RU2238616C2 - Device for controlling power supply conditions of multiphase electric-arc furnace - Google Patents
Device for controlling power supply conditions of multiphase electric-arc furnace Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238616C2 RU2238616C2 RU2002130522/09A RU2002130522A RU2238616C2 RU 2238616 C2 RU2238616 C2 RU 2238616C2 RU 2002130522/09 A RU2002130522/09 A RU 2002130522/09A RU 2002130522 A RU2002130522 A RU 2002130522A RU 2238616 C2 RU2238616 C2 RU 2238616C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- output
- input
- current
- power
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Discharge Heating (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам автоматического регулирования электрического режима дуговых многофазных электропечей.The invention relates to electrical engineering, in particular to systems for automatically controlling the electric mode of multiphase arc electric furnaces.
Известное устройство для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи, которое содержит в цепи регулирования каждой фазы датчик напряжения дуги, блок формирования сигнала управления, усилитель и механизм перемещения электрода (Автоматизация процессов электроплавки стали. Ч.1. Фарнасов Г.А. Изд-во "Металлургия", 1972. - 232 с. С.17). Однако при работе этого устройства имеет место низкая динамическая и статическая точность регулирования координат электрического режима.A known device for regulating the electric mode of an arc multiphase electric furnace, which contains an arc voltage sensor, a control signal generating unit, an amplifier and an electrode moving mechanism in the control circuit of each phase (Automation of steel electric melting processes.
Из известных устройств ближайшим к предлагаемому является устройство для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи, которое содержит в цепи регулирования каждой фазы датчик напряжения дуги, который своим выходом подключен ко входу блока формирования сигнала управления, а выход последнего через усилитель соединен со входом механизма перемещения электрода, регулятор тока дуги, первый вход которого подсоединен к выходу задатчика тока дуги, а второй - к выходу датчика тока дуги, блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя, выход которого соединен со входом дросселя, включенного последовательно с обмоткой высокого напряжения печного трансформатора (А.С. 1042211 СССР. Регулятор мощности дуговой многофазной електропечи / Б.Д.Денис, О.Ю.Лозинский, Я.С.Паранчук. - Опубл. в Б.И., 1983, №34).Of the known devices, the closest to the proposed device is a device for controlling the electric mode of an multiphase electric arc furnace, which contains an arc voltage sensor in the control circuit of each phase, which is connected by its output to the input of the control signal generating unit, and the output of the latter through an amplifier is connected to the input of the electrode moving mechanism, arc current regulator, the first input of which is connected to the output of the arc current setter, and the second to the output of the arc current sensor, inductive regulation unit the resistance of the inductor, the output of which is connected to the input of the inductor connected in series with the high voltage winding of the furnace transformer (A.S. 1042211 USSR. Power regulator of an arc multiphase electric furnace / B.D. Denis, O.Yu. Lozinsky, Ya.S. Paranchuk. - Published in B.I., 1983, No. 34).
Однако в процессе работы этого устройства имеет место значительное взаимное влияние между фазными каналами регулирования напряжения (длины) дуги каждой фазы, которое обусловлено использованием в нем дифференциального закона формирования сигнала рассогласования Upac=a· U-b· I (U, I - усредненные значения напряжения и тока дуги; a, b - постоянные коэффициенты), что при действующих схемах систем питания дуг приводит к ошибочным (ложным) перемещениям электродов в тех фазах, где возмущение за длиной дуги не возникло. В результате этого имеет место неоправданно высокая дисперсия регулирования координат электрического режима (напряжения, тока и мощности дуги), что является причиной продолжительной работы печи в режимах значительного отклонения от рационального, а это, в свою очередь, приводит к ухудшению технико-экономических показателей функционирования дуговой электропечи. Кроме этого, указанное устройство имеет ограниченные функциональные возможности в реализации необходимых электрических режимов, так как в процессе его работы есть возможность реализовать на определенный интервал плавки лишь один тип искусственных внешних характеристик печи - характеристик с участком стабилизации тока дуги, при которых не в полной мере используются функциональные возможности быстродействующего регулирования индуктивного сопротивления дросселя для оптимизации электрических режимов работы электропечи.However, in the process of operation of this device, there is a significant mutual influence between the phase channels for regulating the voltage (length) of the arc of each phase, which is due to the use of the differential law of generating the error signal U pac = a · Ub · I (U, I are the average voltage values and arc current; a, b are constant coefficients), which, with current circuits of arc supply systems, leads to erroneous (false) movements of the electrodes in those phases where perturbation beyond the arc length does not occur. As a result of this, there is an unjustifiably high dispersion of the regulation of the coordinates of the electric mode (voltage, current and arc power), which is the reason for the continuous operation of the furnace in modes of significant deviation from the rational, and this, in turn, leads to a deterioration in the technical and economic performance of the arc electric furnaces. In addition, the specified device has limited functionality in the implementation of the necessary electrical modes, since during its operation it is possible to realize only one type of artificial external characteristics of the furnace for a certain melting interval - characteristics with an arc current stabilization section, in which they are not fully used the functionality of high-speed regulation of the inductance of the inductor to optimize the electrical modes of the electric furnace.
В основу изобретения поставлена задача создания такого устройства для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи, в котором использовался бы инвариантный к режимам в двух других фазах принцип формирования сигнала управления на перемещение электрода данной фазы, который благодаря реализации автономности фазных каналов регулирования электрического режима дал бы возможность значительно уменьшить дисперсию регулируемых координат и как следствие улучшить технико-экономические показатели работы дуговой электропечи. В основу создаваемого устройства поставленна также задача реализации зонного принципа формирования необходимой искусственной внешней характеристики дуговой многофазной электропечи, в результате чего появилась бы возможность точнее адаптировать ее вид (аналитическую зависимость) к требованиям, исходящим из необходимых значений дисперсии токов и мощностей дуг, или к оптимизации режимов дуговой многофазной электропечи за компромиссным вариантом снижения дисперсии токов дуг и мощностей дуг, что, в свою очередь, привело бы к улучшению ряда показателей работы дуговой многофазной электропечи, в частности удовлетворило бы ряд технологических требований к значениям электрических режимных координат и, прежде всего, дало бы возможность достичь более равномерного процесса введения активной мощности в плавильное пространство печи.The basis of the invention is the task of creating such a device for regulating the electric mode of an arc multiphase electric furnace, in which the principle of generating a control signal for moving the electrode of this phase, which is invariant to the modes in two other phases, would be used, which would make it possible to significantly to reduce the dispersion of adjustable coordinates and as a result to improve the technical and economic performance of the arc electric ropechi. The created device is also based on the task of implementing the zone principle of forming the necessary artificial external characteristic of an arc multiphase electric furnace, as a result of which it would be possible to more accurately adapt its type (analytical dependence) to the requirements based on the required values of the dispersion of currents and power of the arcs, or to optimize the modes multiphase electric arc furnace for a compromise option to reduce the dispersion of arc currents and arc powers, which, in turn, would lead to an improvement in the venom of the performance indicators of an arc multiphase electric furnace, in particular, would satisfy a number of technological requirements for the values of electric operating coordinates and, first of all, would make it possible to achieve a more uniform process of introducing active power into the melting space of the furnace.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи, которое содержит в цепи регулирования каждой фазы датчик напряжения дуги, который своим выходом подсоединен ко входу блока формирования сигнала управления, а выход последнего через усилитель соединен со входом механизма перемещения электрода, регулятор тока дуги, первый вход которого подсоединен к выходу задатчика тока дуги, а второй - к выходу датчика тока дуги, блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя, выход которого соединен со входом дросселя, который включен последовательно с обмоткой высокого напряжения печного трансформатора, отличается тем, что дополнительно содержит датчик мощности дуги, задатчик мощности дуги, регулятор мощности дуги, первый и второй ключи, компаратор и логический элемент отрицания НЕ, причем первый вход регулятора мощности дуги подсоединен к выходу задатчика мощности дуги, а второй его вход соединен с выходом датчика мощности дуги, входы датчика мощности дуги подсоединены к выходам датчика напряжения дуги и датчика тока дуги, выход регулятора тока дуги через первый ключ, а выход регулятора мощности дуги через второй ключ подсоединены ко входу блока регулирования индуктивного сопротивления дросселя, первый вход компаратора соединен с выходом регулятора тока дуги, а второй подсоединен к выходу регулятора мощности дуги, а выход компаратора соединен с управляющим входом первого ключа и через логический элемент отрицания НЕ с управляющим входом второго ключа.This object is achieved in that a device for regulating the electric mode of an arc multiphase electric furnace, which contains an arc voltage sensor in the control circuit of each phase, which is connected with its output to the input of the control signal generating unit, and the output of the latter through an amplifier is connected to the input of the electrode moving mechanism, the regulator arc current, the first input of which is connected to the output of the arc current setter, and the second to the output of the arc current sensor, inductive resistance control unit d the donkey, the output of which is connected to the input of the inductor, which is connected in series with the high voltage winding of the furnace transformer, is characterized in that it further comprises an arc power sensor, an arc power adjuster, an arc power regulator, first and second keys, a comparator, and a negative logic gate NOT, the first input of the arc power regulator is connected to the output of the arc power setter, and its second input is connected to the output of the arc power sensor, the inputs of the arc power sensor are connected to the outputs of the voltage sensor I arc and the arc current sensor, the output of the arc current regulator through the first key, and the output of the arc power regulator through the second key are connected to the input of the inductance resistance control unit of the inductor, the first input of the comparator is connected to the output of the arc current regulator, and the second is connected to the output of the arc power regulator , and the comparator output is connected to the control input of the first key and through the negation logic element NOT to the control input of the second key.
Благодаря тому что в предлагаемом устройстве сигнал тока дуги изъят из процесса формирования сигнала управления системы регулирования положения электрода и что формируется этот сигнал согласно закону отклонения напряжения дуги от заданного значения (от уставки напряжения дуги), достигается автономность фазных каналов регулирования положения электродов (напряжений дуг).Due to the fact that in the proposed device the arc current signal is removed from the process of generating the control signal of the electrode position control system and that this signal is generated according to the law of deviation of the arc voltage from the set value (from the arc voltage setting), the autonomy of the phase channels for regulating the position of the electrodes (arc voltages) is achieved .
Кроме ликвидации эффекта перенесения возмущающего влияния из фазы, где возникло возмущение за напряжением (длиной) дуги, в другие фазы, где в данный момент напряжения (длины) дуг равны заданным, т.е. соответствуют установившемуся режиму, или имеет место возмущение, но с другим знаком отклонения, что однозначно отрицательно влияет на показатели динамики системы стабилизации напряжения (длины) дуги, в предлагаемом устройстве все фазные каналы системы регулирования напряжения дуг (регулирования положения электродов) становятся инвариантными также и к приростам токов дуг, которые вносятся в силовую цепь системы питания дуг работой быстродействующих фазных контуров регулирования токов дуг, управляющими воздействиями которых являются соответствующие приращения индуктивных сопротивлений дросселей. Ликвидация в предлагаемом устройстве действия указанных взаимных вомущающих воздействий как между фазными каналами регулирования длины дуги, так и между системой регулирования положения электродов и быстродействующей системой регулирования токов дуг достигается благодаря формированию сигнала управления в каждой фазе системы регулирования положения электрода лишь по сигналу отклонения Upac текущего напряжения дуги U от заданного значения Uуст (напряжения уставки) Upac=U-Uуст. Благодаря этому уменьшается дисперсия координат электрического режима (напряжения, тока и мощности дуги), время работы печи в режимах значительных отклонений от заданного и улучшаются технико-экономические показатели дуговой многофазной электропечи.In addition to eliminating the effect of transferring the perturbing influence from the phase where the disturbance behind the arc voltage (length) has arisen, to other phases, where at the given moment the arc voltage (length) is equal to the specified ones, i.e. correspond to the established mode, or there is a disturbance, but with a different deviation sign, which definitely negatively affects the dynamics of the voltage (length) stabilization system of the arc, in the proposed device, all phase channels of the arc voltage control system (regulation of the position of the electrodes) become invariant as well the increase in arc currents that are introduced into the power circuit of the arc supply system by the operation of high-speed phase circuits for regulating arc currents, the control actions of which are corresponding increments inductances chokes. The elimination in the proposed device of the action of the indicated mutual troubling effects both between the phase channels for regulating the length of the arc, and between the system for regulating the position of the electrodes and the high-speed system for regulating the current of the arcs is achieved due to the formation of a control signal in each phase of the system for regulating the position of the electrode only by the deviation signal U pac of the current voltage arc U from the set value U set (voltage setting) U pac = UU set . Due to this, the dispersion of the coordinates of the electric mode (voltage, current and arc power) is reduced, the operating time of the furnace in the modes of significant deviations from the set one and the technical and economic indicators of the multiphase electric arc furnace are improved.
Кроме этого, благодаря включению в структуру быстродействующего контура регулирования тока дуги каждой фазы, задатчика мощности дуги, датчика мощности дуги, регулятора мощности дуги, компаратора, логического элемента отрицания НЕ, первого и второго ключей расширяется область устанавливаемых электрических режимов дуговой многофазной электропечи, что достигается путем формирования и реализации необходимых искусственных внешних характеристик дуговой электропечи с участками стабилизации тока и мощности дуги и использования соответствующего алгоритма, переключающего процесс управления с режима стабилизации токов дуг на режим стабилизации мощностей дуг и наоборот. Благодаря этой возможности удается одновременно понизить как дисперсию тока дуги, так и дисперсию мощности дуги, что благодаря реализации более равномерного процесса введения активной мощности в печь приведет к более точному соблюдению директивного графика ведения плавки и как следствие к улучшению качества металла и уменьшению его брака.In addition, due to the inclusion in the structure of the fast-acting circuit for controlling the arc current of each phase, the arc power setter, the arc power sensor, the arc power regulator, the comparator, the negative logic element NOT, the first and second keys, the range of the established electric modes of the multiphase electric arc furnace expands, which is achieved by the formation and implementation of the necessary artificial external characteristics of the electric arc furnace with sections for stabilizing the current and arc power and using the corresponding algorithm that switches the control process from the mode of stabilization of arc currents to the mode of stabilization of power of arcs and vice versa. Due to this possibility, it is possible to simultaneously reduce both the dispersion of the arc current and the dispersion of the arc power, which, due to the implementation of a more uniform process of introducing active power into the furnace, will lead to more accurate adherence to the directive schedule for melting and, as a result, to improve the quality of the metal and reduce its scrap.
На фиг.1 представлена схема устройства для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи; на фиг.2 представлены естественные и искусственные внешние характеристики электропечи и соответствующие им естественные и искусственные зависимости мощности дуги от напряжения дуги дуговой многофазной электропечи в относительных единицах; на фиг.3 показаны процессы изменения режимных координат, которые получены на цифровой модели предложенного устройства для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи; на фиг.4 приведены процессы изменения режимных координат, которые получены на цифровой модели известного устройства (прототипа) для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи. На фиг.3 и фиг.4 изображены временные зависимости следующих режимных координат каждой фазы (j=А, В, С) дуговой сталеплавильной печи типа ДСП-6:Figure 1 presents a diagram of a device for regulating the electrical mode of an arc multiphase electric furnace; figure 2 presents the natural and artificial external characteristics of the electric furnace and the corresponding natural and artificial dependences of the arc power on the arc voltage of an arc multiphase electric furnace in relative units; figure 3 shows the processes of changing the operating coordinates, which are obtained on a digital model of the proposed device for regulating the electric mode of an arc multiphase electric furnace; figure 4 shows the processes of changing the operating coordinates, which are obtained on a digital model of a known device (prototype) for regulating the electric mode of an arc multiphase electric furnace. Figure 3 and figure 4 shows the time dependences of the following regime coordinates of each phase (j = A, B, C) of an arc steel furnace type DSP-6:
а) fj(t) - возмущения в дуговом промежутке по длине дуги;a) f j (t) - perturbations in the arc gap along the length of the arc;
б) Uj(t) - напряжения на дугах;b) U j (t) is the voltage across the arcs;
в) Ij(t) - токи дуг;c) I j (t) - currents of arcs;
г) Pj(t) - мощности дуг.d) P j (t) - power arcs.
Устройство для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи содержит в цепи регулирования каждой фазы датчик напряжения дуги 1, блок формирования сигнала управления 2, усилитель 3, механизм перемещения электрода 4, датчик тока дуги 5, задатчик мощности дуги 6, датчик мощности дуги 7, регулятор мощности дуги 8, задатчик тока дуги 9, регулятор тока дуги 10, компаратор 11, логический элемент отрицания НЕ 12, первый ключ 13, второй ключ 14, блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя 15, дроссель 16 и печной трансформатор 17, причем выход датчика напряжения дуги 1 соединен со входом блока формирования сигнала управления 2 и с первым входом датчика мощности дуги 7, выход блока формирования сигнала управления 2 через усилитель 3 подсоединен ко входу механизма перемещения электрода 4, выход датчика тока дуги 5 соединен со вторым входом датчика мощности дуги 7 и вторым входом регулятора тока дуги 10, выход задатчика мощности дуги 6 и выход датчика мощности дуги 7 подсоединены к первому и второму входам регулятора мощности дуги 8 соответственно, а выход последнего через второй ключ 14 соединен со входом блока регулирования индуктивного сопротивления дросселя 15, выход задатчика тока дуги 9 подсоединен к первому входу регулятора тока дуги 10, а его выход через первый ключ 13 соединен со входом блока регулирования индуктивного сопротивления дросселя 15, а его выход подсоединен ко входу дросселя 16, включенного последовательно с обмоткой высокого напряжения печного трансформатора 17, выход регулятора мощности дуги 8 и выход регулятора тока дуги 10 соединены с первым и вторым входами компаратора 11 соответственно, а выход последнего подсоединен к управляющему входу первого ключа 13 и через логический элемент отрицания НЕ 12 к управляющему входу второго ключа 14.A device for controlling the electric mode of an arc multiphase electric furnace contains an
Устройство для регулирования электрического режима дуговой многофазной электропечи работает следующим образом.A device for regulating the electrical mode of an arc multiphase electric furnace operates as follows.
В дуговой многофазной электропечи имеет место установившийся режим, если длины дуг во всех фазах электропечи имеют длину, при которой напряжения на дугах принимают значение напряжения уставки Uуст, являющегося задающим воздействием электромеханической системы регулирования положения электродов. Ток I в каждой фазе печи (ток дуги) в этом установившемся симметричном режиме примет значение, которое определяется из уравнения установленной на текущий технологический период плавки внешней характеристики I=F(U) дуговой электропечи.In an arc multiphase electric furnace, a steady state takes place if the lengths of the arcs in all phases of the electric furnace have a length at which the voltage on the arcs takes the value of the set voltage U mouth , which is the defining effect of the electromechanical system for regulating the position of the electrodes. The current I in each phase of the furnace (arc current) in this steady-state symmetric mode will take a value that is determined from the equation established for the current technological period of melting of the external characteristic I = F (U) of the electric arc furnace.
При возникновении возмущения по длине дуги в определенной фазе текущее напряжение U дуги в этой фазе приобретет значение, которое отличается от значения Uуст, то есть возникшая трехфазная система напряжений на дугах станет несимметричной. Вектору напряжений дуг, определяющему текущий несимметричный режим, будет отвечать вектор токов дуг, который определяется по уравнениям равновесия силовой цепи трехфазной системы питания дуг.If a perturbation occurs along the length of the arc in a certain phase, the current arc voltage U in this phase will acquire a value that differs from the value of U mouth , that is, the three-phase system of arcing voltages arising will become asymmetric. The vector of arc voltages, which determines the current asymmetric mode, will correspond to the vector of arc currents, which is determined by the equilibrium equations of the power circuit of a three-phase arc supply system.
Отработка отклонения напряжения дуги U от заданного Uуст выполняется электромеханической системой регулирования положения электродов. С выхода датчика напряжения дуги 1 сигнал текущего напряжения дуги U подается на вход блока формирования сигнала управления 2, где за выражением U-Uуст вычисляется сигнал рассогласования Upac=U-Uуст, а в функции его значения и в зависимости от установленного на данный интервал плавки значения зоны нечувствительности за этим сигналом, необходимого коэффициента усиления и максимальных скоростей на подъем или опускание электрода в блоке формирования сигнала управления 2 вычисляется сигнал управления Uк, который с его выхода поступает на вход усилителя 3. В функции выходного сигнала усилителя 3, механизм перемещения электрода 4 реализует процесс перемещения электрода в направлении ликвидации возникшего возмущения за длиной (напряжением) дуг. По истечению переходного процесса установятся длины дуг, соответсвующие значению напряжения уставки Uуст. Процессы указанных перемещений электродов в каждой фазе будут происходить лишь в функции сигнала Upac=U-Uуст данной фазы и не будут зависеть от значений токов и напряжений дуг других фаз, то есть при работе предлагаемого устройства имеет место автономный процесс регулирования длины дуги в каждом фазном канале стабилизации длины дуги электромеханической (электрогидравлической) системы регулирования положения электродов многофазной печи, то есть инвариантный процесс регулирования длины дуги в одной фазе к возмущениям за длиной дуги в других двух фазах и работы других контуров регулирования режимных координат (токов, мощностей дуг).Testing the deviation of the arc voltage U from a given U mouth is performed by an electromechanical system for regulating the position of the electrodes. From the output of the
Указанная инвариантность при всех других равных условиях приводит к улучшению динамической точности стабилизации напряжений дуг на уровне напряжения уставки Uуст, что, в свою очередь, увеличивает продолжительность работы печи на интервале плавки в зоне рациональных режимов, где технико-экономические показатели функционирования дуговой электропечи принимают значения, близкие к оптимальным. Указанное свойство электромеханической системы регулирования положения электрода кроме улучшения технико-экономических показателей самой дуговой электропечи уменьшает также отрицательное влияние работы печи на технико-экономические показатели электропитающей сети, в частности уменьшает колебания напряжения сети, уменьшает значение потребляемой реактивной мощности, потери электроэнергии как в самой сети, так и в системе питания дуг.The indicated invariance, all other things being equal, leads to an improvement in the dynamic accuracy of stabilization of the arc voltages at the set voltage U set , which, in turn, increases the duration of the furnace at the melting interval in the zone of rational modes, where the technical and economic indicators of the functioning of the electric arc furnace take values close to optimal. The indicated property of the electromechanical system for regulating the position of the electrode, in addition to improving the technical and economic indicators of the arc electric furnace itself, also reduces the negative effect of the operation of the furnace on the technical and economic indicators of the power supply network, in particular, reduces the voltage fluctuations of the network, reduces the value of the consumed reactive power, the loss of electricity as in the network itself, and in the power supply system of arcs.
Процессы изменения возмущений в дуговых промежутках и процессы их отработки электромеханическими контурами приводят к случайным несимметричным процессам изменения (колебания) токов дуг. Для получения желаемых процессов изменения токов дуг, которые определяются множеством необходимых интегральных значений режимных координат или значений технико-экономических показателей работы печи на текущий технологический период плавки или на плавку в целом, в предлагаемом устройстве предусмотрена возможность формировать и реализовывать по зонному принципу по ходу плавки соответствующую этим процессам искусственную внешнюю характеристику дуговой многофазной электропечи. Для этого диапазон изменения напряжения дуги делится на три зоны: зону малых, средних и больших значений напряжения дуги. Проведенные исследования по определению интегральных значений технико-экономических показателей ДСП показывают, что максимальные границы таких зон в относительных единицах составляют 0-0.5, 0.3-0.8 и 0.7-1.0 для первой, второй и третьей зоны соответственно.The processes of changing perturbations in the arc spaces and the processes of their development by electromechanical circuits lead to random asymmetric processes of changing (fluctuating) the currents of arcs. To obtain the desired processes of changing the currents of arcs, which are determined by the set of necessary integral values of operating coordinates or values of technical and economic indicators of the furnace for the current technological period of melting or for melting in general, the proposed device provides the ability to form and implement according to the zone principle along the melting process these processes an artificial external characteristic of an arc multiphase electric furnace. For this, the range of variation of the arc voltage is divided into three zones: the zone of small, medium and large values of the arc voltage. Studies conducted to determine the integral values of the technical and economic indicators of particleboard show that the maximum boundaries of such zones in relative units are 0-0.5, 0.3-0.8 and 0.7-1.0 for the first, second and third zones, respectively.
В зоне малых значений напряжений дуг реализуется режим стабилизации тока дуги на уровне Iст1 (характеристика 1 фиг.2). Изменение мощности в этой зоне будет происходить согласно прямой 3. В зоне средних значений напряжений дуг реализуется режим стабилизации мощности дуги: ток дуги изменяется по гиперболическому закону (участок кривой 1 в этой зоне), а мощность дуги стабилизируется на уровне Рст (горизонтальный участок кривой 3 зависимости мощности дуги в этой зоне). В третьей зоне - зоне больших значений напряжения дуги - зависимости тока и мощности дуги от напряжения дуги, которые формируются в предлагаемом устройстве, совпадают с соответствующими естественными характеристиками (кривые 1 и 5, 3 и 6 попарно совпадают). Таким образом, искусственная внешняя характеристика дуговой электропечи, которая реализуется предлагаемым устройством, состоит из трех участков, которые на фиг.2 обозначены символами 1, а соответствующие ей участки изменения мощности дуги - символами 3.In the zone of small values of arc voltage, the mode of stabilization of the arc current at the level of I st1 is implemented (
Внешняя характеристика электропечи, которая может быть реализованной известным устройством (прототипом), состоит лишь из двух участков, которые на фиг.2 обозначены символом 2, а соответствующая ей зависимость мощности дуги подается участками 4 на фиг.2.The external characteristic of the electric furnace, which can be implemented by a known device (prototype), consists of only two sections, which are indicated in FIG. 2 by
Естественная внешняя характеристика дуговой многофазной электропечи и соответствующая ей зависимость мощности дуги на фиг.2 обозначены символами 5 и 6 соответственно.The natural external characteristic of an arc multiphase electric furnace and the corresponding dependence of the arc power in Fig. 2 are indicated by
Внешняя характеристика 1 и соответствующая ей зависимость мощности дуги 3 в предлагаемом устройстве реализуется следующим образом. Если рабочая точка данной фазы электропечи находится в первой зоне (малые значения напряжения дуги), то быстродействующий контур регулирования тока дуги в этой фазе настраивается на режим стабилизации тока дуги: I=Iст1=const. Для этого регулятор тока дуги 10 в функции входных сигналов, которые поступают с выхода задатчика тока дуги 9 (сигнал задания тока дуги Iзад=Iст1) и с выхода датчика тока дуги 5 (сигнал текущего значения тока дуги I) формирует на своем выходе сигнал управления, который через открытый первый ключ 13 и блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя 15 поступает на вход дросселя 16, вызывая такой закон изменения его индуктивного сопротивления, при котором реализуется процесс стабилизации тока дуги на уровне I=Iст1. Второй ключ 14 в этих режимах открыт, из-за чего другой сигнал (сигнал с выхода регулятора мощности дуги 8) на вход блока регулирования индуктивного сопротивления дросселя 15 не поступает.
Если рабочая точка фазы электропечи перемещается в зону средних значений напряжения дуги, то быстродействующий контур регулирования тока дуги настраивается на режим стабилизации мощности дуги на уровне Р=Рст=const. Для этого первый ключ 13 открывается, а второй ключ 14 закрывается и сигнал управления этого контура формируется на выходе регулятора мощности дуги 8 в функции входных сигналов, которые поступают на его входы с выхода задатчика мощности дуги 6 (сигнал задания мощности дуги Рзад=Рст) и датчика мощности дуги 7 (сигнал, пропорциональный текущей мощности дуги Р). Выходной сигнал регулятора мощности дуги 8 через второй ключ 14 и блок регулирования индуктивного сопротивления дросселя 15 поступает на вход дросселя 16, реализуя закон регулирования его индуктивного сопротивления, при котором мощность дуги этой фазы стабилизируется на равные Р=Рст=const.If the operating point of the phase of the electric furnace moves to the zone of average values of the arc voltage, then the high-speed circuit for regulating the arc current is set to stabilize the arc power at the level of P = P article = const. For this purpose, the
В зоне больших значений напряжения дуги выходные сигналы регулятора тока дуги 10 и регулятора мощности дуги 8 приобретают нулевые значения, при которых индуктивное сопротивление дросселя 16 становится равным нулю и рабочая точка фазы электропечи в установившихся режимах принадлежит участку 1 искусственной внешней характеристики электропечи, который совпадает с естественной внешней характеристикой 5.In the zone of large values of the arc voltage, the output signals of the arc
Выходной сигнал компаратора 11 формируется в функции выходных сигналов регулятора тока дуги 10 и регулятора мощности дуги 8. Если исходный сигнал регулятора тока дуги 10 превышает выходной сигнал регулятора мощности дуги 8, то выходной сигнал компаратора 11 приобретает значение, при котором первый ключ 13 переводится в закрытое состояние, а второй ключ 14 - в открытое состояние (устанавливается режим стабилизации тока дуги). Если же сигнал на выходе регулятора мощности дуги 8 превышает сигнал на выходе регулятора тока дуги 10, то первый ключ 13 переводится в разомкнутое состояние, а второй ключ 14 закрывается и быстродействующий контур регулирования тока дуги работает в режиме стабилизации мощности дуги.The output signal of the
Значения тока стабилизации дуги Iст1 и мощности дуги Рст рассчитываются из условия получения желаемых значений технико-экономических показателей работы дуговой электропечи, в частности среднего значения и дисперсии для тока и мощности дуг, которые определяют эффективность функционирования предлагаемого устройства. Оптимальные значения сигналов задания тока Iзад=Iст1 и мощности Рзад≡ Рст для каждого технологического периода, которые являются задающими влияниями быстродействующего контура регулирования тока дуги, могут быть получены, например, по результатам моделирования режимов дуговой электропечи на цифровой модели системы питания и регулирования электрического режима конкретной дуговой электропечи, составленной в мгновенных координатах за представленной на фиг.1 схемой предлагаемого устройства при действии в ней случайных возмущений по длине дуги, статистические характеристики которых адекватны соответствующим статистическим характеристикам реального процесса возмущений, которые действуют в дуговой электропечи в этих технологических периодах.The values of the arc stabilization current I st1 and the arc power P st are calculated from the conditions for obtaining the desired values of technical and economic indicators of the electric arc furnace, in particular the average value and dispersion for the current and arc power, which determine the efficiency of the proposed device. The optimum values of the current reference I signal ass = I CT1 and power P ass ≡ P v for each process period, which is the desired effect high-speed circuit arc current, can be prepared, for example, the results of the electric arc mode simulation on a digital model of the power system, and regulating the electric mode of a specific arc electric furnace, compiled in instantaneous coordinates behind the diagram of the proposed device shown in figure 1 under the action of random disturbances in it the length of the arc, the statistical characteristics of which are adequate to the corresponding statistical characteristics of the real process of disturbances that act in the electric arc furnace in these technological periods.
На фиг.3 приведены временные зависимости режимных координат f(t), U(t), I(t) и P(t), полученные на цифровой модели системы питания и регулирования электрического режима дуговой сталеплавильной печи ДСП-6, которая соответствует схеме предлагаемого устройства (фиг.1), а на фиг.4 изображены процессы изменения этих же координат, полученных на цифровой модели, которая составлена по схеме известного устройства (прототипа). Представленные на фиг.3 и фиг.4 результаты выполненных на цифровой модели математических экспериментов получены при следующих значениях управляющих воздействий контуров регулирования электромеханической системы регулирования положения электрода и быстродействующей системы регулирования токов дуг:Figure 3 shows the time dependences of the operating coordinates f (t), U (t), I (t) and P (t) obtained on a digital model of the power supply and regulation of the electric mode of the arc steel-smelting furnace DSP-6, which corresponds to the scheme of the proposed device (figure 1), and figure 4 shows the processes of changing the same coordinates obtained on a digital model, which is composed according to the scheme of the known device (prototype). Presented in figure 3 and figure 4, the results of mathematical experiments performed on a digital model are obtained with the following values of the control actions of the control loops of the electromechanical system for regulating the position of the electrode and a high-speed system for regulating the currents of arcs:
- для предлагаемого устройства: уставка напряжения дуги электромеханической системы Uуст=99 В; для быстродействующей системы - Iст1=14,5 кА; Рст=1,25 МВт;- for the proposed device: the voltage setting of the arc of the electromechanical system U set = 99 V; for a high-speed system - I st1 = 14.5 kA; P article = 1.25 MW;
- для известного устройства: уставки за напряжением и током электромеханической системы равняются: Uуст=114,5 В; Iуст=12400 А соответственно; для быстродействующего контура Iст2=13,0 кА.- for a known device: the settings for the voltage and current of the electromechanical system are: U set = 114.5 V; I mouth = 12400 A, respectively; for high-speed circuit I st2 = 13.0 kA.
Исследование работы обоих устройств выполнялось при использовании одной и той же реализации процесса возмущений fj(t) по длине дуги. Результаты обработки полученных процессов изменения режимных координат сведены в таблицу. В этой таблице представлены усредненные значения (математические ожидания) напряжения, тока и мощности дуги 
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002021577 | 2002-02-26 | ||
| UA2002021577 | 2002-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002130522A RU2002130522A (en) | 2004-05-27 |
| RU2238616C2 true RU2238616C2 (en) | 2004-10-20 |
Family
ID=34391255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002130522/09A RU2238616C2 (en) | 2002-02-26 | 2002-11-14 | Device for controlling power supply conditions of multiphase electric-arc furnace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2238616C2 (en) |
-
2002
- 2002-11-14 RU RU2002130522/09A patent/RU2238616C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nikolaev et al. | Electrical optimization of superpowerful arc furnaces | |
| Lozynskyi et al. | The study of dynamics of the two-loop arc furnace electric mode ACS on a Simulink-model | |
| JP2006191714A (en) | Power conversion controller | |
| RU2238616C2 (en) | Device for controlling power supply conditions of multiphase electric-arc furnace | |
| Ghiormez et al. | Electric arc current control for an electric arc furnace based on fuzzy logic | |
| Yakimov et al. | Investigation of electrical characteristics of high-power electric arc furnaces in the mode of stabilizing the primary current of the furnace transformer by means the thyristor regulator in the intermediate circuit | |
| Lozynskyy et al. | Multicriterion intelligent control system and optimal stabilization of arc steel-melting furnace electrical regimes coordinates | |
| Lozynskyi et al. | Reduction of Phase Interactions in Control Processes of Arc Steel-Making Furnace–Power Supply System” Complex Electrical technological System | |
| RU2239295C2 (en) | Power control device for three-phase arc furnace | |
| UA53074A (en) | Device for controlling electric mode of operarion of a multiphase arc furnace | |
| Yakimov et al. | Investigation of direct-arc ultra-high power electric furnaces with controlled current by contactless regulator in intermediate circuit of furnace transformer | |
| Rastogi et al. | Enhancing Stability and Performance of DC Microgrid: A Coordinated Impedance Reshaping Controller Design Approach | |
| Paranchuk et al. | The Electrodes Positioning Control System for the Electric Arc Furnace Basing on Fuzzy Logic | |
| Deryuzhkova et al. | Intelligent control system for static var compensator of arc furnace | |
| RU2767178C1 (en) | System for controlling excitation of synchronous generator in alternating current distribution network | |
| RU2699017C1 (en) | Device for control of two magnetized reactors (versions) | |
| SU1042211A1 (en) | Power regulator of multiphase electric arc furnace | |
| Yakimov et al. | Methods of improvement of dynamic properties of electric arc furnaces | |
| Fedin et al. | Development of a power controller for an induction crucible furnace of industrial frequency for melting magnesium | |
| RU98314U1 (en) | ARC ELECTRIC CONTROL DEVICE | |
| Nikolaev et al. | Design of the Improved EAF's Electric Circuit Mathematical Model for Application in Digital Twin | |
| Paranchuk et al. | Simulink Study of the Dynamics of Electrical Mode Coordinates Combined Regulation of an Arc Furnace | |
| NUKALA et al. | Design of Fuzzy Load Frequency Controller for Interconnected Power System with Super Conducting Magnetic Energy Storage Units | |
| SU1056400A2 (en) | Device for inverse adjusting of d.c. voltage at two series connected loads | |
| RU175023U1 (en) | ORE-THERMAL FURNACE ELECTRIC REGULATOR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041115 |