〔12〕实用新型专利申请说明书
[21]申请号89220754.X
[11]公告号CN 2082843U
[51]Int.CI5
F27B 3/08
〔43〕公告日1991年8月14日[22]申请日89.12.6
[71]申请人马忠
地址山西省榆次市经纬路38号液压厂研究所共同申请人祁海滨 赵海生[72]设计人马忠 祁海滨
[74]专利代理机构山西省专利服务中心
代理人朱源 赵晓云
权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页
[54]实用新型名称
电弧炉电极电流控制装置
[57]摘要
本实用新型为一种电弧电极电流控制装置，由信号采集处理电路、判断比较电路及执行开关电路三部分组成，其中信号采集处理电路采用了由运算放大器与若干电阻构成的线性放大电路及二极管、电容构成的检波滤波电路，判断比较电路包括一个由运算放大器及若干电阻构成的反相加法电路。该装置以集成电路为主体，具有结构简单、控制精度高的优点，并且有缓冲控制功能，可适用于各种工业电弧炉的电流控制，亦可用于各种过流，过压保护及报警等场合。
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权 利 要 求 书
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1、一种电弧炉电极电流控制装置，包括直接与系统电流表相联的信号采集处理电路，可与予定值进行比较的判断比较电路及执行开关电路，该执行开关电路中的继电器J1、J2分别与电极的进退驱动装置连接，其特征在于：
a、本装置的信号采集处理电路采用了由运算放大器OP1与若干电阻构成的线性放大电路及二极管D1、电容C1构成的检波滤波电路，OP1的同相端接系统地线，反相端输入反映电极电流变化的信号值U1； b、判断比较电路包括：
(1)一个由运算放大器OP2及若干电阻构成的反相加法电路，OP2的反相端输入工作点设定值信号U0及反映电极电流变化的信号值U，输出端分别接OP3的同相端与OP4的反相端；
(2)两个比较器OP3与OP4，其中OP3的反相端输入正的参考电压△Ua，输出端通过二极管D2与BG1的基极相连；OP4的同相端输入负的参考电压△Ub，输出端通过二极管D3与BG2的基极相连；
(3)一个由电阻R23、W3、W4构成的惯性上升缓冲设定电路通过继电器J1的常开触点J12与OP3的反相端相连；另一个由电阻R24、W6、W7构成的惯性下降缓冲设定电路通过继电器J2的常开触点J22与OP4的同相端相连。 2、如权利要求1所述的电极电流控制装置，其特征在于比较器OP3的参考电压信号△Ua是由R23W3构成的上限偏差设定电路产生的，该电路通过继电器J1的常闭触点J11与OP3的反相端相连；比较器OP4的参考电压信号△Ub是由电阻R24W6构成的下限偏差设
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定电路产生的，该电路通过继电器J2的常闭触点J21与OP4的反相端相连。 3、如权利要求1所述的电极电流控制装置，其特征在于工作点设定值信号U0是由电阻R22W2构成的工作点设定电路产生的。 4、如权利要求2所述的电极电流控制装置，其特征在于所述的电阻W3、W6为可变电阻器。
5、如权利要求3所述的电极电流控制装置，其特征在于所述的电阻W2为可变电阻器。
6、如权利要求4所述的电极电流控制装置，其特征在于所述的电阻W4、W7为可变电阻器。
7、如权利要求4所述的电极电流控制装置，其特征在于可变电阻器W4、W7分别并接在可变电阻器W3、W7的滑动腿上。
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说 明 书
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电弧炉电极电流控制装置
一种电弧炉电极电流控制装置，该装置包括直接与系统电流表相连的信号采集处理电路，可与予定值进行比较的判断比较电路及执行开关电路三部分，其中执行开关电路通过继电器J1、J2分别与电极的进退驱动装置相连。
目前，工业上对电弧炉电极电流的控制主要采用两种方法，一是人工通过观察电流表电流的变化，用手动开关控制电极的升降，以达到控制电流的目的。这种方法工人劳动强度大，控制精度低，对产品质量影响甚大。二是伺服阀控制，这种方法的自动化程度高，控制精度亦高，但其对工况要求苛刻，成本高，难于在现有工业电弧炉中普遍推广。为了克服上述两种控制方法的不足，国内亦有采用电子控制装置，如CN87200320U公开的一种“黄磷电炉自动控制装置”，其将主变压器初级上电流互感器二次侧的电流表改装为一个电流信号检测装置，通过此检测装置内不同振荡线圈的工作状态变化，控制一振荡式开关电路的闭合与断开，从而达到控制电极升降之目的。这种方法的缺点是信号检测装置复杂，检测精度低，其控制电路采用由分离元件组成的振荡式开关电路，可靠性差，控制精度亦低，同时由于电极在升降过程中有惯性作用，因而在工艺电流要求波动幅度较小的场所，其使用受到限制。 本实用新型的目的是针对上述方法的不足，提供一种结构简单、
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控制精度高，制作成本较低的电弧炉电极电流控制装置。该装置可自动对电极电流进行连续跟踪控制；能从系统电流表直接取样而不需改变原系统电路结构，并能对电极的升降进行缓冲控制，本实用新型的进一步目的是提供一种可对被控制电流的允许偏差进行随时调整的电极电流控制装置。
本实用新型电弧炉电极电流控制装置包括直接与系统电流表相联的信号采集处理电路，可与予定值进行比较的判断比较电路及执行开关电路，其中执行开关电路的继电器J1J2分别与电极的进退驱动装置连接； 本装置的信号采集处理电路采用了由运算放大器OP1与若干电阻构成的线性放大电路及二极管D1、电容C1构成的检波滤波电路，OP1的同相端接系统地线，反相端输入反映电极电流变化的信号值Uf； 本装置的判断比较电路包括：（1）一个由运算放大器OP2及若干电阻构成的反相加法电路，OP2的反相端输入工作点设定值信号Uo及反映电极电流变化的信号值U，输出端分别接OP3的同相端与OP4的反相端。（2）两个比较器OP3与OP4，其中OP3的反相端输入正的参考电压△Ua，输出端通过二极管D2与BG1的基极相连。OP4的同相端输入负的参考电压△Ub，输出端通过二极管D3与BG2的基极相连。（3）一个由电阻R23、W3、W4构成的惯性上升缓冲设定电路通过继电器J1的常开触点J12与OP3的反相端相连；另一个由电阻R24、W6、W7构成的惯性下降缓冲设定电路通过继电器J
2的常开触点J22与OP4的同相端相连。
本实用新型电弧炉电极电流控制装置中比较器OP3的参考电
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压信号△Ua是由R23W3构成的上限偏差设定电路产生的，该电路通过继电器J1的常闭触点J11与OP3的反相端相连；比较器OP4的参考电压信号△Ub是由电阻R24W6构成的下限偏差设定电路产生的，该电路通过继电器J2的常闭触点J21与OP4的反相端相连；工作点设定值信号Uo是由电阻R22W2构成的工作点设定电路产生的。
本实用新型的控制电路中电阻器W2、W3、W4、W6、W7均为可变电阻器，其中W4、W7分别并接在W3、W6的滑动腿上。 以下结合附图对本实用新型作详细描述： 图1是本实用新型的电路原理方框图。
由电流表出来的反映工作电流量值的信号Uf进入信号采集处理电路，经放大及检波、滤波后输出信号值U，该信号值U与工作点设定值信号Uo同时输入到加法电路进行运算，输出该二信号Uo与U的差值±△U，当△U＞0时，进入第一比较器，于上限偏差设定值△Ua比较，若△U＞△Ua，则比较器发出指令执行开关电路（执行器1）动作，驱动电极上升（退出）。若△U≤△Ua，则保持原状态不变；当△U＜0时，进入第二比较器与下限偏差设定值△Ub比较，若△U＜△Ub，即｜△U｜＞｜△Ub｜，则比较器发出指令，执行开关电路（执行器2）动作，驱动电极下降（进入）。
图2是本实用新型的实施电路图；
与图1对应，信号采集处理电路由运算放大器OP1、二极管D1、电容C
1及电阻R1、R2、R3、W1组成，其中OP1与R1.R2.R3构成一个反相比例运算
电路，放大倍数R2／R1，为了适应不同需要，在OP1的反馈回路中增加一个可变电阻器W1，此时放大倍数为（R2＋W1）／R1。在OP1的输出端连
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接由D1、C1构成的检波、滤波电路，以实现对放大信号进行整形。从电流表获取的信号Uf，通过R1进入OP1的反相端，经放大、检波、滤波后，成为一个较为平稳的能反映电极电流变化的信号值U。 判断比较电路包括一个反相加法电路及第一、第二两个比较器；所述的反相加法电路是由运算放大器OP2和电阻R4、R5、R6及反馈电阻R7组成的，其中R4、R5为两个输入电阻，R6为接地电阻。在R4的一端连接一个由R22、W2构成的工作点设定电路，该电路的一端接控制系统电源负极，其输出的工作点设定信号值Uo与反映电极电流变化的信号值U分别通过电阻R4、R5进入OP2的反相端，OP2的输出值为±△U，即Uo与U的代数和。在此会有两种可能，第一种情况，倘△U＞0，则进入第一比较器OP3的同相端，在OP3的反相端输入一个正的参考电压信号△Ua该信号值表示实际电流允许超出设定电流的偏差范围，其是由R23W3构成的上限偏差设定电路给出的。该电路中的电阻R23一端连接控制系统电源正极，输出端通过继电器J1的常闭触点J11及输入电阻R8与OP3的反相端相连，当△U≤△Ua时，系统保持不变，而当△U＞△Ua时，OP3发生翻转，输出端变为高电位。此时执行开关电路中的BG1导通，继电器J1动作，发出使电极上升的指令，电极电流随之向设定值方向降低，当实际电流值达到设定值，即△U＝0或U＝Uo时，OP3翻转，输出为负，BG1截止，此时电极应停止运动，但是由于惯性作用，电极仍然会继续上升一段，从而又可能使电极电流小于设定值电流甚至超出下限偏差范围。至使控制电路发出电极下降的指令，当上、下限偏差设定值较小时，很容易使电极发生振荡式进退。为了防止这种现象发生，可设
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置一个由R23W3、W4构成的惯性上升缓冲设定电路，该电路通过继电器J1的常开触点J12和电阻R9与OP3的反相端连接。这样，当电极开始上升后，继电器J1的常闭触点J11断开，常开触点J12关闭，惯性上升缓冲设定电路开始工作，当电极电流与设定值的差值△U小于或等于惯性上升缓冲设定值△Ua′即△U≤△Ua′时，OP3即发生翻转，电极上升指令中止，电极靠惯性继续上升一段后缓慢停止，此时△U≈0，即U≈Uo；第二种情况，当△U＜0时，信号输入到第二比较器OP4的反相端，在OP4的同相端连接一个由R24W6构成的下限偏差设定电路，R24的一端接控制系统电源负极，由该电路产生一个负的参考电压△Ub，通过继电器J2的常闭触点J21和电阻R13输入到OP4的同相端，当电极电流值低于设定值下限，即△U＜△Ub或｜△U｜＞｜△Ub｜时，OP4发生翻转，BG2导通，继电器J2动作，发出使电极下降的指令，电极电流向设定值方向增加。同样，为了避免惯性造成振荡作用，在OP4的同相端通过R12连接一个由R24、W6、W7构成的惯性下降缓冲设定电路。
为了便于调整控制数值，本电路中的电阻W2、W3、W4、W6、W7均采用可变电阻器。
图3是本实用新型的电流变化曲线图，
当电流值处于A点或A点以上时，控制电路发出使电极上升指令，电流随之变小到达B点时，即发出停止上升指令，电极依惯性继续上升，电流继续下降，到达C点或其附近时，电极停止运动，电流即稳定在C附近。
若电流值处于A′点或以下时，控制电路发出电极下降的指令，电流随之增大，到达B′点时，电路发出使电极停止下降的指令，电极依惯性
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继续下降一段后停止，电流值稳定在C′点附近。 本实用新型的优点是：
1.结构简单、可靠性强，由于采用了集成电路为主体的结构，大大减少了所用元件的数量及线路的复杂性。
2.应用范围广，可用于电流控制或过流、过压报警控制等场合。 3.由于采用了缓冲控制电路，可有效地避免因电极运动的惯性作用，造成电极的振荡式升降运动。
4.本实用新型的另一个优点是可根据不同要求随时调整控制参数。
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说 明 书 附 图
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