Система питания магнитодинамической установки

 

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ МАГНИТОДИНАМИЧЁСКОЙ УСТАНОВКИ, имеющей два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных электромагнита, содержащая первьй автотра«сфор1 1атор, подключенньй на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое линеное напряжение этой сети, опережающее первое по фаэе, и регулируемьй конденсатор для,симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с выводами для получения на индукторах и электромагнитах частичного или полного напряжения , создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод индукторов связан с одним из выводов обмотки первого авг тотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора связан с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора , а выводы электромагнитов через ключи связаны с выводами обмоток обоих автотрансформаторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительнос (Л ти магнитодинамической установки, уменьшения установленной мощности и повышения надежности, другой общий вывод индукторов и другой вывод ре- .гулируемого конденсатора связаны с одним из выводов обмоток соответственно второго и первого автоо трансформаторов. а 2. Система питания по n.t, о т-. личающаяся тем, что в нее дополнительно введен компенсиРУЮ1ДИЙ регулируемьй конденсатор, подключенньй к концу обмотки второго авто трансформатора и другому общему выводу индукторов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (! 1) 4(51) Н 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ::

Х АВТОРСХОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3472451/24-07 (22) 16.08.82 (46) 07.07.85. Бюл. ((- 25 (72) А.К;Шидловский, Б.П. Борисов, В.К. Шнурко, П.И. Загоровскич, Н.И. Хомутин и Л.И. Евтушенко (71) Институт электродинамики

АН Украинской ССР (53) 621.316.761.2 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 271643, кл. Н 02 J 3/26, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 406266, кл. Н 02 J 3/26, 1972.

3. Шидловский А.K. Борисов Б.П.

Симметрирование однофазных и двуплечевых злектротехнологических установок. Киев, "Наукова думка", 1977, с..117.

4. Авторское свидетельство СССР

N 778641, кл. Н 02 J 3/26, 1978. (54) (57) 1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ МАГНИТОДИНАМИЧЕСКОИ УСТАНОВКИ; имеющей два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных электромагнита, содержащая первьпЪ автотрамсформатор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазнойсети, второй автотрансформатор, подключенный на другое линейное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для,симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с выводами для получения на индукторах и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод индукторов связан с одним из выводов обмотки первого ав тотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора связан с одним . из выводов обмотки второго автотранс. форматора, а выводы электромагнитов через ключи связаны с выводами обмоток обоих автотрансформаторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности магнитодинамической установки, уменьшения установленной мощности и повышения надежности, другой общиЪ вывод индукторов и другой вывод ре-. .гулируемого конденсатора связаны с одним иэ выводов обмоток соответственно второго и первого автотрансформаторов.

2. Система питания по п. 1, о т", л и ч а ю щ а я с я тем, что в нее дополнительно введен компенсирующий регулируемьп1 конденсатор, подключенный к концу обмотки второ го автотрансформатора и другому общему выводу индукторов.

66217

1 11

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке средств для электромагнитного нагрева и перемещения расплавленного металла с применением источников питания, имеющих средства для симметрирования, а более конкретно — касается магнитодинамической установки. Наиболее эффективно изобретение можно использовать для подогрева и дозированной разливки металлов в литейные формы в соответствии с требованиями технологического процесса при одновременном обеспечении симметрии токов в питающей сети.

Для автоматизации линейного производства широко применяются различные разливочные устройства и дозаторы расплавленных металлов (механические, пневматические и электромагнитные). Наиболее полно отвечают требованиям производства дозаторы магнитодинамического типа или магнитодинамические установки (ЩУ), paбота которых основана на взаимодействии тока и магнитного потока .в активной зоне этих установок.

t0

При питании переменныМ током производительность МДУ в процессе разливки металла зависит не только от действующих значений тока и магнитного потока, но и от их начальных фаз, что предъявляет специфические требования к параметрам питающей электрической энергии и, соответственно, к схемам блоков питания. Кроме отмеченных особенностей МДУ характеризуется еще и тем, что для многофазной сети они являются несимметричными нагрузками, вызывающими несимметрию токов и напряжений, отрицательно влияющих на работу всех элементов сети, в том числе и самих МДУ.

Известны установки в которых блок питания содержит трансформаторы или автотрансформаторы, к которым подключаются регулируемый конденсатор и две нагрузки, которыми. в частности, могут быть индуктор и электромагнит 1) и 2).

В этих установках соотношение начальных фаз напряжений на нагрузках выбирается из условия минимизации установленной мощности, что требует включения индуктора с более высоким коэффициентом мощности на от15

2 стающее по фазе (примерно на 110 ) напряжение сети, в то время, как для обеспечения эффективной работы

МДУ угол сдвига фаз между напряжениями, питающими электромагнитные системы установки, должен находиться в диапазоне 120 при опережающем напряжении на системе индуктора. Поэтому такие установки не могут обеспечить достижение необходимых технологических параметров, например заданного уровня электромагнитного напора.

Известна МДУ, в которой системы индукторов и электромагнита могут подключаться к трехфазной сети непосредственно или с помощью блока питания. При этом блок питания содержит первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение многофазной сети, вторбй автотрансформатор, подключенный, на другое линейное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для симметрирования токов сети. Блок питания включает еще и третий автотрансформатор, предназначенный для питания электромагнита. Все автотрансформаторы имеют множество выводов для получения на подключаемых нагрузках частичного или полного напряжения, при этом нагрузкой для первого автотрансформатора является индуктор, один вывод которого оперативно связан с одним из выводов обмотки этого автотрансформатора, а один вывод регулируемого конденсатора оперативно связан с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора, а второй вывод этого конденсатора подключен к соответствующей фазе сети. В этой конструкции МДУ второй автотрансформатор выполняет функции фазосдвигающего элемента (электромагнитного делителя напряжения), обеспечивающего регулируемый конденсатор напряжением, имеющим оптимальную (с точки зрения симметрирования токов сети) начальную фазу, определяемую условиями симметрирования. Первый и третий автотрансформаторы обеспечивают питание, соответственно, индуктора и электромагнита, причем автотрансформатор, питающий электромаг„нит, имеет низкий коэффициент использования, так как время заливки з 1 металла в линейную форму в общем технологическом цикле работы установки обычно составляет 10-30Х. Таким образом, в данной установке задачи питания .и оптимизации симметрирования решаются раздельно. Кроме того, начальные фазы напряжения на входе таких ЩУ определяются возможностями трехфазной электрической сети и не всегда являются оптимальны1 ми, что ухудшает эффективность использования электрической энергии и, в конечном счете, приводит к низкой эффективности работы установки в целом. Кроме того, раздельное использование автотрансформатора для электропитания и симметрирования токов трехфазной сети приводит к повышению установлейной мощности устройства ГЗ).

Соотношение мощностей индуктора,. электромагнита и регулируемого конденсатора таковы, что практически все три автотрансформатора имеют одинаковую мощность, поэтому при питании ИДУ, содержащих более одного индуктора и электромагнита, необходимо либо увеличить число питающих автотрансформаторов, либо, соответственно, их мощность. Это приведет, в свою очередь, к дополнительному увеличению установленной .мощности блока питания.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система питания ИДУ, которая может быть использована для питания 1ЩУ с двумя параллельно соединенными индукторами и двумя параллельно включенными электромагнитами, содержащая первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое линечное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с выводами для получения на индукторах и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод индукторов связан с одним из выводов обмотки первого автотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора — с одним из выводов

166217 4 обмотки второго автотрансформатора, выводы электромагнитов через ключи связаны с выводами обмоток обоих автотрансформаторов. Такое техническое решение позволяет использовать автотрансформаторы как в качестве источника питания, так и совместно с регулируемым конденсатором — для симметрирования токов

10 сети 4 j.

Применение известной системы питания для 1ЩУ, имеющей два индуктора и два электромагнита и предназначенной для заливки металла одновременно в две или одну формы, требует увеличения установленной мощности автотрансформаторов в два раза, либо соответствующего увеличения количества этих автотрансформаторов, что приведет, в свою очередь, к дополнительному увеличению установленной мощности системы питания, снижению надежности и уменьшению производительности

25 1ЦУ °

Цель изобретения — повышение производительности, уменьшение установленной мощности и повышение надежности ЩУ.

Поставленная цель достигается тем, что в системе питания ИДУ, имеющей два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных электромагнита, содержащей

35 первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое линейное напряжение сети, опережаю40 щее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с выводами для получения на индукторах

45 и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод индукторов связан с одним из выводов

50 обмотки первого автотрансфорь атора, один вывод регулируемого конденсатора — с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора,а выводы электромагнитов через ключи55 с выводами обмоток обоих автотрансформаторов, другой общий вывод .индукторов и другой вывод регулируемого конденсатора связан с

5 1 одним из выводов обмоток соответственно второго и первого автотрансформаторов.

Система питания 1ЩУ позволяет дополнительно регулировать начальную фазу напряжения на индукторах .

Кроме того, регулируемый конденсатор позволяет снизить плотность тока в обмотках автотрансформаторов. В таком. выполнении система питания, являясь источником реактивной мощности (токи на входе установки опережают соответствующие фазные на пряжения), обеспечивает стабилизацию уровней напряжений сети и улучшает параметры качества электрической энергии. Одновременно с этим сохраняются условия максимального тепломассообмена в каналах ЬЩУ при снижении установленной мощности . автотрансформаторов.

В модификации системы питания возможно, чтобы в блок питания был введен компенсирующий регулируемый конденсатор, подключенный к линейному выводу обмотки второго автотрансформатора и другому общему выводу индукторов. Введение этого компенсирующего конденсатора дополнительно снижает установленную мощность второго автотрансформатора.

Изобретение касается такай МДУкоторая имеет два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных электромагнита. Такой вариант установки наиболее целесообразно использовать в тех случаях, когда, например, вес отливки превышает 10-20 кг, что требует уве- личения емкости тигля установки.

Нагрев металла в тигле такой емкости удобно осуществлять с помощью нескольких индукторов, при этом установка дает воэможность одновременно отливать две детали.

На фиг.1 приведена принципиальная схема системы питания МДУ; на фиг.2 — топографическая диаграмма напряжений на элементах электрической схемы установки, иллюстрирующая принцип ее работы.

Система питания МДУ (фиг.1) содержит два автотрансформатора 1 и 2, регулируемые конденсаторы 3 и 4, индукторы 5 и 6 и электромагниты 7 и 8, последовательно с которыми включены ключи 9 и 10 соответствен 66217 6

f0

f5

20

45

Между одним общим выводом индукторов 5 и 6, подключенным к автотрансформатору 2, и общим линейным выводом автотрансформаторов включен компенсирующий регулируемый конденсатор 4, который способствует дополнительному снижению установленной мощности автотрансформатора 2.

При работе MJP в режиме регулируемого подогрева металла, когда

55 но, обмотки 11 и 12 автотрансформаторов 1 и 2.

Автотрансформаторы 1 и 2 и регулируемые конденсаторы 3 и 4 образуют систему питания МДУ, а индукторы 5 и 6 и электромагниты 7 и 8 являются нагрузкой этой системы питания.

МДУ подключается к многофазной сети питания, Так, например, на фиг.1 изображено подключение такой установки к трехфазной сети, показанной в виде шин А, В и С. При этом обмотка 11 автотрансформатора 1 подключена линейными выводами на линейное напряжение 00„ обмотка 12 автотрансформатора 2 — на линейное

I напряжение Uff< опережающее напряжение 0 „. Обмотки 11 и 12 имеют, кроме линейных выводов, отпайки, представляющие собой выводы частей обмотки, что обеспечивает оперативное подключение нагрузок к любым выводам обмоток, включая линейные выводы, Как показано на фиг.1, параллельно включенные индукторы 5 и 6 подключены к обмоткам автотрансформаторов 1 и 2, что обеспечивает условия максимального тепломассооб1 мена. между каналами NQ. Параллельно включенные электромагниты 7 и 8 также подключены к обмоткам этих автотрансформаторов через ключи

9 и 10 при условии сохранения соотношения начальных фаз напряжений на индукторах и электромагнитах. Поэтому выбор отпаек автотрансформаторов 1 и 2 для подключения нагрузок осуществляется по требованию технологии, а возникающая при этом асимметрия токов в сети устраняется подключением регулируемого конденсатора 3 на соответствующие отпайки обмоток автотрансформаторов 1 и 2 с возможностью переключения его выводов с одной отпайки на другую.

-г

+ — — 1

К1

,, =си с1g

Я11

Ki (г) где U — линейное напряжение трехфазной сети.

При заданном технологическим процессом значении о б и коэффициенте трансформации k„ требуемое значение k можно найти из выражения (2),так как

1- — 73 44g 4

Линия С В на топографической диаграмме (фиг.2) соответствует вектору напряжения на индукторах

5 и б или конденсаторе 3 при подключении их к соответствующим отпайкам обоих автотрансформаторов.

Таким образом, автотрансформаторы 1 и 2 в этой схеме осуществляют функции питания соответствующих нагрузок и регулирования начальных фаз напряжений на этих нагрузках.

Условие симметрирования для этого режима определяется уравнением

ЙВ+Яь+Й =U ТВ.+О ь|Ь +0э?з=О (4) где N< - Мь J> векторы пульсирую щих мощностей индукторов 5 и 6 и конденсатора 3.

При этом один или оба вывода регулируемого конденсатора 3, сое диненного с обмотками 11 и 12 автотрансформаторов 1 и 2,могут быть

7 11 к отпайкам автотрансформаторов 1 и

2 подключены индукторы 5 и б,выбор этих отпаек или коэдхЪициентов трансфоРмаЦии ) „ = Пс1 Псв и kã =

"Ьс "в с (фиг 2) определяется диайазоном регулирования величины напряжения на индукторах, а также условием симметрирования. При этом расчет модулей и аргументов векторов напряжений на индукторах 5 и 6, на регулируемом конденсаторе 3 производится в соответствии с выражениями

66217 8

35 а необходимое значение мощности конденсатора 3 определяется модулем результирующего вектора пульсирующей мощности, т.е. Q,=N>.

40 При необходимости в предлагаемой можно подобрать такие коэффициенты трансформации для конденсатора 3 и индукторов 5 и 6, когда удовлетворяется условие Й =0 и в t o же вреХ

45 мя минимизирована плотность тока в обмотке 11. Минимизация плотности тока в обмотке t2 осуществляется регулируемым конденсатором 4, для .чего один из его выводов остается

50 все время подключенным к одному из

5. 10

20

30 поцключены к линейным выводам автотрансформаторов 1 и 2, что позволяет получить оптимальные условия реализации выражения (4), а также. упростить схему управления, если коэффициенты трансформации k u выбраны из условия сохранения постоянной величины начальной фазы напряжения на индукторах 5 и 6. При этом для различных элементов схемы эти коэффициенты могут по величине совпадать.

Работа ИДУ в режиме разливки металла осуществляется подключением электромагнитов 7 и 8 к соответствующим выводам автотрансформаторов

1 и 2 с помощью ключей 9 и 10. Величина и начальная фаза напряжения на электромагнитах определяется требованием технологии и обеспечивается соответствующ.1ми значениями коэффициентов трансформации, определяемых с помощью выражений (1), (2) и (3), а мощность и начальная фаза напряжения на регулируемом конденсаторе — результйрующнм вектором пульсирующей мощности

) Г

=N +N+È +М =й е > . ()

В

Для режимов, подогрева и разливки металла начальная фаза напряжения на конденсаторе 3 определяется выражением

/ с 8 - + — (e)

ы X. )! линейных выводов обмотки 12 автотрансформатора 2, а второй переключается по отпайкам этого автотрансформатора вместе с выводами индукторов 5 и 6. В частных случаях указанные на фиг.1 переключаемые выводы любого элемента схемы могут быть подключены к соответствующим

1166217 з линейным выводам одного или обоих автотрансформаторов.

При заливке металла в одну форму может работать любой электромагнит (7 или 8),. подключаемый соответствующим ключом (9 или 10).

Принципиальных изменений в схему (фиг.1) .такой режим ИДУ не вносит, что делает ее технологически гибкой.

Одной из модификаций ИДУ может быть предусмотрено переключение одного из выводов любого индуктора к линейным выводам того автотрансформатора, к отпайке которого подключен общий вывод обоих индукторов в соответствии с требованиями технологического процесса.

1О

Использование. предлагаемого изобретения для питания ИДУ обеспечи- . вает по сравнению с известными устройствами следующие преимущества: позволяет уменьшить установленную мощность автотрансформаторов блока питания ИДУ два раза, обеспечивает работу ЩУ с максимальной производительностью при рациональном использовании электроэнергии; повышает коэффициент мощности на входе установки и генерирует реактивную мощность в сеть,что способствует стабилизации уровня напряжения в сети и повышению точности дозирования ИДУ.

1166217

Составитель И. Мирошников

Текред Л.Мартяшова Корректор А. Тяско

Редактор В. Данко м

Заказ 4318/49

Тираж 620 Подписное

ВЧИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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