УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
DEVICE FOR CONTROL OF ELECTRIC MODE OF ARC STEEL-SMELTING FURNACE

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами.
X
Известно, что в процессе плавки металла в дуговой сталеплавильной печи изменяется сопротивление шихты R и другие параметры силовой цепи, что приводит к увеличению колебательности силового тока. Это приводит к увеличению времени плавки и снижению энергоэффективности печи. Одним из важнейших свойств, которым должна обладать система управления, является малая чувствительность к изменяющимся параметрам.
Известно устройство (см. заявка на изобретение РФ №95112317. - Опубл. 27.07.1996), содержащее адаптивный блок изменения коэффициента усиления, один вход которого подсоединен к выходу блока сравнения, а второй вход соединен с выходом трехфазного выпрямителя адаптивного блока автоматического задания режима, а выход через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электродов. Недостатком данного устройства является многокритериальность адаптации (к сигналу с блока сравнения и к сигналу с блока автоматического задания), что может привести к неоднозначности решения поставленной задачи.
Наиболее близким техническим решением является устройство для регулирования электрической дуги (см. патент РФ №2046555. - Опубл. 20.10.1995), содержащее вычитатель, датчик тока дуги, регулятор, привод, электрод, датчик скорости перемещения электрода, дифференциатор, первый и второй делители. Недостатком данного устройства является наличие в схеме управления делителей, т.к. при процессах с низкой скоростью изменения регулируемых параметров деление малых величин может негативно сказаться на качестве регулирования.
Общим признаком прототипа и предлагаемого решения является наличие датчика тока, датчика скорости перемещения электрода, устройства суммирования, регулятора, привода.
Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам процесса плавки и, как следствие, повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии.
X
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема устройства для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, на фиг.2 приведены диаграммы функций чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменению R.
Устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи содержит блок 1 задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу сумматора 2, к отрицательному входу которого подключен выход датчика 3 силового тока. Выход сумматора 2 подключен к входу регулятора 4, выход которого подключен ко входу привода 5 перемещения электрода. Выход привода 5 перемещения электрода подключен ко входу датчика 6 скорости перемещения электрода, выход которого подключен ко входу звена 7, характеризующего модель объекта управления. Выход звена 7 подключен к отрицательному входу сумматора 2.
X
Устройство работает следующим образом. Сигналы с блока 1 задания силового тока и датчика 3 силового тока поступают в сумматор 2, сигнал рассогласования на выходе сумматора 2 воздействует на регулятор 4, выходной сигнал регулятора 4, воздействуя на привод 5 перемещения электрода, приводит к перемещению l электрода. Для снижения чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам в структуру системы управления введена обратная связь по скорости, содержащая датчик 6 скорости, выход которого подключен ко входу звена 7, характеризующего модель объекта управления, выход которого подключен к отрицательному входу сумматора 2.
Передаточная функция звена 7, характеризующего модель объекта управления, имеет вид
где β - градиент потенциала в столбе дуги;
ОСТ
К - коэффициент обратной связи по току;
- постоянная времени контура силового тока дуговой сталеплавильной печи;
X
X
L, R - суммарные индуктивность и сопротивление контура силового тока дуговой сталеплавильной печи.
р - оператор Лапласа
X
Известно [1], что при определении функции чувствительности значение изменяемого параметра принимается номинальным. При этом условии функции чувствительности к изменению R для систем без обратной связи по скорости и с предлагаемой обратной связью по скорости имеют вид  соответственно,
O
где S - чувствительность системы к объекту управления;
X
- чувствительность объекта управления к параметру R.
Сравнение различных систем по функциям чувствительности можно провести по виду переходных процессов этих функций или использовать квадратичную интегральную оценку [2].
O
По известной методике [2] квадратичные интегральные оценки функций S и  имеют вид
C
Отмечается [3], что значение T составляет тысячные доли секунды, поэтому
Результаты моделирования по выражениям функций чувствительности (1, 2) приведены на фиг.2, где пунктирная линия - график функции чувствительности для системы без обратной связи по скорости, сплошная линия - график функции чувствительности для системы с предлагаемой обратной связью по скорости.
X
Достигаемый технико-экономический эффект обусловлен снижением чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменению параметра R, за счет введения обратной связи по скорости, что повышает стабильность режимов работы, уменьшает уровень пульсации силового тока, в результате чего снижаются потери электроэнергии.
Литература
1. Дорф Р. Современные системы управления. / Р.Дорф, Р.Бишоп. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.
2. Бессекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования. / В.А.Бессекерский, Е.П.Попов. - М.: Наука, 1966. - 992 с.
3. Миронов Ю.М. Передаточные функции электрической цепи электрометаллургической печи как элемента системы управления. / Ю.М.Миронов // Электричество. - 1978. - №8. - С.88-91.