перемещения электрода, а также переключатель (коммутационный или тиристорный) напряжения отпаек печного трансформатора.
Недостатком вышеизложенного прототипа является его низкая точность при определении времени переходов с одного интервала плавки на другой из-за неоднородности кускового, химического и, соответственно, электротехнического состояния компонентов расплавляемой шихты, степени разгара футеровки и общего состояния дуговой электропечи переменного тока при неодинаковых потерях тепла, различия в качестве подводимой электроэнергии и опытно-интуитивного характера управления оператора-сталевара.
Задачей заявляемого патента на полезную модель устройства управления электрическим режимом дуговой электропечи переменного тока по отношению параметров площади и длины динамической вольт-амперной характеристики дуги является более точный переход с одного интервала плавки на другой путем переключения ступеней тока и напряжения электропечи, и как следствие, сокращение времени плавки и повышение КПД дуговой электропечи переменного тока.
Для достижения поставленной цели устройство управления электрическим режимом дуговой электропечи переменного тока содержит блок сравнения, соединенный последовательно через исполнительный блок с дозатором электроэнергии, датчики напряжения и тока, подключенные соответственно к первому и второму входам коммутатора, третий вход которого соединен с датчиком интервалов времени квантования, а выходы подключены к блокам вычитания напряжения и тока и одновременно к блокам задержки напряжения и тока, выходы которых также подключены к блокам вычитания напряжения и тока, подсоединенным выходами с блоками возведения в квадрат напряжения и тока, выходы которых через последовательно соединенные блок сложения и блок извлечения квадратного корня подключены к блоку суммирования, связанному с выходом задатчика времени. При этом два выхода коммутатора подсоединены к входам блоков возведения в квадрат текущих значений тока и напряжения, блоки задержки напряжения и тока подключены соответственно ко входам блоков возведения в квадрат предшествующих значений напряжения и тока, выходы которых подключены ко второму блоку сложения, соединенному выходом с вторым блоком извлечения квадратного корня, а выходы блоков возведения в квадрат текущих значений напряжения и тока подключены к третьему блоку сложения, соединенному выходом с третьим блоком извлечения квадратного корня, одни из выходов первого, второго и третьего блоков извлечения квадратного корня соединены соответственно с входами четвертого блока сложения, выход которого подключен к входу блока масштабирования, а вторые выходы первого, второго и третьего блоков извлечения квадратного корня подключены соответственно к входам третьего, четвертого и пятого блоков вычитания, вторые входы которых соединены с выходами блока масштабирования, выходы блока масштабирования, третьего, четвертого и пятого блоков вычитания подключены к блоку умножения, соединенному с входом четвертого блока извлечения квадратного корня, подключенного к входу второго блока суммирования, связанного вторым своим входом с задатчиком времени, а выходы первого и второго блоков суммирования подключены через блок деления к входу блока сравнения.
Осуществление полезной модели.
На фиг.1 приведена динамическая вольт-амперная характеристика электрической дуги переменного тока, на фиг.2 - представлена блок-схема заявляемой полезной модели устройства управления электрическим режимом дуговой электропечи переменного тока.
Устройство управления электрическим режимом дуговой электропечи переменного тока (см. фиг.2) содержит включенные в цепь короткой сети дуговой электропечи переменного тока датчики 1, 2 напряжения и тока, выходы которых подключены к входам коммутатора 3, управляемого от датчика 4 интервалов времени квантования. Выходы коммутатора 3 подключены к входам блоков 5, 6 задержки напряжения и тока, блоков 7, 8 вычитания и блоков 9, 10 возведения в квадрат текущего значения напряжения и тока. Выходы блоков 5, 6 задержки напряжения и тока подключены соответственно к входам блоков 7, 8 вычитания напряжения и тока и блоков 11, 12 возведения в квадрат предшествующих значений тока и напряжения. Выходы блоков 7, 8 вычитания напряжения и тока через блоки 13, 14 возведения в квадрат подключены к входу блока 15 сложения, выход которого подключен на вход блока 16 извлечения квадратного корня. Выход блоков 11, 12 возведения в квадрат предшествующих значений напряжения и тока подключены к входу второго блока 17 сложения, выход которого соединен с входом второго блока 16 извлечения квадратного корня. Выходы блоков 9, 10 возведения в квадрат текущих значений напряжения и тока подключены к входу третьего блока 19 сложения, выход которого соединен со входом третьего блока 20 извлечения квадратного корня. Одни из выходов первого, второго и третьего блоков 16, 18, 20 извлечения квадратного корня соединены с входами четвертого блока 21 сложения, выход которого подключен к входу блока 22 масштабирования, а вторые выходы первого, второго и третьего блоков 16, 18, 20 извлечения квадратного корня подключены соответственно к входам третьего, четвертого и пятого блоков 23, 24, 25 вычитания, вторые входы которых соединены с выходами блока 22 масштабирования. Выходы блока 22 масштабирования и блоков 23, 24, 25 вычитания подключены к входам блока 26 умножения, выход которого соединен с входом четвертого блока 27 извлечения квадратного корня, третий выход блока 16 извлечения квадратного корня включен на вход первого блока 28 суммирования. Выход четвертого блока 27 извлечения квадратного корня соединен с входом второго блока 29 суммирования, соединенного вторым своим входом с выходом задатчика 30 времени. Выход блока 29 суммирования включен на вход блока 31 деления, вторым своим входом запитанный с выхода первого блока 28 суммирования, один вход которого подключен к одному из выходов первого блока 16 извлечения квадратного корня, а второй вход соединен с задатчиком 30 времени. Выход блока 31 деления соединен с входом блока 32 сравнения, который через исполнительный блок 33 своим выходом подключен к дозатору 34 электроэнергии дуговой электропечи переменного тока.
к
к
к-1
к-1
к
к
Фиг.1 поясняет принцип формирования сигналов управления полезной модели, пропорциональных площади и длине динамической вольт-амперной характеристики электрической дуги в печи переменного тока. Из фиг.1 элементарную площадь S треугольника 0, к-1, к элементарную длину L можно получить, зная в отдельные отрезки времени квантования с помощью блока 4 напряжения и тока от блоков 1, 2, где предшествующие значения u и i от блоков 5, 6 задержки напряжения и тока, а текущие u и i от датчиков напряжения и тока:
элементарная площадь ,
элементарная длина ,
к
к
к
к
полупериметр элементарного треугольника p=1/2(L+C+d),
где ,.
Суммируя электрические сигналы пропорциональные элементарным площадям и элементарным длинам за время, задаваемое задатчиком времени, формируют электрический сигнал, пропорциональный их отношению, который сравнивают с заданным значением, и в случае их равенства подают сигнал через исполнительный блок дозатору электроэнергии, переключающему электропечь на очередной интервал плавки.
r
к
к-1
к
к
к-1
Полезная модель устройства управления электрическим режимом дуговой электропечи переменного тока работает следующим образом (фиг.2). С датчиков 1, 2 напряжения и тока снимают электрические сигналы. Пропорциональные напряжению и току в дуговой электропечи переменного тока. Коммутатор 3, управляемый от датчика 4 интервалов времени квантования, подает электрические сигналы, полученные от датчиков напряжения и тока, с величинами, пропорциональными напряжению u и току i в дуговой электропечи переменного тока, имеющими место в данный момент времени квантования коммутатором 3, на блоки задержки соответственно по напряжению 5 и току 6, на блоки вычитания напряжения и тока и на блоки 9, 10 возведения в квадрат текущих значений напряжения и тока. В блоках 7, 8 вычитания напряжения и тока формируют электрические сигналы, например по напряжению, пропорциональные разности текущего и предшествующего значения напряжения u-u и тока i-i по абсолютной величине (амплитуде).
к-1
к-1
к
к
к-1
к
к
к-1
2
2
Сигналы, пропорциональные предшествующим значениям u и i подаются с блоков 5, 6 задержки по напряжению и току, которые с приходом новых сигналов u и i стираются. С блоков 7, 8 вычитания сигналы подаются в блоки 13, 14 возведения в квадрат, формирующие электрические сигналы, например, по напряжению, пропорциональные квадратам разностей (u-u) и (i-i), которые поступают на вход блока 16 извлечения квадратного корня, электрический сигнал, например по напряжению, пропорциональный величине элементарной длины динамической вольт-амперной характеристики дуги электропечи переменного тока  поступает на вход блока 28 суммирования, управляемого задатчиком 30 времени, где накапливается за время, заданное упомянутым задатчиком 30 времени.
С помощью блоков возведения в квадрат 9, 10 и 11, 12 формируется электрические сигналы пропорциональные , ,  и , которые поступают на блоки сложения 17 и 19 и блоки 18, 20 извлечения квадратного корня, где формируются электрические сигналы, пропорциональные  и .
Далее с помощью блока 21 сложения и 22 масштабирования формируют электрический сигнал, например по напряжению, пропорциональный элементарной длине полупериметра элементарного треугольника 0, к-1, к (фиг.1) .
к
к
к
к
к
к
к
к
В блоках 23, 24, 25 формируют электрические сигналы, пропорциональные разностям полупериметра и элементарных сторон элементарного треугольника 0, к-1, к p-L, p-С, p-d, которые с помощью блока 26 умножения и блока 27 извлечения квадратного корня совместно с p преобразуются в электрический сигнал, например, по напряжению, пропорциональный элементарной площади S динамической вольт-амперной характеристики дуги электропечи переменного тока
, сформированные из электрических сигналов, пропорциональных
;
, и .
Электрический сигнал, например по напряжению, пропорциональный величине элементарной площади динамической вольт-амперной характеристики дуги электропечи переменного тока за интервал квантования, задаваемый датчиком 4 времени квантования, поступает на вход блока 29 суммирования, управляемого тем же задатчиком времени 30, который управляет блоком 28 суммирования элементарных длин динамической вольт-амперной характеристики дуги электропечи переменного тока, где накапливается за то же самое время, заданное упомянутым задатчиком 30.
Электрические сигналы, пропорциональные площади и длине динамической вольт-амперной характеристики дуги с блоков 29 и 28 поступают на блок 31 деления, где формируется электрический сигнал, например по напряжению, пропорциональный отношению площади динамической вольт-амперной характеристики к ее периметру. Полученный электрический сигнал поступает на блок сравнения 32, где сравнивается с аналогичной заданной величиной отношения площади к периметру динамической вольт-амперной характеристики и в случае достижения равенства электрический управляющий сигнал, например по напряжению доет команду исполнительному блоку 33, который переключает ступени тока и напряжения в дозаторе 34, где происходит отработка запрограммированной последовательности действий по переводу электропечи переменного тока на очередной интервал плавки, следующий за контролируемым интервалом.
Применение патентуемой полезной модели устройства управления дуговой электропечи переменного тока позволит вести расплавление шихты и нагрев жидкой металлической ванны электродугой переменного тока без задержки времени переключения ступеней напряженич печного трансформатора, присущих ведению электрических режимов плавки сталеваром-оператором, позволит учесть объективный характер разброса параметров шихты, электропечи и электроэнергии и не допустить недогрева (недовыполнения функций текущего интервала плавки). Все это приводит к сокращению общего времени ведения плавки, повышению выхода годного, экономии удельного расхода электроэнергии на тонну стали и повышению коэффициента полезного действия дуговой электропечи переменного тока путем оптимизации момента времени переключения электропечи с одного интервала плавки на другой.