Пристрій для регулювання потужності трифазної дугової електропечі

Пристрій для регулювання потужності трифазної дугової елеісгропечі, що містить у колі регулювання кожної фази давач струму дуги, давач напруги дуги, виходи яких сполучені зі входами блока порівняння, вихід якого під'єднаний до входу підсилювача, а вихід останнього сполучений зі входом механізму переміщення електрода, регулятор режимної координати, перший вхід якого сполучений з виходом задавача цієї координати, а його вихід під'єднаний до входу блока регулювання індуктивного опору дроселя, вихід якого сполучений зі входом дроселя, який включений послідовно з обмоткою високої напруги пічного трансформатора, який відрізняється тим, що додатково містить давач потужності дуги, входи якого сполучені з виходами давача струму дуги та давача напруги дуги, а його вихід під'єднаний до другого входу регулятора режимної координати Винахід відноситься до електротехніки, зокрема, до систем автоматичного регулювання потужності трифазних дугових електропечей Відомий пристрій для автоматичного регулювання потужності трифазних дугових електропечей, що містить у колі регулювання кожної фази давач струму дуги, давач напруги дуги, блок порівняння, підсилювач та механізм переміщення електрода (Электрооборудование и автоматика электротермических установок Справочник / Альтгаузен А П , Бершицкий И М , Бершицкий М Д и др М Энергия, 1978 - 304с С 254-257) Однак при роботі цього пристрою має місце низька динамічна та статична точність регулювання потужності дуг Із відомих пристроїв найближчим до пропонованого є пристрій для регулювання потужності трифазної дугової електропечі, що містить у колі регулювання кожної фази давач струму дуги, давач напруги дуги, виходи яких сполучені зі входами блока порівняння, вихід якого під'єднаний до входу підсилювача, а вихід останнього сполучений зі входом механізму переміщення електрода, регулятор режимної координати, перший вхід якого сполучений з виходом задавача цієї координати, а його вихід під'єднаний до входу блоку регулювання індуктивного опору дроселя, вихід якого сполучений зі входом дроселя, який включений послідовно з обмоткою високої напруги пічного трансформатора (АС 1042211 СССР Регулятор мощности дуговой многофазной электропечи / Б Д Денис, О Ю Лозинский, Я С Паранчук - Опубл в БИ , 1983, №34) Однак цей пристрій, що містить у кожній фазі швидкодійний контур для плавного регулювання струму дуги, допускає у процесі роботи значну динамічну похибку регулювання потужності дуги, що веде до високого рівня дисперсії потужності дуг за причини значної шерційності підсилювача та механізму переміщення електрода (стала часу складає 0 1-0 25с), а також статичну похибку регулювання потужності дуги, що виникає через наявність зони нечутливості у прямому каналі регулювання потужності (у залежності від періоду плавки і типу регулятора потужності зона нечутливості по параметру регулювання встановлюється в межах 3-7%) Зазначені динамічна та статична похибки регулювання потужності негативно впливають на точність реалізації директивного технологічного графіку ведення плавки, що, у кінцевому випадку, погіршує техніко-економічні показники плавки, показники якості виплавленого металу, нерівномірного зношення кладки бокових стінок печі тощо В основу винаходу поставлено завдання створення такого пристрою для регулювання потужності трифазної дугової електропечі, у якому завдяки введенню додаткового швидкодійного контуру стабілізації потужності дуги досягалося б значне зменшення динамічної та статичної похибок регулювання потужності дуг і забезпечувалося б рівномірніше за фазами введення активної потужності у піч, у результаті чого зменшувалася б дисперсія потужності дуг, підвищувалася б точність pea О (О о ю 50160 лізацм директивного технологічного графіка ведення плавки, і, як наслідок, поліпшувалися б значення техніко-економічних показників роботи самої електропечі та показники якості виплавленого металу Поставлене завдання досягається тим, що пристрій для регулювання потужності трифазної дугової електропечі, що містить у колі регулювання кожної фази давач струму дуги, давач напруги дуги, виходи яких сполучені зі входами блока порівняння, вихід якого під'єднаний до входу підсилювача, а вихід останнього сполучений зі входом механізма переміщення електрода, регулятор режимної координати, перший вхід якого сполучений з виходом задавача цієї координати, а його вихід під'єднаний до входу блоку регулювання індуктивного опору дроселя, вихід якого сполучений зі входом дроселя, який включений послідовно з обмоткою високої напруги пічного трансформатора, який відрізняється тим, що додатково містить давач потужності дуги, входи якого сполучені з виходами давача струму дуги та давача напруги дуги, а його вихід під'єднаний до другого входу регулятора режимної координати Завдяки тому, що у запропонованому пристрої для регулювання потужності трифазної дугової електропечі швидкодійне регулювання індуктивного опору дроселя, а, значить, і ВІДПОВІДНИЙ ВПЛИВ на значення струму дуги у кожній фазі електропечі, здійснюється у функції різниці між поточним і заданим значенням потужності дуги, то у режимах перевищення поточного значення потужності дуги заданий рівень забезпечується швидкодійним регулюванням струму дуги за законом, що відповідає стабілізації потужності дуги Рд на заданому рівні Рдз (Pfl=Pfl3=const) Зважаючи на те, що мала некомпенсована стала часу цього електричного контура регулювання потужності складає 0,0040,005с, то при відпрацюванні збурень за довжиною дуги відомим електромеханічним чи електрогідравлічним контуром регулювання положення електродів, стала часу яких є значно більшою (0,10,25с), процес регулювання потужності дуг у зазначених вище режимах можна вважати як квазіастатичний, тобто значення динамічної і статичної похибки в них є близькі до нуля Завдяки зазначеним вище властивостям швидкодійного електричного контура регулювання потужності дуг і при відповідному виборі значення завдання потужності дуг Рдз цього контура, а також положення точки усталеного режиму на ЗОВНІШНІЙ характеристиці електропечі, яке задається значенням уставки електромеханічного контура за напругою дуги ІІд=ІІд уст, у такій ШВИДКОДІЙНІЙ двоконтурній структурі системи регулювання потужності дуг, яка реалізована у запропонованому пристрої, можна досягнути значного підвищення точності регулювання потужності дуг (зменшення значення дисперсії потужності дуг), тобто реалізувати рівномірніший в часі і симетричніший за фазами процес виділення потужності у дуговому просторі печі Наслідком цього є можливість вести плавку з точним дотриманням директивного графіка, поліпшення значень техніко-економічних показників печі та показників якості виплавленого металу На фіг 1 представлено схему пристрою для регулювання потужності трифазної дугової електропечі, на фіг 2 показано процеси зміни режимних координат, що отримані на цифровій моделі запропонованого пристрою для регулювання потужності трифазної дугової електропечі, на фіг 3 наведено процеси зміни режимних координат, що отримані на цифровій моделі відомого пристрою (прототипа) для регулювання потужності трифазної дугової електропечі На фіг 2 та фіг 3 зображено часові залежності таких режимних координат кожної фази (j=A,B,C) дугової сталеплавильної печі типу ДСП-6 а) fflj(t) - збурення у дуговому проміжку за довжиною дуги, б) Uflj(t) - напруги на дугах, в) Ifljjt) - струми дуг, r) Pflj(t) - потужності дуг Пристрій для регулювання потужності трифазної дугової електропечі містить у колі регулювання кожної фази давач струму дуги 1, давач напруги дуги 2, блок порівняння 3, підсилювач 4, механізм переміщення електрода 5, давач потужності дуги 6, задавач режимної координати 7, регулятор режимної координати 8, блок регулювання індуктивного опору дроселя 9, дросель 10 та пічний трансформатор 11, причому вихід давача струму дуги 1 та давача напруги дуги 2 сполучені зі входами блока порівняння 3 та зі входами давача потужності 6, вихід блоку порівняння 3 через підсилювач 4 під'єднаний до входу механізму переміщення електроду 5, перший вхід регулятора режимної координати 8 сполучений з виходом задавача режимної координати 7, а другий його вхід під'єднаний до виходу давача потужності дуги 6, вихід регулятора режимної координати 8 через блок регулювання індуктивного опору дроселя 9 сполучений зі входом дроселя 10, який включений послідовно з обмоткою високої напруги пічного трансформатора 11 У запропонованому пристрої для регулювання потужності дуги відпрацювання збурень, що призводять до відхилення поточної потужності дуги від заданої, виконується двома незалежними контурами регулювання Перший контур регулювання - традиційний електромеханічний чи електрогідравлічний, що функціонує на базі серійного регулятора потужності дуг (наприклад, типу АРДМ-М, АРДМ-Т, АРДГ), включає давач струму дуги 1, давач напруги дуги 2, блок порівняння 3, підсилювач 4 та механізм переміщення електрода 5 Цей контур регулювання здійснює відпрацювання збурень, що виникають у дуговому проміжку і призводять до відхилення поточної потужності дуги від заданого значення, шляхом переміщення електрода у напрямі, що ліквідує відхилення поточного значення потужності дуги від заданого в регуляторі значення Сигнал керування цього контура ІІроз обчислюється за диференціальним законом згідно виразу ІІроз= аіІд-ЬІд, де ІІд, Ід - поточні середньовипрямлені значення напруги та струму дуги ВІДПОВІДНО, a, b - сталі коефіцієнти, що визначають уставку потужності регулятора Усталеному режиму роботи електропечі, при якому ІІд=ІІд уст і Ід=Ідуст, відповідає нульове 50160 значення параметра регулювання ІІроз=0 Для підвищення СТІЙКОСТІ процесу регулювання потужності дуги при максимальних значеннях швидкостей та прискорень на піднімання та опускання електрода у блоці порівняння 3 встановлюється зона нечутливості за цим параметром 5=3-7% Тому до усталених відносяться режими, у яких поточне значення потужності дуг Рд знаходитиметься в межах Рд= Рдз±ДР, що, безумовно, погіршує статичну точність регулювання потужності дуги цим контуром Крім цього, наявність люфтів, пружностей в елементах кінематичної схеми механізму переміщення електрода та значна інерційність приводу справляють негативний вплив на швидкодію процесу відпрацювання збурень за потужністю дуги Для зведення до мінімуму впливу зазначених вище чинників на швидкодію та точність процесу регулювання потужності дуги у структуру запропонованого пристрою введено додатковий виключно електричний швидкодійний контур регулювання потужності дуги, який складають давач струму дуги 1, давач напруги дуги 2, давач потужності дуги 6, регулятор режимної координати 8, задавач режимної координати 7, блок регулювання індуктивного опору дроселя 9, дросель 10 та пічний трансформатор 11 Робота цього контура полягає в плавній і неперервній ЗМІНІ значення еквівалентного індуктивного опору дроселя 10, який включений послідовно з обмоткою високої напруги пічного трансформатора 11, що призводить до відповідної зміни струмів дуг Сигнал керування, у функції якого виконується регулювання опору дроселя 10, формується регулятором режимної координати 8 і з його виходу поступає на вхід блоку регулювання індуктивного опору дроселя 9 Для підтримання потужності дуги на заданому рівні Рдз при ЗМІНІ напруги на дузі ид у діапазоні, в якому Рд>Рдз, необхідне значення еквівалентного індуктивного опору дроселя Хдр слід обчислювати за такою залежністю -х, де ІІф - напруга вторинної обмотки пічного трансформатора, R,X - сумарний активний та індуктивний опори елементів кола живлення дуги однієї фази печі за виключенням опору дроселя 10, які зведені до параметрів вторинної обмотки пічного трансформатора У режимах, в яких потужність дуги РдРдз, перший, завдяки своїй високій швидкодії, шляхом ВІДПОВІДНОГО регулювання значення еквівалентного індуктивного опору дроселя 10 відновлює величину потужності дуги до рівня заданого значення Рд=Рдз, і підтримує значення потужності дуги на цьому рівні упродовж процесу відпрацювання електромеханічним контуром збурення за довжиною дуги у зазначеній вище зоні При виході робочої точки печі із цієї зони дросель повністю шунтується (Хдр=0) і поточне значення потужності дуги визначається природною робочою характеристикою електропечі Рд=т(ІІд) (для РдРдз), що формується на вході регулятора режимної координати 7, досягається можливість отримати процес регулювання потужності дуг упродовж плавки із значно меншою динамічною і статичною похибками регулювання ніж у відомому пристрої для регулювання потужності дуг трифазної дугової електропечі На фіг 2 і фіг 3 подано отримані на цифровій моделі системи регулювання координат електричного режиму дугової сталеплавильної печі типу ДСП-6 процеси зміни режимних координат lflj(t), Uflj(t), Pflj(t) для одного і того ж процесу збурень за довжиною дуги fj(t) при фукцюнуванні пропонованого (фіг 2) і відомого (прототип) (фігЗ) пристроїв для регулювання потужності трифазної дугової електропечі Координати робочої точки печі, що відповідає усталеному режимові печі, при функціонуванні обох пристроїв вибрані такими, щоб на досліджуваному часовому інтервалі плавки середня потужність дуг (на фазу) була однаковою Рд=0 988МВт (для пропонованого пристрою ІІдуст=1155В, Рдз=1 1МВт, а для відомого ІІд уст=135 3В) Опрацювання поданих на рис 2 та рис 3 розрахункових осцилограм показало наступні значення дисперсій режимних координат електричного режиму запропонованого пристрою для регулювання потужності трифазної дугової електропечі та відомого пристою (прототип), які зведено у таблиці 1 Таблиця 1 Показники функціонування пропонованого та відомого пристрою для регулювання потужності дуг трифазної дугової електропечі Показники Досліджувані пристрої Пропонований пристрій Відомий пристрій (прототип) Орд, хЮ 9 ,Вт 2 0 5725 6 339 кА2 0 491 1 055 DQ, хЮ 11 ,вар 2 0 1548 0 2185 DIJM, в2 50 25 82 29 50160 Наведені на фіг 2 і фіг 3 та в таблиці 1 результати досліджень підтверджують покращення динамічної і статичної точності регулювання потужності дуг трифазної дугової електропечі при використанні запропонованого пристрою у порівнянні з відомим (прототипом) Аналіз отриманих осцилограм та наведених у таблиці 1 значень дисперсій режимних координат показує, що при функціону ванні запропонованого пристрою у порівнянні з відомим має місце зменшення дисперсії потужності дуг Dpfl більше, ніж на порядок (в 11 1 разів), дисперсії струмів дуг Difl у 2 15 разів, дисперсії реактивної потужності Dofl в 1 41 рази, а дисперсії напруги мережі живлення у точці під'єднання електропечі DUM в 1 64 рази ФІГ.1 50160 10 10 U Ы IS Т. С 3D 12 Фіг.2 12 14 16 IE t, С 11 50160 12 її Фіг.З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 t.C 20