一种电弧炉三相电极的解耦控制系统及方法技术方案

一种电弧炉三相电极的解耦控制系统及方法，本发明专利技术的控制系统包括设置有温度变送器的电弧炉，所述电弧炉配置有三相交流电的三根电极探入炉内形成电弧放电，还包括温度控制环、电流控制环、切换模块以及位置伺服模块组成，该控制系统的三根电极的探入电弧炉内的深度分别由各自的控制指令差异性动作，实现了通过PID控制系统的给定指令状态，独立控制3支电极，代替人工实现自动控制，保证电极随时处于受控状态，能够长期保持三相电流的平衡性，避免出现三相不平衡而造成对电网、变压器的不良影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧炉三相电极的解耦控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及三相供电的电弧炉控制技术，具体是一种电弧炉三相电极的解耦控制系统及方法，属于供电或配电的电路装置或系统


技术介绍

[0002]电弧炉作是工业生产上的主要冶炼装置之一，电弧炉的工作机理是采用带有三相交流电的三根电极，分别为A、B、C相，探入炉内形成电弧放电，逐步将物料熔化，在熔池内持续放电产生持续的电流，用于加热、冶炼炉内的物料(如硅铁)，或者用于为高温状态下的化学反应提供能量(如电石)，通过三相电极在熔池中放电，注入能量，完成熔炼过程。
[0003]电弧炉通常具有电极和电极升降机构，使用专用的电动机驱动电极的升高及降低，当电极升高时，探入减少，电流下降，功率下降；当电极降低时，探入增加，电流上升，功率上升。因此在使用电弧炉进行熔炼的过程中，工人需要进行两个方面的调节，一是根据熔炼的阶段以及炉温的情况调节整体的输入功率，此种操作情况下三根电极需要同步升高或者降低；二是根据三相电流的差异调节单相电极，使得三相的电流尽可能一致(当某相的电流偏大时，应升高电极，反之则反之)。在进料前、预热、出炉准备等各个阶段，操作者需要反复多次调节电极的高度。
[0004]目前采用人工控制的电弧炉常出现操作可靠性低、危险性大、三相电流不易平衡、火候掌握较为困难等不足之处。
[0005]PID控制器是工业控制中应用最广泛的一种控制器，PID是比例(Proportion)积分(Integral)微分(Derivative)的缩写，使用控制回路反馈来确保能得到我们想要的输出结果，只需在控制器中设置一个设定值，它就可以根据传感器输入与设定值比较进行反馈调节，再通过数据运算，使输出保持恒定；本申请中技术方案中的PID控制器采用软件程序代码实现。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种三相电极的解耦控制方法，能够独立控制三支电极，代替人工操作实现自动控制，根据不同的阶段准确地控制炉内的温度并随时实现三相电流的平衡。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种电弧炉三相电极解耦控制系统，包括设置有温度变送器的电弧炉，所述电弧炉配置有三相交流电的三根电极探入炉内形成电弧放电，还包括温度控制环、电流控制环、切换模块以及位置伺服模块组成，其中，
[0009]所述温度控制环包括PID
‑
0控制器和限幅器，用于根据不同冶炼阶段给出的设定温度和电弧炉的反馈温度通过PID
‑
0控制器输出电流指令，所述电流指令经过限幅后作为各相的设定电流；
[0010]所述电流控制环包括三项电流控制环PID
‑
1、PID
‑
2、PID
‑
3，根据各相相应的设定电流和各相相应的反馈电流输出各相相应的高度指令，所述反馈电流由各自的电极上设置
的电流变送器提供；
[0011]所述切换模块上设置相应的三个切换开关，每个开关包括所述电流控制环的高度指令节点和手动设定高度节点；
[0012]所述位置伺服模块包括三个伺服控制器、升降油缸，所述伺服控制器接收切换模块的高度指令作为设定高度，接收来自各相电极的位置传感器的信号作为反馈高度，由所述伺服控制器驱动电控阀控制升降油缸动作，所述升降油缸带动相应的电极进行升高、降低的动作。
[0013]上述电弧炉三相电极的解耦控制系统，所述电弧炉的反馈温度来自设置在电弧炉温度变送器，所述温度变送器采用基于光谱分析原理的测量仪器。
[0014]一种电弧炉三相电极的解耦控制方法，采用上述的一种电弧炉三相电极的解耦控制系统，包括以下步骤：
[0015]步骤Ⅰ，根据不同冶炼阶段设定不同的目标温度，温度控制环根据设定温度、反馈温度进行控制，输出的控制量为电流指令；当温度偏低时提高电流指令，当温度偏高时降低电流指令；输出的电流指令经过限幅以后作为A、B、C各相的设定电流；
[0016]步骤Ⅱ，根据各相的设定电流、反馈电流进行控制，输出的控制量为高度指令，为反相输出；当A、B、C各相中的某相电流偏小时，减小电极高度指令，增加探入深度，增大导电截面积，增大电流；高度指令经过限幅以后输出到后级；当A、B、C各相中的当相电流偏大时，增大电极高度指令，减小探入深度，减小导电截面积，减小电流；高度指令经过限幅以后输出到后级；
[0017]步骤Ⅲ，逻辑开关切换：手动设定高度或控制器给出的设定高度，选择逻辑开关切换；
[0018]步骤IV，采用标准的伺服控制器对电极位置的进行精确控制，伺服控制器的控制信息来自设定高度和反馈的电极实际高度，电极的实际位置(即高度)通过位置传感器反馈到伺服控制器，伺服控制器发出控制量输出到电控阀，由此驱动升降油缸，带动相应的电极进行升高、降低的动作改变升降油缸的位置，从而改变各电极的位置。由于A、B、C各相电极受单独控制，由此实现电弧炉电极的解耦控制。
[0019]本专利技术为一种电弧炉三相电极的解耦控制系统及方法，尤其适用于应用在电石炉上的电弧炉三相电极的解耦控制方法，工业碳化钙的生成是以生石灰和炭素材料(冶金焦、石油焦、无烟煤)为原料，在电炉内混合均匀，炉料凭借电弧热和电阻热在1800℃－2200℃的高温下成熔融状态而制得的。实际上，由于种种因素，工业电石炉生产1吨电石时，所消耗的电能远大于计算值，可见有大量的电能损失。
[0020]本专利技术在持续控制的过程中，随时输出电流指令，用于监视运行的状态，当输出电流持续位于低位达到一定的时间，则判断反应已经将近结束，判断的标准为：
[0021]1、在判断反应已经基本结束后，软件给出停止冶炼的指令，用户进行断电，并将切换开关恢复到手动方向，进行出炉操作；本专利技术的方法充分利用电弧炉原有的电极升降机构，采用自动控制信号及伺服电机对电弧炉原有的电极进行驱动，替代人工操作，具有安全、可靠、智能化的特点，也显著降低了工人的劳动强度；
[0022]2、本专利技术的控制方法采用线性控制而非离散控制(例如不是模糊控制)，其优点在于电极随时处于受控状态，能够长期保持三相电流的平衡性，避免出现三相不平衡而造成
对电网、变压器的不良影响；
[0023]3、本专利技术电弧炉三相电极的解耦控制系统保留了手动控制回路，必要时也能采用手动控制进行操作。
[0024]总之，本专利技术通过对一种能够满足电弧炉三相电极解耦自动控制的线性控制系统，采用一套控制逻辑及对应的软件算法实现上述控制功能的目的。
附图说明
[0025]图1是电弧炉三相电极解耦自动控制控制系统示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0027]参看图1，本专利技术提供一种电弧炉三相电极的解耦控制方法，采用电弧炉三相电极解耦自动控制系统，包括以下步骤：
[0028]步骤Ⅰ，温度控制环PID
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0：根据不同冶炼阶段设定不同的目标温度，温度控制环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧炉三相电极解耦控制系统，包括设置有温度变送器的电弧炉，所述电弧炉配置有三相交流电的三根电极探入炉内形成电弧放电，还包括温度控制环、电流控制环、切换模块以及位置伺服模块组成，其中，所述温度控制环包括PID
‑
0控制器和限幅器，用于根据不同冶炼阶段给出的设定温度和电弧炉的反馈温度通过PID
‑
0控制器输出电流指令，所述电流指令经过限幅后作为各相的设定电流；所述电流控制环包括三项电流控制环PID
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1、PID
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2、PID
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3，根据各相相应的设定电流和各相相应的反馈电流输出各相相应的高度指令，所述反馈电流由各自的电极上设置的电流变送器提供；所述切换模块上设置相应的三个切换开关，每个开关包括所述电流控制环的高度指令节点和手动设定高度节点；所述位置伺服模块包括三个伺服控制器、升降油缸，所述伺服控制器接收切换模块的高度指令作为设定高度，接收来自各相电极的位置传感器的信号作为反馈高度，由所述伺服控制器驱动电控阀控制升降油缸动作，所述升降油缸带动相应的电极进行升高、降低的动作。2.根据权利要求1所述的一种电弧炉三相电极的解耦控制系统，其特征是，所述电弧炉的反馈温度来自设置在电弧炉温度变送器，所述温度变送器采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾洪骏，闫永勤，程勇，
申请(专利权)人：北京时代科仪新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：