SU1756836A1 - Способ определени индуктивностей и вольт-амперных характеристик нелинейных активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  автоматического контрол  и управлени  электрическими режимами работы электропечей и может быть использовано дл  определени  параметров цепей подэлектродных областей многофазных электропечей переменного тока, используемых в черной и цветной металлургии и химической промышленности. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей определени  индуктивно- стейи вольт-амперных характеристик нелинейных активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи. Формирует сигналы, пропорциональные степенным функци м тока электрода i(t) каждой фазы i(t}- I2(t), I3(t), ..., im(t), выдел ют гармонические составл ющие этих сигналов и сигналов напр жени  на участке электрод - подина, определ ют величину индуктивности L и коэффициенты П, I 1т. степенного р да UR(T.) ni + + ... + rm 1т, представл ющего вольт- амперную характеристику нелинейного сопротивлени  подэлёктродной области каждой из фаз многофазной электропечи. 2 ил. с/ С

Description

Изобретение относитс  к способам и технике определени  параметров цепей подэлектродных областей многофазных электропечей и может найти широкое применение при создании систем автоматического контрол  и управлени  электрическим режимом работы электропечей.

Известны способы измерени  сопротивлений в многофазных электрических системах , основанные на измерении гармонических составл ющих токов и напр жений в электрической цепи

Наиболее близким к предлагаемому изобретению  вл етс  способ, реализованный в устройстве дл  измерени  полньй гармонических сопротивлений в многофазных электрических системах с нелинейными к несимметричными нагрузками и основанный на спектральном анализе кривых токов и напр жений в исследуемой цепи.

Основным недостатком известного способа  вл етс  многоступенчатость процесса измерени  сопротивлений, невозможность определени  вольт-амперХ|

СЛ О 00

со

О

ных характеристик нелинейных активных сопротивлений и индуктивностей цепи, необходимость включени  в систему измерений двух взаимно ортогональных т-фазных систем напр жений, что усложн ет реализацию .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем определени  индуктивностей и вольт-амперных характеристик нелинейных активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  электрических параметров, при котором измер ют мгновенные значени  токов электрода l(t) и напр жени  U(t) на участке цепи электрод - падина каждой из фаз, формируют сигналы, пропорциональные степенным функци м тока электродов каждой фазы

l(t), i2(t), i5(t)im(t),

выдел ют гармонические составл ющие этих сигналов и сигналов напр жени  U(t) на участке электрод - подина каждой фазы и по этим выделенным гармоническим составл ющим сигналов степенных функций электрода и сигнала напр жени  на участке электрод - подина определ ют величину индуктивности L и коэффициенты п, 1 1,.... т, степенного р да

UR(t) ni + r2i2 + r3i3 + ... + rmim, представл ющего вольт-амперную характеристику нелинейного сопротивлени  под- эле ктродной области каждой из фаз электропечи.

Определение з лектричёски) параметров подэлектродных областей многофазных электропечей  вл етс  задачей, требующей решени  во многих практических случа х, в частности при построении автоматизированных систем управлени  и контрол , которые позвол ют достигнуть увеличени  производительности печей, степени извлечени  целевого продукта и снизить материальные и энергетические затраты. Модель электрического режима электропечи занимает одно из важнейших мест в более общей модели технологического процесса, поскольку она определ ет не только взаимосв зь между токами и напр жени ми в электрической цепи, распределение энергии в зонах печи, но и отражает характер протекани  технологического процесса, вли ние технологических параметров на электрические. Технологический процесс в печи реализуетс  за счет тепловой энергии, выдел емой в подэлектродной области, содержащей исходное сырье, при протекании через нее электрического тока. Поскольку исходные шихтовые материалы, промежуточные и конечные продукты реакции образуют провод щую среду, на сопротивлении которой электрическа  энерги  преобразуетс  в тепловую, то любые изменени  технологического режима привод т к изменению свойств реакционной зоны как провод щей среды и к изменению эквивалентных электрических параметров и характеристик цепи протекани  тока в электропечи. Электриче0 ские параметры цепей, активные и реактивные сопротивлени , а также напр жени  на них недоступны дл  непосредственного измерени . Внешним про влением электрических свойств цепей печи  вл ютс 

5 временные функции токов и напр жений на электродах, через которые осуществл етс  подвод электрической энергии. Форма токов и напр жений на электродах электропечи отличаетс  от гармонической, что обусловлено нелинейностью электрических

0 цепей электропечи. Существующа  в под- электродной области электрическа  дуга имеет нелинейную вольт-амперную характеристику и приводит к возникновению высших гармоник в токе и напр жении.

5 Наиболее полной характеристикой нелинейности в электрической цепи  вл етс  ее вольт-амперна  характеристика. Наличие высших гармоник в токе и напр жении дает принципиальную возможность определе0 ни  параметров линейных и вольт-амперных характеристик нелинейных элементов электрических цепей электропечи.

На фиг.1 дана схемна  модель трехфазной цепи электропечи, широко примен е5 ма  дл  анализа электрического и

энергетического режимов электропечей; на

фиг.2 - устройство дл  реализации способа.

Схема замещени  (фиг.1) состоит из

трех однофазных цепей, соответствующих

0 электродам печи и образующих соединение звездой. Внешние выводы 1-3 соответствуют точкам подключени  токоподводов короткой сети к электродам. Цепь каждой фазы представлена в виде последователь5 ного соединени  линейной индуктивности Ц и эквивалентного нелинейного активного сопротивлени  Rq(iq), q 1,2,3. Индуктивность представл ет собой эквивалентную индуктивность электродов, ванны и взаим0 ной индуктивности между электродами. Активное нелинейное сопротивление складываетс  из сопротивлени  подэлектродной зоны, ванны, расплава и электрода. Все три фазы электропечи представлены

5 одинаковыми по структуре схемами замещени , которые имеют свои параметры и характеристики элементов. Поскольку в подэлектродной зоне может существовать электрическа  дуга, то в общем случае сопротивление каждой фазы  вл етс  нелинейным . Степень нелинейности зависит от режима работы печи. Так, при отсутствии электрической дуги в подэлектродной зоне это сопротивление будут линейным. Задача определени  параметров рассматриваемой схемы модели электропечи состоит в определении вольт-амперных характеристик эквивалентных нелинейных сопротивлений фаз URq pq (iq) и линейных индуктивностей Lq. q 1,2,3, на основе измерени  токов электродов и напр жений на участке электрод - подина цепи.

При измерении мгновенных значений рабочих токов электродов H(t), 12(1), b(t} и мгновенных значений напр жений на электродах относительно подины Ui(t), U2(t), UaCt) определение параметров схемы замещени  каждой фазы может выполн тьс  независимо от других. Схемна  модель одной фазы описываетс  нелинейным дифференциальным уравнением

Oq)-Uq(t),q-1,2,3. (1)

Вольт-амперные характеристики нелинейных сопротивлений предполагаютс  од- нозначными, что дает возможность представл ть их отрезками степенных р дов

m

Oq) 2 rqKiqK,q 1,2,3, К 1

где rqK - неизвестные, подлежащие определению коэффициенты степенных р дов, представл ющих вольт-амперные характеристики нелинейных сопротивлений;

lqK - степенные функции мгновенных значений рабочих токов.

При условии (2) дифференциальное уравнение (1) примет вид

4 +lrqiclqM-UqW.

К - Т.

isT

Неизвестные параметры фазы: индуктивность Lq и коэффициенты степенного р да (2) г к. К 1 т, представл ющего

вольт-амперную характеристику нелинейного сопротивлени ,вход т в уравнение (3) линейно. Измер емые сигналы рабочего тока iq(t) и напр жени  Uq(t), а также сигналы производной тока diq(t)/dt и степенных функций тока Iq (t)  вл ютс  периодическими функци ми времени, ограниченными по амплитуде , и удовлетвор ют услови м Дирихле . Это дает возможность разложить их в р д Фурье и представить уравнение фазы

(3) относительно амплитуд гармонических составл ющих этих сигналов:

10

«)

15

20

25

30

40

45

50

где IqK , IqK , К 1, ..., m - амплитуды косинусоидальной и синусоидальной составл ющих л-й гармоники степенных Функций тока;

tqK(t), , - ПрОИЗВОДНОЙ ТОКЭ

diq(t)/dt;

Uqnc, Uqns - напр жени  Uq(t), Составл ющие n-й гармоники производной тока выражаютс  через составл ющие тока:

1ЧрПС П U)lqinS, lqins.

Полученна  система (4)  вл етс  системой линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных параметров Ц, гчк. Кажда  гармоническа  составл юща  вносит в систему по два уравнени : дл  косинусоидальной и синусоидальной составл ющих . Дл  формировани  матрицы коэффициентов и вектора правой части сис35 темы (4) необходимо измерение косинусои- дальных и синусоидальных составл ющих гармоник тока lq(t) и его степенных функций Iq (t), атакже напр жени  Uq(t). Практически такие измерени  производ тс  с помощью синхронного анализатора гармонических составл ющих. Система (4) имеет решение относительно (т+1) неизвестных параметров цепи: m коэффициентов степенного р да гчк, представл ющего вольт-амперную характеристику нелинейного сопротивлени , и величины индуктивности Ц. Дл  практического решени  системы (4) относительно (т+1) неизвестных параметров ее можно ограничить таким же числом уравнений . При этом достаточно измерение параметров гармоник, количество которых равно числу неизвестных коэффициентов степенного р да, и включение в систему двух уравнений дл  первой гармоники и по одному

55 дл  последующих. Решение системы (4) на микроЭВМ не представл ет сложностей. Таким образом, решаетс  задача определени  параметров схемы замещени  каждой фазы. В результате получают дл  каждой фазы значение индуктивности Lq и- вырани  параметров схемы замещени  каждой фазы, В результате получают дл  каждой фазы значение индуктивности Lq и выражение вольт-амперной характеристики эквивалентного нелинейного сопротивлени , представленной степенным р дом (2). что Дает возможность проводить расчет электрического и энергетического режимов и анализ технологического режима. При анализе энергетического режима по первой гармонике полученные вольт-амперные характе- ристики нелинейных сопротивлений позвол ют рассчитать их активные и реактивные сопротивлени  по первой гармонике . При отсутствии нелинейности в цепи получают решение дл  частного случа  - определение параметров линейной йндук- тивности и линейного сопротивлени  в каждой фазе. - - .- ..

Устройство дл  реализации данного способа дл  каждой из фаз (фиг.2) состоит из датчика 1 тока, датчика 2 напр жени , нелинейных преобразователей 3-К, анализаторов 5-п гармоник, и вычислительного устройства 9.

Устройство работает следующим образом/ ;:.; .7: ... ; - ...-

Сигнал f(t) С датчика 1 тока поступает на .нелинейные преобразователи3..4,..., К, ко- : торые осуществл ют операцию возведени  ;сортвётст ённо:Шог вторую, треть ю: й.та к да- ее в {пЧо,|Стёп;ён ьсигнала i(t). В результате Гна вых6де преобразовател  4 получают смг- :нал. пропорциональный квадрату тока I2(t), .а на выходе преобразовател  К - сигнал, п рЬпо рциональный m-й степени тока lm(t). .Сигналы с нелинейных преобразов йтелёй , 3-К (i2(t)..,-im(t)), а также сигналы непосред- ствённо с датчика 1 тока i(t) и с датчика 2 напр жени  U(t) поступают на анализаторы ,5-ri г.ар мони к; с помбй (ьк) которых :ШДел - ,ют амплитуды первой, второй и так далее rn-й гармонических составл ющих этих сиг- налов. Полученные а МплитуДьгт гар моНи- .че ских составл ющих этих сигналов поступают на вычислительное устройство 9, в котором на оснбвании измеренных гармонических составл ющих напр жени  U(t), .тока l(t), квадрата тока i2(t) и так далее im(t) в . соответст.ййи су|завнекием (4) определ етс  .в иЧйн Ь дукти вности L и цоэффицмёнты ст0пеннбго |ЭЙда г1, гз,... и rm, представл ющего нелинейную вольт-амперную характе-- ристику нелинейного сопротивлени  под- электродной области: .- - .

.; UR() rii + r2l2 + + ... + rmim,

Технически нелинейные преобразователи 3-К могут быть реализованы на основе стандартных перемнржителей сигналов, например , на интегральной микросхеме К525ПС2. Анализаторы 5-п гармоник предсТавл ют собой активные фильтры, настроенные на частоты соответствующих гармоник. Вычислительное устройство 8 мо- жет быть как аналогового, так и цифрового

.типа. ;;;-:.:.: . . .. ..:. : .-.

Таким образом, предлагаемое способ и устройство дл  его реализации позвол ют непосредственно в процессе технологического процесса определ ть индуктивности и вольт-амперные характеристики нелинейныха„ктивных сопротивлений подэлектрод- ных областей многофазной электропечи, Формул а изобретени   Способ определени  индуктивностей и вольт-амперных характеристик нелинейных

активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи, при котором измер ют мгновенные значени  тока электрода i(t) и напр жени  U(t) на участке цепи электрод- подина каждой из фаз злектропечи , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем определени  индуктивно- ; стей и вольт-амперных характеристик нелинейных активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи ,формируют , сигналы, пропорциональные степенным функци м тока электрода каждой фазы i(t), i (t), I3(t),.... lm(t), выдел ют гармонические составл ющие этих сигналов напр жений U(t) на участке цепи электрод - подина каждой фазы и

по Этим выделенным гармоническим составл ющим сигналов степенных функций тока электрода и сигнала напр   оени  на

участке электрод - подина каждой фазы определ ют величину индуктивности и коэффициенты л, i -1,..., m, степенного р да UR() nlI + Г212 + + ... + , представл ющего вольт-амперную характеристику нелинейноги сопротивлени  подэлектродной области каждой из фаз многофазной электропечи, ;...;

Фиг.1

Claims (1)

1. Формула изобретения Способ определения индуктивностей и вольт-амперных характеристик нелинейных активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи, при котором измеряют мгновенные значения тока электрода i(t) и напряжения U(t) на участке цепи электрод - подина каждой из фаз элек30 тропечи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путём определения индуктивно-/ стей и вольт-амперных характеристик нелинейных активных сопротивлений подэлектродных областей многофазной электропечи, формируют , сигналы, пропорциональные степенным функциям тока электрода каждой фазы i(t), i²(t), l³(t),.... i^m(t), выделяют гармонические составляющие этих сигналов напряжений U(t) на участке цепи электрод - подина каждой фазы и ют амплитуды первой, второй и так далее . . по этим выделенным гармоническим со’ . ............. ставлягащим.сигналов степенных функций • тока электрода и сигнала напряжения на 45 участке электрод - подина каждой фазы определяют величину индуктивности и коэффициенты л, Г= 1,.... т, степенного ряда Ur(I) -ηΐ— Γ2ΐ² + гзг + ... + —ί¹, представляющего вольт-амперную характеристику нелиней50 ноге сопротивления подэлектродной области каждой ‘ из фаз многофазной электропечи.

   . дойфазе.' - ' .

   ' способа для каждой из фаз (фиг.2) состоит из датчика 1 тока, датчика 2 напряжения, нелинейных преобразователей 3-К, анализаторов 5-п гармоник й вычислительного устройства 9. 25

   Устройство работает следующим образбм. ·. '7 '' Сигнал Ι(ΐ) с датчика 1 тока поступает на нелинейные преобразователи 3, 4,.... К, которые осуществляют операцию возведения соответственно Во вторую, третью и так далёёв m-ю степень сигнала l(t). В результате' ’ невыходе преобразователя 4 получают сиг7 нал, пропорциональный квадрату тока r(t), а на выходе преобразователя К - сигнал, п'ропорцирнал m-й степени тока Сигналы с. нелинейных преобразователей /, 3-К (l²(t)..,-i^rn(t)), а также' сигналы' непосредственно с датчика 1 тока i(t) и с Датчика 2 напряжения U(t) поступают на анализаторы 5-п гармоник, с помощью которыкёыделяm-й гармонических составляющих этих сигналов. Полученные амплитуды пт гарйОНи, HecKv-ix, составляющих этих сигналов 7 /πορτ^Ηβιοτΐιέ вычислительное устройство 9, в котором на основании измеренных гармонических составляющих напряжения iJ(t), тока i(t), квадрата тока i²(t) и так далее i^m(t) в ··;.. соответствий с уравнением (4) определяется . величина индуктивности L й коэффицйёнты степенного рЛда'г), h,... и 'rm. представл'яю35 г

   Заказ 3086 * Тираж Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101