Индукционная канальная печь

 

Использование: для плавления и обработки цветных и черных металлов. Сущность изобретения: печь содержит ванну, индукторы с магнитопроводами, дополнительные катушки на них, которые соединены встречно и подключены к силовому конденсатору. 6 ил. СЛ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК () ) {!1) (я)5 Н 05 В 6/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4796248/07 (22) 27.02,90 (46) 23,07.92. Бюл, М 27 (71) Институт электродинамики AH УССР (72) С.А.Волченко, В.К.Шнурко и Ю.M,Ãîриславец (56) Фрабман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. — М.; Металлургия, 1968, с,496, Гориславец Ю.М., ©оченков Б,А„Волченко С.А. Несимметричное распределение активной мощности в каналах индукционных плавильных печей. Цветные металлы, 1982; М 3, с.73-74.

Авторское свидетельство СССР

М 589695, кл. Н 05 В 6/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР и 100033, кл, Н 05 В 6/20, 1955.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным печам(миксерам) канального типа, предназначенным для плавления и обработки цветных и черных металлов, а также и схемам их электропитания.

Известны индукционные канальные печи (ИКП). содефкащие плавильную ванну и примыкающую к ней индукционную единицу (ИЕ), состоящую из двух магнитопроводов с индукторами, вокруг которых замыкаются каналы, сообщающиеся с ванной печи. Два индуктора ИКП подключаются к трехфаэной питающей сети (печному трансформатору) и, таким образом, являются несимметричной нагрузкой для системы питания, При подключении таких установок необходимо осуществлять симметрирование, Для этого мокнут использоваться известные схемы — схема Скотта, либо схема (54) ИНДУКЦИОННАЯ КАНАЛЬНАЯ ПЕЧЬ (57) Использование: для плавления и обработки цветных и черных металлов, Сущность изобретения: печь содержит ванну, индукторы с магнитопроводами, дополнительные катушки на них, которые соединены встречно и подключены к силовому конденсатору.

6 ил.

"Открытый треугольник". Схема Скотта обычно применяется для симметрирования двух нагрузок, имеющих одинаковые параметры, т,е. равйые полные мощности (S) и фазовые углы нагрузки (p). Поэтому такая схема может симметрировать токи сети для печей, имеющих два независимых (например однофазных) индукторы, расположенные на разных ИЕ, т.е, когда каналы не имеют между собой общих участков. Однако каналы ИЕ многих ИКП имеют общие, смежные участки, обуславливающие взаимную электромагнитную связь и, соответственно, неравенство параметров индукторов, что приводит к их несимметрии.

Кроме этого, недостатком схемы Скотта является снижение напряжения на одном из индукторов, что уменьшает его мощность. либо приводит к необходимости коррекции числа витков индуктора для сохранения его мощности.

1750064

При подключении ИКП со сдвоенной ИЕ по схеме Скотта сдвиг фаз питающих индукторы напряжений, а также их магнитных потоков составляет Q = 90 зл. град.

Однако канал ИЕ обладает лучшим тепломассообменом с ванной печи за счет увеличения транзитного движения расплава при значении 1 Ь меньшем 90 эл. град. Поэтому на практике чаще применяется подключение ИКП по схеме "Открытый треугольник", в которой сдвиг магнитных потоков Ъ = 60 эл. град. Симметрирование такой схемы осуществляется симметрично-компенсирующим устройством (СКУ) с помощью двух однофазных групп конденсаторов различной емкости, подключаемых параллельно соответствующим индукторам.

Как показывают расчеты, при применении схемы "Открытый треугольник" симметрирование возможно только при коэффициенте мощности, приближающемся.к единице. Однако симметрирование

ИКП при высоком коэффициенте мощности требует установки бол ьшого количества емкостных элементов в системе питания, что ограничивает регулировочные воэможности

СКУ, так как не позволяет добиться симметрии при меньшем коэффициенте мощности.

Кроме этого, от токов несимметрии не осво-. бождается довольно протяженная сеть системы питания между ИКП и точкой подключения СКУ, Известна индукционная плавйльная печь, выбранная в качестве прототипа, в которой с целью регулирования режима работы печи без регулировочных аппаратов, на сердечнике магнитопровода расположена дополнительная обмотка, включаемая при необходимости последовательно с осНоВНоА обмоткой индуктора, 4 приводит к уменьшению мощности печи, Однако такие конструкции являются несимметричной нагрузкой для системы питания, что требует установки СКУ.

Цель изобретения — симметрирование токов в трехфазной питающей сети при одновременном уменьшений установленной мощности индуктора и симметрирующих элементов.

Цель достигается тем, что пульсирующая мощность трехфазной сети, обусловленная несимметрией нагрузки, компенсйруется пульсирующей мощйостью. создаваемой симметрирующим конденсатором, при этом происходит перераспределение мощности и токов по фазам системы питания, а также компенсация реактивной мощности на входе (индукторах) ИКП. В связи с тем, что условия симметрирования выполняются таким образом, чтобы пульсирующая мощность конденсатора находилась в противофазе с пульсирующей мощностью

5 сети, т,е. они арифметически вычитаются, установленная мощность симметрирующего конденсатора уменьшается по сравнению с другими вариантами устройств питания ИКП, 10 На фиг,1 изображена известная схема

Скотта; на фиг.2 — известная схема "Открытый треугольник"; на фиг.З вЂ” известное конструктивное исполнение индукционной печи; на фиг.4 — предлагаемая ИКП; на

"5 фиг,5 — схема подключения индукторов, на фиг.6- векторная диаграмма пульсирующих .мощностей.

На чертежах приняты обозначения; плавильная ванна 1, индукционная единица 2.

20 магнитопровод 3, канал 4, индуктор l 5, дополнительная катушка 5 l-го индуктора, индуктор И 6, дополнительная катушка 6 ll-го . индуктора.

При подключении индукционной печи к

25 питающей системе величина пульсирующей мощности, обусловленная каждым индуктором, определяется величинами и начальными фазами напряжений и токов соответствующих индукторов:

11 е)(2 ) g ) где . fNg — аргумент вектора пульсирующей мощности индуктора;

35 ф — начальная фаза напряжения на индукторе; уи — фазовый угол тока индуктора.

Молуль и аргумент результирующего вектора пульсирующей мощности трехфаз40 ной сети определяются суммой пульсирую щих мощностей обоих индукторов

N --4l + йц.

Он и определяет величину реактивной мощности симметрирующего конденсатора

45 (или СКУ). Для осуществления симметрирования аргумент вектора пульсирующей мощности этого конденсатора должен отличаться на 180О от аргумента результирующего вектора пульсирующей мощности N<, т.е.

50 иску = т1ч + 180 .

Это требует обеспечения начальной фазы напряжения на конденсаторе +90

Тс =

Начальная фаза и величина напряжения на конденсаторе зависят от геометрической суммы напряжений дополнительных катушек5 и 6 ;

UC = U5<+ U6>i

1750064 т.е. начальная фаза напряжения на конденсаторе зависит от соотношения витков дополнительных катушек, а величина напряжения от их числа.

На диаграмме (фиг.б) Й вЂ” результирую- 5 щий вектор пульсирующей мощности, обусловленный индукторами,! и II, он определяется векторами Й(и N ((. В противофазе вектору И располагается результирующий вектор пульсиру(ащей мощности IO симметрирующих элементов Nc((v .

Из диаграммы следует, что вектор Иску может быть получен при сложении векторов

Йвс и Йдв, которые являются векторами пульсирующих мощностей конденсаторов,,15 включенных на напряжение 0вс и UAB, что достигается при использовании схемы на фиг.2, Величина этих векторов и определяет мощность симметрирующих элементов С и

С1 этой схемы. Установленная мощность 20

СКУ при этом превышает минимально необФ / ходимую величину (Ncav ) из-эа того, что конденсаторы подключаются на линейные напряжения и суммирование их пульсирующих мощностей происходит геометрически 25 (под углом 120О).

При выполнении ИКП по фиг.4 и питании по схеме фиг,5 реактивная мощность симметрирующего конденсатора С выбирается равной абсолютной величине результи- 30 рдеющего вектора пульсирующей мощности

1Nc

На векторной диаграмме (фиг,б) паказан вектор напряжения За(, на которое необходимо подключить симметрирующий 35 конденсатор С. Этот вектор с учетом схемы соединения дополнительных катушек 5 и 6 может быть получен суммированием векторов Оа и Uoz величина которых пропорциональна числу витков катушек 5 и 6 . Число 40 витков дополнительных катушек 5 и 6 может быть определено из следующих выражений;

М/Ав = Wи(sir(120 в1п (х, — 30 )

Мвс =- 4и

sin 120

/ где Фдв и Dec — числа витков дополнительных катушек индукторов I и I t, включенных на напряжения АВ и ВС;

Яи(и Wè((— числа витков индукторов I u

II.

Как видно на диаграмме, напряжение симмстрирующего конденсатора равняется геометрической сумме напряжений дополнительных катушек и может быть выбрано в соответствии с заданными условиями. Если по схеме, изображенной на фиг.2, положе° / ние и величина вектора Иску определяется геометрической суммой векторов пульсирующих мощностей Йдв и Квс соответствующих конденсаторов, то в ИКП, изображенной

° / на фиг.4 и 5, положение вектора Ncyy o((ределяется соотношением витков дополнительнь(х катушек 5 и 6, à его величина выбирается равной вектору N .

Таким образом, в сравнении с известным при выполнении ИКП по фиг.4 уменьшается установленная мощность симметрирующих элементов, так как заменяются две группы конденсаторов на одну меньшей емкости. В связи с уменьшением установленной мощности симметрирование осуществляется при меньшем коэффициенте мощности, При этом ток в обмотках индукторов уменьшается примерно на 277ь, т.е. составляет 0,73 номинального тока индуктара в известной печи, что и обуславливает снижение установленной мощности индуктаров.

Формула изобретения

Индукционная канальная печь, содер-, жащая плавильную ванну и примыкающую к ней индукционную. единицу, состоящую из двух магнитопроводов с индукторами, подключенными к трехфаэной сети, вокруг которых замыкаются каналы, сообщающиеся с ванной печи, и установленные на магнитопроводах дог(олнительные катушки, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью симметрирования токов в питающей сети при адно5 временном уменьшении установленной мощности индукторов и симметрирующих элементов, дополнительные катушки соединены встречно и подключены к введенному силовому конденсатору.

1750064

1750064

ФиГ,4

4иг.б

Составитель В, Шнурко

Тех M.Mo гентал . Ko кто Т. Палий

Редактор Н, Химчук

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ред р рре р

Заказ 2605 . Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5