ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия:

А. А. Николаев, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники, канд. техн. наук, эл. почта: aa.nikolaev@magtu.ru
П. Г. Тулупов, аспирант кафедры автоматизированного электропривода и мехатроники, эл. почта: tulupov.pg@mail.ru

Современные системы управления электрическими режимами дуговой сталеплавильной печи и агрегатов ковшпечь ведущих компаний-производителей имеют общий недостаток, связанный с отсутствием в их составе технических решений, направленных на полную линеаризацию электрического и гидравлического контура печи как объекта управления. Вследствие этого система не может быть настроена на технический оптимум на всем диапазоне рабочих длин дуг. Одним из путей решения данной проблемы является применение нелинейного адаптивного П-регулятора импеданса, обеспечивающего полную линеаризацию электрического и гидравлического контуров при помощи специальных линеаризующих характеристик. Данные характеристики в случае электрического контура формируются для всех сочетаний ступени печного трансформатора и реактора с применением математической модели, а в случае с гидравлическим контуром — с использованием экспериментальной характеристики зависимости скорости перемещения электрода от величины сигнала управления. Для достижения технического эффекта, выраженного в снижении дисперсии токов электрических дуг, на различных стадиях плавки необходимо определить оптимальную величину коэффициента усиления адаптивного регулятора. На практике данную задачу решают итерационно с использованием математической модели, позволяющей формировать случайные возмущения по длине электрической дуги, соответствующие по своим статистическим характеристикам реальным возмущениям. Основным условием для корректного функционирования математической модели формирования случайных возмущений является стационарность и эргодичность сигнала действующего значения тока дуги как основного входного параметра. Очевидно, что сигнал действующего значения тока электрической дуги не является стационарным и эргодическим на протяжении всей плавки вследствие таких постоянно изменяющихся условий, как рабочая ступень печного трансформатора, ступень реактора, уставка параметра регулирования, стадия проплавления шихты и др. Таким образом особую актуальность приобретает задача выделения стационарных и эргодических участков в составе сигнала тока электрической дуги для дальнейшего определения функции спектральной плотности и расчета передаточных функций формирующих фильтров, используемых при математическом моделировании случайных колебаний длин дуг. В рамках выполненных исследований разработана методика моделирования случайных возмущений длины электрической дуги для оптимальной настройки нелинейного П-регулятора импеданса дуговой сталеплавильной печи. Разработанная методика является новой и ранее в научно-технической литературе не описывалась.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZRU-2020-0011).

1. Николаев А. А., Тулупов П. Г., Ивекеев В. С. Сравнительный анализ современных систем управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2020. № 3. — 147 c.
2. Nikolaev A. A., Tulupov P. G., Ivekeev V. S. Comparative Analysis of Modern Electric Control Systems of Electric Arc Furnaces // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2020. — P. 464–468.
3. Пат. 176106 РФ, МПК H 05 B 7/148. Система управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи / Николаев А. А., Тулупов П. Г., Ануфриев А. В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» ; заявл. 13.06.2017; опубл. 09.01.2018, Бюл. № 1.
4. Николаев А. А. Повышение эффективности работы дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь за счет применения усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами : монография. — Магнитогорск : изд. МГТУ им. Г. И. Носова, 2015. — 161 с.
5. Bowman B., Krüger K. Arc Furnace Physics. — Düsseldorf : Verlag Stahleisen GmbH, 2009. — 246 p.
6. Cassie A. M. Nouvelle théorie des arcs de rupture et rigidité du circuit (New theory of breaker arcs and circuit rigidity) // CIGRE Report — 1939. No. 102.
7. Егупов Н. Д., Пупков К. А., Баркин А. И. Методы классической и современной теории управления // В 5 т. Т. 2: Статистическая динамика и идентификация систем автоматического управления. — М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 638 с.
8. Игнатов И. И., Хаинсон А. В. Расчет электрических параметров и режимов дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 1983. № 8. С. 62–65.
9. Матросов А. П., Миронов Ю. М. Компьютерное моделирование процессов в электрических цепях дуговых печей // Электрометаллургия. 2006. № 6. С. 27–32.
10. Тулуевский Ю. Н., Зинуров И. Ю. Инновации для дуговых сталеплавильных печей. Научные основы выбора : монография. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. — 347 с.
11. Миронов Ю. М. Закономерности электрических режимов дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 2006. № 6. С. 56–62.
12. Смелянский М. Я., Минеев Р. В. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения. — М. : Энергия, 1975. — 184 с.
13. Николаев А. А., Лукьянов С. И., Тулупов П. Г. Усовершенствованный способ управления электрическим режимом установки ковш-печь с использованием информации о гармониках токов дуг // Cталь. 2019. № 4. С. 16–21.
14. Журавлев Ю. П., Корнилов Г. П., Храмшин Т. Р. и др. Способы управления электрическим режимом электродуговых печей // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2006. № 4. С. 76–80.
15. Паранчук Я. С., Паранчук Р. Я. Исследования электрического режима дуговой печи с нечеткой моделью управления // Электротехника и электромеханика. 2020. № 4. С. 30–36.
16. Хошимов Ф. А., Бахадиров И. И., Сулаймонов Ф. М. Рациональный режим плавки стального полупродукта в сверхмощных дуговых электропечах // European Science. 2017. № 3(25). C. 9–11.
17. Лозинский О. Ю., Паранчук Я. С., Паранчук Р. Я., Матико Ф. Д. Развитие методов и средств компьютерного моделирования для исследования электрических режимов дуговой сталеплавильной печи // Электротехника и электромеханика. 2018. № 3. С. 28–36.
18. Корнеев С. В., Трусова И. А. Управление шлаковым режимом в электродуговых печах // Литье и металлургия. 2017. № 4(89). C. 48–52.
19. Миронов Ю. М., Миронова А. Н. Повышение экономической эффективности дуговых сталеплавильных печей с помощью оптимизации их энергопотребления // Вестник ЧГУ. 2018. № 3. C. 79–92.
20. Dorndorf M., Wichert W., Schubert M. Holistic Control of EAF’s Energy and Material Flows // 3rd International Steel Conference on Developments in Metallurgical Process Technologies. — Düsseldorf, June 11–15, 2007. P. 513–520.