Источник постоянного тока для питания дуговой печи
Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания электрометаллургических установок, например дуговых печей. Цель изобретения - увеличение КПД, надежности и упрощение. В начальной стадии плавки образуется последовательное соединение двух полууправляемых мостовых схем, суммарное напряжение которых через последовательно соединенные реакторы 22, 23 подается к электроду 8 и подине 9 печи, между которыми горит дуга. По мере разогрева печи, при достижении напряжения на дуге уровня одного вентильного моста, источник питания переводится в режим параллельно соединения двух мостовых схем. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания электрометаллургических установок, например дуговых электропечей. Известен источник питания дуговой сталеплавильной печи, содержащий питающий трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, к каждой из которых подключена трехфазная управляемая мостовая вентильная группа с блоком управления, содержащим последовательно соединенные датчик тока, узел сравнения, регулятор тока, систему импульсно-фазового управления, соединенную своими выводами с управляющими выводами вентилей. Выводы постоянного тока внутренних групп включены между собой последовательно и через дроссель подключены к электродам печи. Устройство содержит также трехфазную нулевую управляемую вентильную группу и неуправляемую однофазную вентильную группу. Первая из них подключена выводами переменного тока к выводам переменного тока одной из мостовых вентильных групп, а выводом постоянного тока к электроду печи, не связанному с выводами постоянного тока этой же мостовой вентильной группы, а вторая включена между выводами постоянного тока одной мостовой вентильной группы согласно ее вентилям. Причем для управляемых вентильных групп мостовой и нулевой с общими выводами переменного тока часть выводов системы импульсно-фазового управления подключена непосредственно, а часть - через переключающий элемент для обеспечения образования двух мостовых групп. Известное устройство позволяет осуществить переключение с последовательного соединения двух мостов на параллельное соединение и наоборот. Недостатком известного устройства является то, что при параллельной работе мостов уменьшается КПД установки за счет дополнительных потерь в неуправляемой вентильной группе. Кроме того, коэффициент мощности снижается за счет использования в последовательно-параллельно переключаемых мостах управляемых вентилей. Для управления тиристорами необходимо два комплекта шестиканальных систем управления, часто снижает надежность источника питания. Наличие полностью управляемых мостов и двойного комплекта системы управления и регулирования удорожает источник питания. Известен источник питания сталеплавильной печи, содержащий два трехфазных управляемых мостовых вентильных комплекта, одноименные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения попарно к одному из электродов печи, а выводы переменного тока предназначены для подключения к выводам независимых обмоток питающего трансформатора и трехфазную нулевую вентильную группу, выводами переменного тока подключенную к соответствующим выводам переменного тока первого мостового вентильного комплекта, два блока управления, включающих каждый последовательно соединенные датчик тока, узел сравнения, регулятор тока, систему импульсно-фазового управления, соединенную своими выводами с управляющими электродами вентилей соответствующих вентильных групп, причем для управления вентильных групп, нулевой и мостовой с общими выводами переменного тока часть выводов системы импульсно-фазового управления подключена непосредственно, а часть - через переключающий элемент для обеспечения образования двух мостовых групп. Кроме того, источник питания содержит вторую, преимущественно неуправляемую, трехфазную нулевую вентильную группу, причем разнополярные выводы постоянного тока первой и второй нулевых вентильных групп соединены между собой, а выводы переменного тока второй нулевой вентильной группы подключены к выводам переменного тока второго мостового вентильного комплекта. Известное устройство повышает КПД за счет устранения дополнительных потерь в однофазной диодной группе. Однако повышение КПД представляется недостаточным, так как на время расплавления подключается дополнительный реактор, а трехфазные мостовые комплекты выполнены на управляемых вентилях. Кроме того, известное устройство имеет недостаточно высокий коэффициент мощности, особенно при глубоком регулировании, из-за наличия управляемых вентильных комплектов, высокую стоимость, сложность системы управления, что снижает надежность устройства в целом. Цель предлагаемого изобретения - увеличение надежности, упрощение устройства и снижение затрат на источник питания. Поставленная цель достигается тем, что в источнике постоянного тока для питания дуговой печи, содержащем первый и второй трехфазные мостовые вентильные комплекты со сглаживающими реакторами в цепях постоянного тока, состоящие каждый из первой и второй трехфазных нулевых групп вентилей, одноименные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения, соответственно к электроду и подине печи, а выводы переменного тока каждого из них предназначены для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток питающего трансформатора, третью и четвертую трехфазные нулевые группы вентилей, разноименные выводы постоянного тока которых соединены между собой, а выводы переменного тока подключены соответственно к выводам переменного тока первого и второго трехфазных мостовых комплектов, а также системы управления и коммутирующее устройство, новым является то, что одна из трехфазных нулевых групп вентилей каждого мостового комплекта выполнена неуправляемой, а третья и четвертая трехфазные нулевые группы вентилей выполнены управляемыми, причем третья и четвертая и управляемые трехфазные нулевые группы вентилей мостовых вентильных комплектов установлены так, что к выводам переменного тока, предназначенным для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток указанного трансформатора, подключены одноименные выводы управляемых вентилей указанных групп, причем выходы системы импульсно-фазового управления подключены к управляющим электродам вентилей через коммутирующее устройство, а сглаживающие реакторы включены последовательно в цепи постоянного тока неуправляемых вентильных групп соответствующих мостовых вентильных комплектов. В источнике постоянного тока при соединении вторичных обмоток питающего трансформатора по схеме "звезда-звезда" система управления выполнена в виде одного канала, включающего последовательно соединенные датчики тока и включенные в общую цепь нагрузки, блок сравнения, регулятор тока и систему импульсно-фазового управления, шестиканальная группа выходов которой соединена с входом коммутирующего устройства, включающего две группы выходов, одна из которых соединена с управляющими электродами управляемых вентилей мостовых вентильных комплектов, а другая - с управляющими электродами вентилей третьей и четвертой нулевых вентильных групп. В источнике питания при соединении вторичных обмоток питающего трансформатора по схеме "звезда-треугольник" система управления выполнена из двух каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика тока, включенного в цепь постоянного тока соответствующего вентильного трехфазного мостового комплекта, блока сравнения, регулятора тока и системы импульсно-фазового управления, трехканальная группа выходов которой соединена с входом коммутирующего устройства, включающего две группы выходов, причем одна из них соединена с управляющими электродами вентилей соответствующего трехфазного мостового вентильного комплекта, а другая - с управляющими электродами вентилей трехфазной нулевой вентильной группы, одноименные выводы которой соединены с выводами переменного тока группы вентильного комплекта, управляемой от той же системы импульсно-фазового управления. Сущность предлагаемого устройства проясняется чертежами, где на фиг.1 изображены варианты установки управляемых вентилей; на фиг.2 - источник питания с одной системой управления; на фиг.3 - источник питания с двумя системами управления. Источник питания дуговой сталеплавильной печи содержит питающий трансформатор 1 с двумя вентильными обмотками, соединенными по схеме "звезда-звезда" или "звезда-треугольник", к которым подключены вентильные комплекты 2 и 3, выполненные каждый по трехфазной мостовой схеме и содержащие первую анодную 4,5 и вторую катодную 6,7 трехфазные вентильные группы соответственно. Одноименные выводы комплектов электрически соединены между собой и подключены соответственно к электроду 8 и подине 9 печи. Устройство содержит также третью и четвертую нулевые управляемые вентильные группы 10,11; первые разноименные выводы постоянного тока этих групп, соединенные между собой, а выводы переменного тока их подключены соответственно к выводам переменного тока вентильных комплектов 2 и 3. Устройство содержит также систему управления каждого вентильного комплекта 2 и 3, состоящую из последовательно подключенных датчика тока 12, 13, узла сравнения 14, 15, регулятора тока 16, 17, системы импульсно-фазового управления 18, 19, а также коммутирующего устройства 20, 21. Коммутирующие устройства 20, 21 выполнены с двумя группами выходов. Через коммутирующее устройство 20 выходы соответствующей системы импульсно-фазового управления 18 подключены к управляющим электродам вентилей катодной нулевой управляемой группы 10 и одноименной катодной группы 6 связанного с ней по выводам переменного тока вентильного мостового комплекта 2. Аналогично выводы системы импульсно-фазового управления 19 через коммутирующее устройство 21 подключены и к управляющим электродам вентилей анодных групп 11 и 5. Оставшаяся анодная 4 и катодная 7 группы комплектов 2 и 3 выполнены на неуправляемых вентилях, в цепи постоянного тока которых установлены дроссели 22 и 23 соответственно. Варианты выполнения силовой схемы источника питания изображены на фиг. 1б, в, г, где различными, но имеющими общую закономерность, являются связи между элементами и место установки дросселей. На фиг.2 изображен источник питания, управляемый одной системой импульсно-фазового управления 24, выходы которой через коммутирующее устройство 25 подключены к управляющим электродам нулевых вентильных групп и к управляющим электродам соответствующих вентилей мостовых комплектов 2, 3. При этом вторичные обмотки трансформатора 1 выполнены по схеме "звезда-звезда", а система импульсно-фазового управления выполнена шестиканальной. Устройство работает следующим образом. Напряжение сетевой частоты через питающий трансформатор 1 подается на входы мостовых вентильных комплектов 2,3 и нулевых управляемых вентильных групп 10, 11. В начальной стадии плавки, характеризующейся высоким напряжением дуги, коммутирующие устройства в виде ключей на два положения 20, 21 переключаются оператором или автоматически от сигнала датчика напряжения нагрузки (на схеме не показан). Таким образом, импульсы управления от систем импульсно-фазового управления 18, 19 поступают на управляющие электроды нулевых вентильных групп 10, 11, которые совместно с диодными группами 4, 7 мостовых вентильных комплектов 2, 3 образуют последовательное соединение двух полууправляемых мостовых схем, суммарное напряжение которых через последовательно соединенные реакторы 22, 23 подается к электроду 8 и подине 9 печи, между которыми горит дуга. Ток дуги стабилизируется регулятором тока 16, регулятор тока 17 находится в это время в насыщении, так как ток в цепи датчика тока 13 отсутствует. По мере разогрева печи, проплавления колодцев в расплавленной шихте напряжения на дуге снижается ввиду снижения градиента напряженности дугового разряда. При этом благодаря наличию регулятора тока 16, снижается и напряжение последовательно соединенных мостов, так как ток дуги остается неизменным. При достижении напряжения на дуге уровня напряжения одного вентильного моста, коммутирующее устройство 20, 21 переводится в противоположное положение, и управляющие импульсы от системы импульсно-фазового управления поступают при этом на управляющие электроды вентилей групп 5,6 вентильных комплектов 2,3 и источник питания переводится в режим параллельно соединения двух мостовых схем. После переключения на параллельную работу, благодаря наличию датчиков тока 12, 13 и постоянству сигнала задания тока, вентили комплектов 2,3 будут отпираться полностью, что способствует более устойчивому горению дуги. Дроссели 22, 23 обеспечивают устойчивое горение дуги, причем при последовательном соединении мостов они также соединяются последовательно и способствуют более устойчивому горению дуги на стадии расплавления. Цель уменьшения потерь, повышения надежности и упрощения достигается за счет того, что использованы две неуправляемые вентильные группы, два реактора и одна система управления, причем по сравнению с прототипом, связи между ними изменены таким образом, что всегда работают два полууправляемых моста. В предлагаемом устройстве работают всегда два полууправляемых моста, а в режиме расплавления - только два сглаживающих реактора. Так как потери в диодах в 1,5 раза меньше, чем в тиристорах, то в предлагаемом устройстве потери в вентильной части снижаются на 15%, а в реакторах - на 50%. Полууправляемая схема дает выигрыш в коэффициенте мощности на 10-12% по сравнению с прототипом. Учитывая, что диоды в одном вентильном комплекте установлены в катодной группе, а в другом - в анодной (или наоборот), при глубоком регулировании достигается дополнительный эффект в снижении уровня гармоник сетевого тока. Использование двух полууправляемых вентильных групп упрощает схему, так как необходимо иметь в 1,5 раза меньше, по сравнению с прототипом, элементных ячеек системы управления. При этом увеличивается надежность устройства, так как она определяется в основном системой управления. Упрощение системы управления, использование двух неуправляемых вентильных групп, а также исключение одного реактора резко снижает стоимость предлагаемого устройство по сравнению с прототипом.
Формула изобретения
1. ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ПИТАНИЯ ДУГОВОЙ ПЕЧИ, содержащий первый и второй трехфазные мостовые вентильные комплекты со сглаживающими реакторами в цепях постоянного тока, состоящий каждый из первой и второй трехфазных нулевых групп вентилей, одноименные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения соответственно, к электроду и подине печи, а выводы переменного тока каждой из них предназначены для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток питающего трансформатора, третью и четвертую трехфазные нулевые группы вентилей, разноименные выводы постоянного тока которых соединены между собой, а выводы переменного тока подключены, соответственно, к выводам переменного тока первого и второго трехфазных мостовых комплектов, а также систему управления и коммутирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД надежности и упрощения, одна из трехфазных нулевых групп вентилей каждого мостового комплекта выполнена неуправляемой, а третья и четвертая трехфазные нулевые группы вентилей выполнены управляемыми, причем третья, четвертая и управляемые трехфазные нулевые группы вентилей мостовых вентильных комплектов установлены так, что к выводам переменного тока, предназначенным для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток указанного трансформатора, подключены одноименные выводы управляемых вентилей указанных групп, причем выходы системы импульсно-фазового управления подключены к управляющим электродам вентилей через коммутирующее устройство, а сглаживающие реакторы включены последовательно в цепи постоянного тока неуправляемых вентильных групп соответствующих мостовых вентильных комплектов. 2. Источник по п.1, отличающийся тем, что при соединении вторичных обмоток питающего трансформатора по схеме "звезда-звезда" система управления выполнена в виде одного канала, включающего последовательно соединенные датчик тока и включенные в общую цепь нагрузки блок сравнения, регулятор тока и систему импульсно-фазового управления, шестиканальная группа выводов которой соединена с входом коммутирующего устройства, включающего две группы выходов, одна из которых соединена с управляющими электродами управляемых вентилей мостовых вентильных комплектов, а другая - с управляющими электродами вентилей третьей и четвертой нулевых вентильных групп. 3. Источник по п.1, отличающийся тем, что при соединении вторичных обмоток питающего трансформатора по схеме "звезда-треугольник" система управления выполнена из двух каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика тока, включенного в цепь постоянного тока соответствующего вентильного трехфазного комплекта, блока сравнения, регулятора тока и системы импульсно-фазового управления, трехканальная группа выходов которой соединена со входом коммутирующего устройства, включающего две группы выходов, причем одна из них соединена с управляющими электродами вентилей соответствующего трехфазного вентильного комплекта, а другая - с управляющими электродами вентилей трехфазной нулевой вентильной группы, одноименные выводы которой соединены с выводами переменного тока группы вентильного комплекта, управляемого от той же системы импульсно-фазового управления.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
