УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами.
Увеличение числа контуров в системе управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи снижает быстродействие системы, приводит к увеличению уровня пульсаций скорости привода перемещения электрода, и, как следствие, - к снижению стабильности режимов работы, увеличению уровня пульсаций тока электрической дуги и увеличению потерь электроэнергии [3].
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 управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи (см. патент РФ №2436265 - Опубл. 10.12.2011.), содержащее блок задания силового тока, сумматор, датчик силового тока, регулятора, привод перемещения электрода, датчик скорости перемещения электрода, звено, характеризующее модель объекта управления. Недостатком данного устройства является наличие в схеме нескольких контуров регулирования, что неизбежно приводит к снижению быстродействия системы.
Общим признаком прототипа и предлагаемого решения является наличие блока задания силового тока, устройства суммирования, датчика тока, привода перемещения электрода.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение быстродействия системы управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи без снижения запаса устойчивости, и, как следствие, - повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, на фиг. 2 приведена осциллограмма неравномерности движения привода перемещения электрода в системе без корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода, на фиг. 3 приведена осциллограмма неравномерности движения привода перемещения электрода в системе с корректирующей обратной связью по ошибке контура регулирования перемещения электрода, на фиг. 4 приведена диаграмма тока дуги в системе без корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода, на фиг. 5 приведена диаграмма тока дуги в системе с корректирующей обратной связью по ошибке контура регулирования перемещения электрода.
Устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи содержит блок 1 задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу первого сумматора 2, к первому отрицательному входу которого подключен выход звена 3 корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода, к второму отрицательному входу подключен выход датчика 5 силового тока. Выход первого сумматора 2 подключен к входу регулятора 4 тока электрической дуги, выход которого подключен к входу второго сумматора 6, выход которого подключен к входу регулятора 7 перемещения электрода и к входу звена 3 корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода. Выход регулятора 7 перемещения электрода подключен к входу привода 9 перемещения электрода, выход которого подключен к входу звена 10 электрической дуги и к входу датчика 8 положения электрода. Выход датчика 8 положения электрода подключен к отрицательному входу второго сумматора 6. Выход звена 10 электрической дуги подключен к входу датчика 5 силового тока.
Устройство работает следующим образом. Сигналы с блока 1 задания силового тока и датчика 5 силового тока поступают в сумматор 2, сигнал рассогласования на выходе сумматора 2 воздействует на регулятор 4 тока электрической дуги. Сигналы регулятора 4 тока электрической дуги и датчика 8 положения электрода поступают в сумматор 6, сигнал рассогласования на выходе сумматора 6 воздействует на регулятор 7 перемещения электрода. Выходной сигнал регулятора 7 перемещения электрода воздействуя на привод 9 перемещения электрода, приводит к изменению длины дуги, что ведет к изменению тока электрической дуги на выходе звена 10 электрической дуги. Для повышения быстродействия системы управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи в структуру системы управления введено звено 3 корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода.
В результате экспериментальных исследований устройства для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи были получены осциллограммы неравномерности движения привода перемещения электрода и диаграммы тока дуги в системе без корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода (фиг. 2 и фиг. 4 соответственно) и в системе с корректирующей обратной связью по ошибке контура регулирования перемещения электрода (фиг. 3 и фиг. 5 соответственно).
Неравномерность движения на минимальной скорости в системе с корректирующей обратной связью по ошибке контура регулирования перемещения электрода составила 8%, а неравномерность движения в случае использования системы без корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода - 16%.
Применение в составе системы управления корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода позволяет:
- на 40% сократить число обрывов дуги;
- на 55% сократить составляющую больших токов,
- на 50% уменьшить среднеквадратичное отклонение тока от заданного значения.
Достигаемый технико-экономический эффект обусловлен повышением быстродействия системы управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи без снижения запаса устойчивости, за счет введения корректирующей обратной связи по ошибке контура регулирования перемещения электрода, что повышает стабильность режимов работы, уменьшает уровень пульсации силового тока, в результате чего снижаются потери электроэнергии.
Информационный материал, используемый при составлении описания:
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. - СПб.: Профессия, 2003. - 752 с.
3. Боровиков, М.А. Расчет быстродействующих систем автоматизированного электропривода и автоматики. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1980. - 390 с.