专利名称：电弧检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电弧检测装置，可用于电弧炉炼钢自动调节设备、可逆交流调频调速装置、可逆直流调速装置、液压电弧炉的自动控制及电火花加工设备中放电间隙的控制等等。
目前，电弧炉炼钢设备所采用的自动调节器多是用维持电弧电压和电弧电流的比值一定，并根据差动调节的方法进行工作的，其存在如下问题1、电弧电压取值不准确。由于电弧电压的取出采用的是电压互感器，电压互感器一次侧不能真正接在电弧两端，而是接于电炉变压器二次侧的母线排上，这样，测出的电弧电压只能是近似值，它至少包括了电极在内的短网压降。因为冶炼时额定弧流通常可达1万安培，尽管短网电阻很小，但当如此大的电流流过短网时，其上的电压降也是可观的。
2、当电弧电流增加较大时检测信号不准确。在电弧炼钢过程中，随着电弧电流的增加，由于加热的原因，弧柱的电离作用增加，弧柱的电导率明显增大，维持电弧所需要的电压就降低了。当电弧电流增加较大时，弧柱电导率的增加变得很缓慢，这时，电弧等效电阻同电流数值成反比的减小，而电弧电压基本上保持不变，其特性曲线是平坦的，这就破坏了电弧电压和电弧电流比值的一定，使检测信号不准确。
3、炉底电阻降低了电极自动调节器的工作灵敏度和快速性。三相电弧炉炼钢，为了保证自动调节器的正常工作，必须使电压测量回路上的电压降等于电弧电压，但当一相断弧或一相短路时，炉底电流波形近似于正弦波，若炉底的电阻不等于零，则在挠动状态下，由于炉底电流骤增，会使调节器电压测量回路上的电压变化同电弧电压变化不成线性比例关系。即根据U＝Ua-roIo其中，U-电弧电压测量回路两端的电压;
Ua-相电压;
ro-炉底电阻;
IO-炉底电流。
单相断弧时，电压测量回路上的电压降小于电极同炉子熔池之间的电压;而当单相短路或接近于短路时，电压测量回路上的电压降大于电弧电压。因调节器的作用速度取决于控制信号的大小，可见，由于roIo的影响，炉底电阻降低了电极自动调节器的工作灵敏度和快速性。
在电弧炉炼钢自动调节设备，可逆交流调频调速装置，可逆直流调速装置、液压电弧炉的自动控制及电火花加工设备中放电间隙的控制等等领域，由于电弧检测的不准确，其控制或调节精度均不准确。
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种测量信号精确、灵敏度高、反应速度快、稳定性好、可避免短路对电网冲击的电弧检测装置。
本发明的目的可通过以下措施来达到一种电弧检测装置，包括由电流互感器LHQ和负载电阻R1构成的弧流传感器1，其特殊之处在于所述弧流传感器1的输出经放大整流器2一路输入弧流曲线模拟器4，另一路与弧压信号发生器3的输出一起输入弧压曲线模拟器5，所述弧流曲线模拟器4与弧压曲线模拟器5的输出一起输至差动运算放大器6，所述差动运算放大器6的输出分别与反相器7和反相器8相接。
本发明的放大整流器2包括相串接的反相运算放大器A1、A2，其输出经整流二极管D1、D2与滤波电容C1相接。
本发明的弧压信号发生器3包括反相运算放大器A7，其反相输入端与电位器R24相接，电位器R23与电位器R24相串接。
本发明的弧流曲线模拟器4可由运算放大器A3构成，所述弧压曲线模拟器5由运算放大器A4构成，所述差动运算放大器由运算放大器A5构成，所述反相器7由运算放大器A6构成，所述反相器8由运算放大器A8构成。
本发明的附面说明如下
图1为本发明的原理框图;
图2为本发明实施例的电路原理图。
下面将结合附图对本发明作进一步详述;
参见图1，弧流传感器1用于检测电弧的电流，其输出经放大整流器2后，一路输入弧流曲线模拟器4，另一路与弧压信号发生器3的输出一起输入弧压曲线模拟器5，弧流曲线模拟器4与弧压曲线模拟器5的输出电压同时输至差动运算放大器6，差动运算放大器6的输出电压分别经反相器7和反相器8进行反相，以获得所需极性电压。
参见图2，弧流传感器1包括电流互感器LHQ及负载电阻R1，电流互感器LHQ是一个大变化的互感器，如果本发明应用到电弧炼钢炉自动调节器上，假设该电弧炉工作点选定为9000安，则电流互感器次级电流应为3安，这时在电阻R1上的电压降应为3伏。放大整流器2由反相运算放大器A1～A2，整流二极管D1～D2、滤波电容C1及电阻R2～R7构成，负载电阻R1上的交流信号电压经运算放大器A1、A2放大，再经整流二极管D1、D2全波整流，经电容C1滤波，在整流负载电阻R7上得到一直流电压UR7，适当选择运算放大器A1、A2的输出电阻R3、R6，并选配合适的电容C1及电阻R7，使电压UR7等于电阻R1上电压UR1的二倍，并使电压UR7的变化同电压UR1的变化为线性关系。电压UR7同时输至弧流曲线模拟器4和弧压曲线模拟器5。弧流曲线模拟器4由运算放大器A3及电阻R8～R11构成，运算放大器A3是一个放大倍数等于1的同相输入运算放大器，电阻R8与电阻R10的阻值相等，运算放大器A3的输出电压真实地反映了弧流的变化情况，运算放大器A3在此也起着阻抗变换和隔离作用。弧压曲线模拟器5有两个输入信号，一个是从放大整流器2来的弧流电压信号，另一路是来自弧压信号发生器3的模拟弧压信号。弧压信号发生器3由电位器R23～R24、电阻R25～R27及反相运算放大器A7构成。当电位器R24置于阻值最大端时，调节电位器R23可模拟炼钢不同时期的配电，根据不同吨位的炼钢炉，不同的工作弧流，调节电位器R23可使不同的工作弧流状态下都能达到平衡。电位器R24是弧流整流电位器，根据不同的冶炼时期，调节电位器R24均可实现对不同工作点的选择。反相运算放大器A7可实现不同极性的电压需要，还可作为微机的输入接口，当作反相输入加法器用，其也同样起着阻抗变换和隔离作用。在没有微机输入时，反相运算放大器A7只作为反相器用，输出负极性电压。弧压曲线模拟器5由反向输入加法器A4及电阻R12～R15构成。若电弧炉配电已经选定，按需要电炉电流已经整定，那么，弧压信号发生器3的输出为一负直流电压，其经反相运算放大器A7的输出端14和电阻R27输至反向输入加法器A4的反相输入端13;由放大整流器2输出的弧流信号经电阻R7和R12输至加法器A4的反相输入端13。由反向输入加法器的原理可得UA4＝-〔(R15/R12)UR12+(R15/R13)UR13〕……(1)其中，UA4-弧压曲线模拟器5的输出电压;
UR12-放大整流器2的输出电压;
UR13-弧压信号发生器3的输出电压;
当R12＝R13＝R15时，UA4＝(UR12+UR13)……(2)调整电位器R23、R24，使反相运算放大器A7的输出电压UR13在某一特定工作状态下为一固定的负极性电压，例如，电弧炉在熔化期配电电压为127伏，弧流工作点选在9000安培，这时，弧压信号发生器3输出-12伏电压，由(2)式可以看出，因为UR13为一固定-12伏电压，弧压曲线模拟器5的输出电压UA4完全取决于放大整流器2输出的电压UR12的变化，即随着电弧电流的增加，弧压曲线模拟器5的输出电压将从+12伏成线性的减少，该曲线即为理想的弧压变化曲线。由于该弧压曲线不受除弧流以外的任何因素影响，而只是弧流的函数，所以就消除了现有技术中的弊病。弧流曲线模拟器4与弧压曲线模拟器5的输出电压同时输至差动运算放大器6的输入端，差动运算放大器6由运算放大器A5、电容C2及电阻R16～R19构成，弧流曲线模拟器4的输出电压送至差动运算放大器6的同相输入端3，而弧压曲线模拟器5的输出电压送至其反相输入端2。反相输入和同相输入电路对于运算放大器的输入而言都属单端输入，当信号同时从反相端和同相端输入时，称为差动输入或双端输入，由图2可知，差动运算放大器A5是由同相输入运算放大器和反相输入运算放大器组合而成，不过对于同相输入，其输入信号不是直接加入，而是经电阻R17和R19分压后加到同相输入端3的，因此，差动运算放大器理想的输入与输出关系可由上述两种电路的输出迭加而成。差动运算放大器A5在两个输入端电阻对称，即R17＝R19＝R18时，其输出电压UA5＝R18/R16(UR16-UR17)，即输出电压UA5与输入差值电压(UR16-UR17)成正比。当弧压曲线模拟器5输出的电压值大于弧流曲线模拟器4的输出电压时，差动运算放大器6的输出为正极性电压，当弧压曲线模拟器5输出的电压小于弧流曲线模拟器4的输出电压时，差动运算放大器6输出负极性电压当两输出电压相等时，差动运算放大器6输出的电压才为零，这时，电弧炉才得以平衡反相器7由运算放大器A6及电阻R20～R22构成;反相器8由运算放大器A8及电阻R28～R30构成。反相器7、8主要是把差动运算放大器6的输出进行反相，可根据需要分别在运算放大器A6、A8的输出端选择所需要的极性电压，例如，在电弧炉炼钢自动调节设备里，运算放大器A6、A8的输出电压可作为控制信号分别去控制可控硅的导通角，实现可逆调压调速;反相器7、8的输出也可作为可逆交流调频调速装置、可逆直流调速装置、液压和直流电弧炉的自动控制等等，在电火花加工设备中它可以高精度地控制放电间隙等。反相器7、8也起阻抗变换和隔离作用。
本发明与现有技术相比具有如下优点
提高了炼钢效率，节约了能源;大大减少了短路次数，从而减小了石墨电极对钢液的增碳，提高了钢的质量，测量信号精确;灵敏度高，反应速度快;避免了短路对电网的冲击;稳定性好;改善了工作供电环境。
权利要求
1.一种电弧检测装置，包括由电流互感器LHQ和负载电阻R1构成的弧流传感器1，其特征在于所述弧流传感器1的输出经放大整流器2一路输入弧流曲线模拟器4，另一路与弧压信号发生器3的输出一起输入弧压曲线模拟器5，所述弧流曲线模拟器4与弧压曲线模拟器5的输出一起输至差动运算放大器6，所述差动运算放大器6的输出分别与反相器7和反相器8相接。
2.根据权利要求1所述的电弧检测装置，其特征在于所述的放大整流器2包括相串接的反相运算放大器A1、A2，其输出经整流二极管D1、D2与滤波电容C1相接。
3.根据权利要求1或2所述的电弧检测装置，其特征在于所述弧压信号发生器3包括反相运算放大器A7，其反相输入端与电位器R24相接，电位器R23与电位器R24相串接。
4.根据权利要求3所述的电弧检测装置，其特征在于所述弧流曲线模拟器4由运算放大器A3构成，所述弧压曲线模拟器5由运算放大器A4构成，所述差动运算放大器由运算放大器A5构成，所述反相器7由运算放大器A6构成，所述反相器8由运算放大器A8构成。
全文摘要
一种电弧检测装置，其弧流传感器的输出经放大整流器分别与弧流、弧压曲线模拟器相接，弧压信号发生器的输出与弧压曲线模拟器相接，弧流、弧压曲线模拟器的输出经差动运算放大器与反相器相接。本发明解决了现有技术中电弧检测不准确的问题，提供了一种灵敏度高、反应速度快、测量信号精确、稳定性好的电弧检测装置。
文档编号G01R29/00GK1080057SQ9210464
公开日1993年12月29日 申请日期1992年6月11日 优先权日1992年6月11日
发明者阎庆敏 申请人:阎庆敏