DE1163996B - Automatic control device for a three-phase arc furnace - Google Patents
Automatic control device for a three-phase arc furnaceInfo
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Description
Automatische Steuervorrichtung für einen Dreiphasenlichtbogenofen Die automatische Steuerung von Lichtbogenöfen erfolgt dadurch, daß man jede Elektrode mittels eines Servomotors derart verschiebt, daß ein ganz bestimmter Sollwert einer Größe eingehalten wird. Am häufigsten wird eine konstante Impedanz eingehalten, wobei der Regelabstand zwischen einer zum Elektrodenstrom proportionalen Größe und einer zur Spannung zwischen der Elektrode und dem Ofenherd proportionalen Größe zum Verschwinden gebracht wird.Automatic control device for a three-phase arc furnace Automatic control of arc furnaces is accomplished by having each electrode by means of a servomotor so shifts that a very specific setpoint one Size is respected. Most often a constant impedance is maintained, where the control distance between a quantity proportional to the electrode current and a quantity proportional to the voltage between the electrode and the furnace hearth is made to disappear.
Diese Art der Steuerung hat den Vorteil, daß die Verschiebung des Neutralpunktes der Beschickung berücksichtigt wird, und gewährleistet die vollständige Unabhängigkeit der individuellen Steuerung jeder Elektrode.This type of control has the advantage that the shifting of the The neutral point of the charging is taken into account, and ensures the complete Independence of the individual control of each electrode.
Um diese Vorteile maximal ausnutzen zu können, ist es nötig, daß die Spannung jeder Phase mit der größtmöglichen Genauigkeit gemessen wird. Es ist jedoch in der Praxis sehr schwierig und sogar unmöglich, einen idealen Herdanschluß, dessen Widerstand Null ist, zu erreichen.In order to take full advantage of these advantages, it is necessary that the Voltage of each phase is measured with the greatest possible accuracy. However, it is in practice very difficult and even impossible to find an ideal stove connection Resistance is zero, to be achieved.
Der Herdanschluß, bedingt durch seinen Widerstand, fälscht die Spannungsmessung sogar, wenn sie mittels eines Meßgerätes von hoher Impedanz erfolgt. Außerdem wird der Herdanschluß, dessen Widerstand im Verlauf einer Schmelzung enorm variiren kann, oft nach einer gewissen Betriebsdauer praktisch unwirksam. In diesem Fall gehen die Vorteile verloren, die durch die Impedanzsteuerung erzielbar sind, denn die Steuerung erfolgt dann praktisch bei konstantem Strom.The stove connection, due to its resistance, falsifies the voltage measurement even when done using a high impedance meter. In addition, will the stove connection, the resistance of which can vary enormously in the course of a melting process, often practically ineffective after a certain period of operation. In that case go lost the benefits that can be achieved by impedance control because the Control then takes place practically at constant current.
Das Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu überwinden. Die Erfindung betrifft eine automatische Steuervorrichtung für einen Dreiphasenlichtbogenofen, welche auf konstante Impedanz eingerichtet ist und bei welcher der Regelabstand zwischen einer zum Elektrodenstrom proportionalen Größe und einer zur Spannung zwischen einer Einzelelektrode und dem Ofenherd proportionalen Größe zum Verschwinden gebracht wird. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum indirekten Messen der Einzelspannungen des Ofens, welche ein dreiphasiges Hilfsnetz aufweist, dessen zusammengesetzte Spannungen proportional zu den Speisespannungen des Ofens sind und dessen Lastwiderstand durch drei variable Impedanzen in Sternschaltung gebildet wird, von denen jede das Steuerorgan eines zwangläufig gekoppelten Systems bildet, dessen Bezugsgröße proportional zu dem in einer Elektrode des Ofens fließenden Strom ist und dessen Steuergröße proportional zu dem in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes fließenden Strom ist. Das genannte System bildet ein Analogon des elektrischen Ofens, und es ist deshalb möglich, mit großer Genauigkeit Phasenspannungen zu messen, welche denjenigen im elektrischen Ofen proportional sind, und so eine vollkommene Impedanzsteuerung zu erhalten, ohne den Herdanschluß benutzen zu müssen.The aim of the invention is to overcome the disadvantages mentioned. The invention relates to an automatic control device for a three-phase arc furnace, which is set up for constant impedance and at which the control distance between a value proportional to the electrode current and one to the voltage between a single electrode and the size proportional to the furnace hearth made to disappear will. This device is characterized by a device for indirect Measuring the individual voltages of the furnace, which has a three-phase auxiliary network, its composite voltages proportional to the supply voltages of the furnace and its load resistance through three variable impedances in star connection is formed, each of which is the controller of a positively coupled system whose reference value is proportional to that flowing in an electrode of the furnace Current and its control variable is proportional to that in the corresponding phase current flowing through the auxiliary network. The system mentioned is an analogue of the electric furnace, and it is therefore possible to phase voltages with great accuracy to measure which are proportional to those in the electric furnace, and such a thing get perfect impedance control without having to use the stove outlet.
In den F i g. 1 bis 4 der Zeichnung wird schematisch beispielsweise je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the F i g. 1 to 4 of the drawing is shown schematically, for example each shown an embodiment of the invention.
Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1, welches allgemein ist, speist der Transformator 1, dessen zusammengesetzte Sekundärspannungen zu denjenigen des den Ofen speisenden Netzes R, S, T proportional sind, ein Hilfsnetz, welches durch die sternförmig geschalteten veränderlichen Widerstände 2, 3 und 4 gebildet wird. Die Differenz zwischen dem Strom der Phase R des Hilfsnetzes, welcher durch den Stromtransformator 5 gemessen wird, und dem in der entsprechenden Phase des Ofens fließenden Strom, welcher durch den Stromtransformator 8 gemessen wird, wird durch ein Element 11 verstärkt, das auf den veränderlichen Widerstand 2 wirkt. Wenn die Differenz zunimmt, bewirkt das Element 11 eine Vergrößerung des Widerstandes 2, bis die durch die Transformatoren 5 und 8 gemessenen Ströme praktisch gleich sind.In the embodiment according to FIG. 1, which is general feeds the transformer 1, whose composite secondary voltages to those of the the furnace feeding network R, S, T are proportional, an auxiliary network which through the star-connected variable resistors 2, 3 and 4 is formed. The difference between the current of the phase R of the auxiliary network, which through the Current transformer 5 is measured, and that in the corresponding phase of the furnace flowing current, which is measured by the current transformer 8, is through an element 11 that acts on the variable resistor 2 is reinforced. If the Difference increases, the element 11 causes an increase in the resistance 2, until the currents measured by transformers 5 and 8 are practically the same.
Wenn diese Differenz abnimmt, verkleinert das Element den Widerstand 2.As this difference decreases, the element decreases the resistance 2.
Die Bestandteile 5, 8, 11 und 2 bilden somit ein zwangläufig gekoppeltes System, dessen Steuerorgan der veränderliche Widerstand 2, dessen Bezugsgröße der durch den Transformator 8 gemessene Strom und dessen gesteuerte Größe der durch den Transformator 5 gemessene Strom ist.The components 5, 8, 11 and 2 thus form a positively coupled System, whose control element is the variable resistance 2, whose reference value the measured by the transformer 8 current and its controlled size by the transformer 5 measured current.
In der Phase S erfüllen die Bestandteile 6, 9, 12 und 3 und in der Phase T die Bestandteile 7, 10, 13 und 4 die gleiche Funktion wie vorstehend beschrieben.In phase S, the components 6, 9, 12 and 3 and in the Phase T the components 7, 10, 13 and 4 perform the same function as described above.
Man erhält so mittels dieser drei zwangläufig miteinander gekoppelten Systeme eine Verteilung der Ströme in den drei Phasen des Hilfsnetzes, welche gleich ist wie diejenige der wirklichen Ströme, die durch die Elektroden El, EZ und E3 des Ofens fließen. Der Neutralpunkt des Hilfsnetzes verschiebt sich in Funktion der Elektrodenströme.One thus obtains by means of these three inevitably coupled with one another Systems distribute the currents in the three phases of the auxiliary network, which are the same is like that of the real currents flowing through the electrodes El, EZ and E3 of the furnace flow. The neutral point of the auxiliary network shifts in function the electrode currents.
Um eine Impedanzsteuerung zu erzielen genügt es, die Differenz zwischen einer dem in der Phase R des Ofens fließenden Strom proportionalen Größe und einer Größe zum Verschwinden zu bringen, welche der Spannung an den Klemmen des Widerstandes 2 des Hilfsnetzes proportional ist. Man erreicht dies durch Verschieben der zugehörigen Elektrode des Ofens mittels eines Regulators 14. Mit den Regulatoren 15 und 16 werden die zugehörigen Elektroden der Phasen S bzw. T in gleicher Weise reguliert.In order to achieve impedance control, it is sufficient to make the difference between a quantity proportional to the current flowing in phase R of the furnace and a quantity proportional to the voltage at the terminals of the resistor 2 of the auxiliary network disappear. This is achieved by moving the associated electrode of the furnace by means of a regulator 14. The regulators 15 and 16 regulate the associated electrodes of phases S and T in the same way.
Das für die Phase R aus den Bestandteilen 5, 8, 11 und 2 gebildete, zwangläufig gekoppelte System kann elektromechanisch oder vollständig elektrisch oder elektronisch ausgebildet sein.That formed for phase R from components 5, 8, 11 and 2, Inevitably coupled system can be electromechanical or fully electrical or be designed electronically.
In der F i g. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein elektromechanischer Regulator verwendet wird. In diesem Fall ist ein veränderlicher Widerstand 2 vorgesehen, der mechanisch unter dem Einfluß der Differenz zwischen den Drehmomenten verstellt wird, welche durch zwei eletromechanische zweiphasige Systeme 11 a und 11 b geliefert werden. Die beiden Systeme Il a und 11 b werden durch einen Strom gespeist, der proportional zu dem in der Phase R des Ofens fließenden Strom ist, beziehungsweise durch einen Strom, der proportional zu demjenigen in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes ist. Der Impedanzregulator 14 wirkt auf den Elektrodenverschiebungsmechanismus der Phase R in der Weise, daß die Differenz zwischen dem durch den Transformator 8 gelieferten Strom und der an den Klemmen des veränderlichen Widerstandes 2 gemessenen Spannung zum Verschwinden gebracht wird.In FIG. 2 shows an embodiment in which an electromechanical regulator is used. In this case a variable resistor 2 is provided which is adjusted mechanically under the influence of the difference between the torques which are supplied by two electromechanical two-phase systems 11 a and 11 b . The two systems II a and 11 b are fed by a current that is proportional to the current flowing in phase R of the furnace, or by a current that is proportional to that in the corresponding phase of the auxiliary network. The impedance regulator 14 acts on the R-phase electrode displacement mechanism in such a way that the difference between the current supplied by the transformer 8 and the voltage measured at the terminals of the variable resistor 2 is made to disappear.
In F i g. 3 wird eine andere Ausführungsform gezeigt, welche vollständig elektrisch ausgerüstet ist.In Fig. 3 another embodiment is shown which is completely is electrically equipped.
In diesem Fall besteht die Einrichtung für die Phase R aus zwei festen Widerständen 16 und 18, von denen der erste durch den Phasenstrom des Hilfsnetzes durchflossen wird, welcher mittels der Gleichrichterbrücke 19 gleichgerichtet ist, und von denen der zweite durch die Summe dieses Stromes und eines mit diesem in Phase pulsierenden Stromes gebildet wird, welcher durch den Verstärker 20 geliefert wird. Die Eingangsgröße dieses Verstärkers ist gleich dem durch einen Multiplikator 21 gebildeten Produkt aus einer elektronischen Größe, welche proportional dem mittels der Gleichrichterbrücke 22 gleichgerichteten Phasenstrom des Hilfsnetzes ist, und aus einer gleichgerichteten elektrischen Größe, welche eine Funktion der Differenz zwischen dem in der Phase R des Ofens fließenden Strom und dem in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes fließenden Strom ist. Diese gleichgerichtete elektrische Größe wird mittels eines Funktionserzeugers 23 und eines Verstärkers 24 erhalten, dessen Eingangsgröße die Differenz zwischen den durch die Brücken 22 und 25 gleichgerichteten Strömen ist. Die Bestandteile 17, 18 und 20 bilden zusammen einen veränderlichen Widerstand.In this case the device for phase R consists of two fixed ones Resistors 16 and 18, the first of which by the phase current of the auxiliary network is flowed through, which is rectified by means of the rectifier bridge 19, and of which the second by the sum of this current and one with this in Phase pulsating current is formed, which is supplied by the amplifier 20 will. The input variable of this amplifier is the same as that of a multiplier 21 formed product from an electronic quantity, which is proportional to the means the rectifier bridge 22 is rectified phase current of the auxiliary network, and from a rectified electrical quantity, which is a function of the difference between the current flowing in phase R of the furnace and that in the corresponding one Phase of the auxiliary network is flowing current. This rectified electrical quantity is obtained by means of a function generator 23 and an amplifier 24, whose Input variable is the difference between those rectified by bridges 22 and 25 Pouring is. The components 17, 18 and 20 together form a variable Resistance.
Wenn der Strom beispielsweise in der Phase R des Ofens abnimmt, nimmt die Differenz zwischen dem Sollwert des Steuerstroms und dem Istwert des gesteuerten Stroms zu, so daß auch der vom Verstärker 20 ausgehende Strom ebenfalls größer wird. Da die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 18 nun zunimmt, nimmt der Strom in der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes ab, bis die auf den Eingang des Verstärkers 24 gegebene Differenz praktisch verschwindet. Durch die Anwesenheit des Multiplikators 21 in der Regelkette erhält das System eine nichtlineare statische Charakteristik.If the current decreases, for example in phase R of the furnace, the difference between the setpoint value of the control current and the actual value of the controlled current increases, so that the current from the amplifier 20 also increases. Since the voltage at the terminals of the resistor 18 now increases, the current in the corresponding phase of the auxiliary network decreases until the difference applied to the input of the amplifier 24 practically disappears. The presence of the multiplier 21 in the rule chain gives the system a non-linear static characteristic.
Die Zunahme der Regelschlaufe ändert sich proportional zum Phasenstrom des Hilfsnetzes und umgekehrt proportional zur entsprechenden Ausgangsgröße des Funktionserzeugers 23.The increase in the control loop changes proportionally to the phase current of the auxiliary network and inversely proportional to the corresponding output variable of the Function generator 23.
Diese Änderung der Zunahme in Funktion des Arbeitspunktes im herrschenden Sollzustand ist im Hinblick auf die dynamische Stabilität des Systems ungünstig. Um eine Zunahme zu erhalten, die sich linear mit dem gesteuerten Strom ändert, ist es nötig, die Neigung der statischen Charakteristik des Funktionserzeugers 23 proportional zu einer Ausgangsgröße zu ändern, was die Verwendung eines Erzeugers bedingt, dessen Ausgangsgröße sich exponentiell in Funktion seiner Eingangsgröße ändert.This change in increase as a function of the operating point in the prevailing The target state is unfavorable with regard to the dynamic stability of the system. To get an increase that changes linearly with the controlled current is it is necessary to make the slope of the static characteristic of the function generator 23 proportional to change to an output, which requires the use of a generator whose The output variable changes exponentially as a function of its input variable.
Der Verstärker 20 kann durch einen Spannungs-oder Stromgenerator gebildet werden, und der Verstärker 24 kann eine proportionale oderkund integrale Charakteristik haben.The amplifier 20 can be formed by a voltage or current generator and the amplifier 24 can have a proportional or an integral characteristic to have.
Außerdem können die Ströme, welche die Widerstände 17 und IS durchfließen, Wechselströme sein. In diesem Fall wird die Gleichrichterbrücke 19 weggelassen, und der Multiplikator 21 muß das Produkt einer gleichgerichteten Größe und einer Wechselstromgröße bilden, welche in Phase mit dem Strom des Hilfsnetzes ist.In addition, the currents flowing through resistors 17 and IS can Be alternating currents. In this case the rectifier bridge 19 is omitted, and multiplier 21 must be the product of an unidirectional quantity and one Form alternating current quantity, which is in phase with the current of the auxiliary network.
In F i g. 4 wird ein Ausführungsbeispiel mit einem Transistor dargestellt. In diesem Fall besteht das Regelorgan für jede Phase aus einem durch den gleichgerichteten Phasenstrom des Hilfsnetzes gespeisten Kreis, der einen festen Widerstand 18, welcher parallel zum Emittor-Kollektor-Kreis eines Transistors 26 geschaltet ist, dessen Basisstrom proportional zu dem Multiplikator 21 gelieferten Produkt ist, eine elektrische Größe, welche proportional zu dem durch die Brücke 22 gleichgerichteten Phasenstrom ist, und eine elektrische Größe aufweist, welche eine Funktion der Differenz zwischen dem Phasenstrom des Ofens und dem Strom der entsprechenden Phase des Hilfsnetzes ist.In Fig. 4 shows an embodiment with a transistor. In this case, the regulating organ for each phase consists of one directed by the rectified Phase current of the auxiliary network fed circuit, which has a fixed resistor 18, which is connected in parallel to the emitter-collector circuit of a transistor 26, whose Base current proportional to the multiplier 21 delivered product is an electrical Size proportional to the phase current rectified by bridge 22 and has an electrical quantity which is a function of the difference between the phase current of the furnace and the current of the corresponding phase of the auxiliary network is.
Wenn der Strom beispielsweise in der Phase R des Ofens zunimmt, nimmt die Ausgangsgröße der durch den Verstärker 24 und den Funktionserzeuger 23 gebildeten Kette ebenfalls zu sowie auch der Basisstrom des Transistors 26, der Strom im Emittor-Kollektor-Kreis und damit auch der Phasenstrom im Hilfsnetz. Dieser letztere nimmt zu, bis die Differenz, welche auf den Eingang des Verstärkers 24 gegeben wird, praktisch verschwindet.If the current increases, for example in phase R of the furnace, the output variable of the chain formed by amplifier 24 and function generator 23 also increases, as does the base current of transistor 26, the current in the emitter-collector circuit and thus also the phase current in the Auxiliary network. This latter increases until the difference which is applied to the input of the amplifier 24 practically disappears.
Die Nichtlinearität des so aufgebauten Regelsystems, welche durch die Anwesenheit des Multiplikators 21 bedingt ist, macht die Verwendung eines Funktionengenerators 23 nötig, dessen Aufgabe es ist, die Zunahme der Regelschlaufe in Funktion der Größe der regulierten Impedanz zu stabilisieren. Damit die Zunahme sich proportional zur geregelten Phasenstromstärke ändert, ist es nötig, daß die Ausgangsgröße des Erzeugers 23 sich exponentiell in Funktion seiner Eingangsgröße ändert. Der Widerstand 18 hat die Aufgabe, zu verhindern, daß der Phasenstrom verschwindet, wodurch vermieden wird, daß bei einem Stromunterbruch in der Phase R des Ofens die Steuerung unterbrochen wird.The non-linearity of the control system constructed in this way, which is caused by the presence of the multiplier 21 makes the use of a function generator 23, whose job it is to the increase in the rule loop in Function of the size of the regulated impedance to stabilize. So that the increase changes proportionally to the regulated phase current strength, it is necessary that the The output variable of the generator 23 increases exponentially as a function of its input variable changes. The resistor 18 has the task of preventing the phase current from disappearing, whereby it is avoided that in the event of a power failure in phase R of the furnace Control is interrupted.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
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