Способ питания дуги переменного тока и устройство для его осуществления

 

1. Способ питания дуги переменного тока, при котором измеряют напv Фи ряжение на дуге и ток дуги и повышают напряжение дуги в момент уменьшения тока дуги до нуля, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь мощности путеТ устранения несинусоидальности тока и напряжения, в цепь дуги вводят корректирующую ЭДС, величина которой равна разности заданного синусоидального напряжения и напряжения дуги, причем заданное синусоидальное напряжение выбирают из условия превышения на 3-5% напряжения дуги в момент равенства тока дуги нулю и равенства площадей, описываемых кривыми напряжения дуги и заданного синусоидального напряжения .

СОЮЗ СОВЕТСЙИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1121791

31 11 " 05 В 7/144

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОбРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3504494/24-07 (22) 25.)0.82 (46) 30.10.84. Бюл. В 40 (72) О.А.Бадажков, Ю.Н.Култыгин, Р.В.Минеев и И.А.Игнатов (53) 621.365.22(088.8) (56) 1. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения. Под ред.

Смелянского М.Я., М., "Энергия", !

975, с. 173.

2. Леушнн А.И. Дуга горения. М., "Металлургия", 1973, с. 144-145. (54) СПОСОБ ПИТАНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ питания дуги переменного тока, при котором измеряют напряжение на дуге и ток дуги и повышают напряжение дуги в момент уменьшения тока дуги до нуля, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения потерь мощности путей устранения несинусоидальности тока и напряжения, в цепь дуги вводят корректирующую

ЭДС, величина которой равна разности заданного синусоидального напряжения и напряжения дуги, причем заданное синусоидальное напряжение вйбирают из условия превышения на 3-5Х напряжения дуги в момент равенства тока дуги .нулю и равенства площадей, описываемых кривыми напряжения дуги и заданного синусоидального напряжения.

1121791 телем, одна из оЬмоток ферромагнитного кольца через укаэанный усилительно-преобразующий. блок связана с выходом блока сравнения, соединенного одним из входов с датчиком напряжения дуги„ вторым входом — с задатчиком синусоидального напряжения, а вторая обмотка ферромагнитного кольца через усилитель связана с трансформатором тока.

2. Устройство для питания дуги переменного тока, содержащее электроды, подключенные к выводам источника переменного тока, трансформатор тока дуги, датчик напряжения дуги и блок сравнения, о т л и ч а ю щ,,е е с я тем, что оно снабжено установленным на одном из электродов ферромагнитным кольцом с двумя обмотками, задатчиком синусоидального напряжения, усилительно-преобразующим блоком и усилиИзобретение относится к электро- ка электрической цепи с дугой перементехнике, а именно к способам и уст- .ного тока в течение всего периода изройствам подавления несинусоидаль- менения приложенного к этой цепи ности токов и напряжений в цепи с переменного напряжения, что приводит нелинейными нагрузками, и может быть . 5 = ростом мощности дуги к ее отрицаиспользовано при выплавке стали в тельному влиянию на системы электродуговых сталеплавильных печах. снабжения и через них на другие потИзвестен способ питания дуги пере- Ребители, вызываЯ колебаниЯ напРЯжеменного тока, при котором осуществля- ния в системе, перегрузки.ее высшими ют снижение несинусоидальности тока 10 гармониками токов и напряжений. и напряжения» посредством технологи- Бель изобретения - снижение потерь ческих мероприятий, а именно: пра- мощности путем устранения несинусовильной подготовки и завалки шихты; идальности .тока и напряжения в цепи использования вместо железного скрала с ду"он ° предварительно обогащенной и частично 15 ПоставленнаЯ Цель достигаетсЯ тем, восстановленной железной руды в виде что согласно способу питания дугИ металлизованных, окатышей, обеспечи- переменного тока, при котором измерявающего горение дуги íà жидкий шлак; ют напряжение дуги и ток и повышают введения ионизирующих добавок в зону, напряжение дуги в момент уменьшения горения дуги и т.д. 1 . 20 тока дуги до нуля, в цепь дуги вводят:

Однако этот способ не обеспечивает корректирующую ЭДС, величина которой линеаризацию вольт-амперной характе- равна разности заданного синусоидальристики дуги. ното напряжения и напряжения дуги, Наиболее близким по технической пРичем заданное синусоиДальное напРЯсущности к предлагаемому является 5 жение выбиРают из УсловиЯ пРевышениЯ способ питания дуги переменного тока, HB 3 5 напряжения дуги B.моме"т рВ при котором измеряют напряжение и ток,Венства тока Дуги нУлю и Равенства дуги и повышают напряжейие дуги в площадей, описываемых кривыми напряяомент уменьшения тока дуги.до нуля 2) жениЯ дУги и заданного синУсоидальИзвестно также устройство для 30, 9 на"Р ж "H" ° питания дуги переменного тока, содер- Устройство. для реализации способа жащее электроды, подключенные к выво- питания дуги, содержащее электроды, дам источника переменного тока, тран- подключенные к выводам источника писформатор тока дуги, датчик напряжения тания переменного тока, трансформатор и-блок сравнения (2 ). 35 тока, датчик напряжения дуги и фпок

Недостатком известных способа пита- сравнения, снабжено установленным на ния дуги и устройства является невоз- одном из электродов ферромагнитным

l можность подавления нелинейности . кольцом с двумя обмотками, эадатчивольт-амперной характеристики участ- ком синусоидального напряжения, ре3 11 21 версивным тиристорным пре(эбразователем тока высокой частоты и уси - телем, одна из обмоток ферромагнитногс кольца через указанный преобразователь связана с выходом блОка сравне5 ния, соединенного одним из входов с датчиком напряжения дуги, вторым входом — с задатчиком синусоидальноа . го напряжения, а вторая обмотка ферромагнитного кольца через усилитель связана с трансформатором тока.

При введении в цепь питанйя дуги корректирующей ЭДС, величина кбторой равна разности синусоидального напряжения:и падения напряжения на 15 дуге, :происходит активное формирование линеййой вольт-амперной характеристики на участке электрической цепи, содержащей последовательно включеннв|е нелинейное сопротивление дуги и корректирующую ЭДС.

Заданное синусоидальное напряжение выбрано с учетом следующих требовании;

1. Включение корректирующей ЭДС с учетом физических процессов зажигания дуги переменного тока обеспечивает гарантированное зажигание дуги в Момент перехода тока дуги через нуль, что необходимо для выполнения ( условия непрерывности тока дуги. В противном случае ток дуги будет содержать высшие гармоники. Наилучшие условия для зажигания дуги в момент перехода тока дуги через нулевое состояние обеспечивается повышением напряжения на дуговом промежутке, что эквивалентно повышению степени ионизации газов дугового промежутка.

2. Включение корректирующей ЭДС в электрическую цепь с дугой переменно40

ro тока связано с затратами энергии на ее формирование таким образом, что при увеличении ЭДС затраты энергии увеличиваются в степени, приближаю45 щейся к квадратной.

Приведенные требования в процессе экспериментов удалось выполнить. При этом оказалось, что для обеспечения непрерывности тока дуги достаточно увеличить напряжение на дуговом Про- 50 межутке в момент уменьшения тока дуги до нуля на 3-57 напряжения на дуге в этот момент, т.е. корректирун(щая

ЭДС составляла 3-5X HarrpJ(JKeHna на дуге, Из приведенных выше рассуждений видно, что заданное синусоидальное напряжение в любой момент времени равно сумме падения напряжения на

791

4 дуге и корректирующей ЭДС, т.е. в момент перехода тока дуги через нуль заданное синусоидальное напряжение превышает напряжение на дуге на

3-5Х.

Наименьшие энергетические затраты на генерирование корректирующей ЭДС имеют место при минимальной абсолютной разнице площадей, описываемой кривой заданного синусоидального напряжения и кривой падения напряжения на дуге, последнее означает, что корректирующая ЭДС изменяется на небольшую величину, но изменяетсяпо направлению. На практике это происходит относительно медленно, без бросков. Этим объясняется, что энергия, затрачиваемая в этом случае, всегда меньше, чем в другом случае.

Исходя из знания трех факторов:

1) заданное синусоидальное напряжение превышает по условию обеспечения непрерывности тока дуги в момент равенства его нулю напряжение на дуге на 3-5Ж;

2) площади, описываемые кривыми заданного синусоидального напряжения и кривой падения напряжения на дуге, равны;

3) частоты заданного синусоидального напряжения и ЭДС, приложенной к участку цепи с дугой, равны, оказалось возможным определить такие параметры заданного синусоидального напряжения, как амплитуда и фаза.

В самом деле:

0 В1п (С()1 + Y„}=0(O) (<(03+gp1J)

j(Jl

61n(((JQ+g }сЯюф.= ()/q ((i(JQ))(() о о где((|й „ — угол при котором ток дуги равен нулю.

Решением системы уравнений являются выражения: и

2(4,0Э+Л05) U(O)- Sinwt„U)t())d(i

4 =((((cia

1 .|( сои > „5 U(i(ult))au>< о

5u(i(()at

U = 0 (((зид 2 соз((1

На фиг. 1 представлены кривые из-. менения тока и напряжений дуги А, 1121791 заданного синусоидального напряжения В, тока дуги C и вольт-амперная характеристика дуги 0; на фиг. 2блок-схема устройства для реализации способа питания дуги. 5

Ъ

Вольт-амперная характеристика сформированного синусоидального напряжения на участке цепи с дугой имеет в этом случае вид овала, что соответствует вольт-амперной характеристике участка цепи с последовательно включенными линейными индуктивностью и активным сопротивлением.

Устройство для питания дуги содержит источник переменного тока — тран- 15 сформатор 1, вторичная обмотка которого подключена к выводам электродов:.

2 и 3, между которыми горит дуга 4.

Вокруг электрода 2 установлено ферромагнитное кольцо 5,первая обмотка 6 20 которого соединена с выходом усилительно-преобразующего блока 7. Вход блока 7 соединен с выходом блока 8 сравнения, один вход которого соединен с датчиком 9 напряжения дуги, а второй вход — с эадатчиком синусоидального напряжения (задающим генератором) 10. Вторая обмотка 11 кольца .5 соединена через усилитель 12 с трансформатором уока дуги 13. 30

Устройство работает следующим образом.

При горении дуги 4 ток, протекающий по участку электрододержатель

14 — электрод 2 — дуга 4, создает на З5 нем несинусоидальное падение напряжения в силу нелинейности вольт-амперной характеристики дуги 4. Это напряжение, измеренное и уменьшенное датчиком 9, подается на вход блока 8 40 сравнения, в котором оно вычитается от заданного синусоидального напряжения, поданного на второй вход блока 8 сравнения от задающего генератора 10. На выходе блока 8 снимается 45 напряжение, равное алгебраической разнице измеренного и заданного напряжений, которое используется в качестве сигнала управления блоком 7, изменяющим величину и скорость изменения тока в первой обмотке 6, намотанной на ферромагнитном кольце 5.

Изменяющийся по величине с различной скоростью ток в первой катушке 6 наводит в ферромагнитном кольце 5 переменный магнитный поток, пересекающий замкнутый виток электрической ,цепи трансформатора 1, при этом на участке цепи с дугой 4, а именно в электроде 2, будет наводиться ЭДС, а напряжение на участке электрододержатель 14 - электрод 3 будет равно алгебраической сумме падения напряже.ния от тока дуги и ЭДС.

Для устранения влияния магнитного потока в ферромагнитном сердечнике 5, возбуждаемого током, протекающим по электроду 2, на кольцо наматывается вторая обмотка 11, током которой управляет усилитель 12, коэффициент усиления которого выбран в соответствии с геометрическими размерами ферформагнитного кольца 5 и диаметром электрода 2. В качестве сигнала управления усилителем 12 используется ток трансформатора 13. В качестве задающего генератора 10 принимается автотрансформатор с фазосдвигающей цепочкой, а блок 7 является управ-г ляемым реверсивным тиристорным преобразователем тока повышенной частоты (3-5 кГц).

Применение предлагаемого способа и устройства, реализующего его, позволяет устранить несинусоидапьность тока дуги и напряжения на участке цепи с дугой, что уменьшает потери в ферромагнитных материалах от токов высших гармоник и позволяет использовать без дополнительных фильтров конденсаторные батареи для компенсации реактивной мощности электрического, электротермического и сва рочного оборудования.

1121791

Составитель Г. Тараканова

Техред Ж. Кастелевич Корректор E- Сирохман

Редактор Е. Копча

Заказ 7999/44 Тираж 782

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4