Електропостачальна система дугової сталетопної печі

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до електропостачальних систем з різкозмінним і несиметричним характером споживання електричної енергії. Відома електропостачальна система дугової сталетопної печі (Лысенко B.C., Назарок В.И., Петров B.C., Сталев В.И. Применение источников понижен ной частоты для руднотермических печей // Промышленная энергетика. - 1985. - №8. С.32 - 33), яка призначена для електропостачання руднотермічних печей струмами зниженої частоти. Однак в цій системі перетворювач установлений из низькій напрузі безпосередньо біля електродугової печі і працює в умовах великих струмів та в зоні значного електромагнітного поля. Це ускладнює конструкцію перетворювача і системи керування, виходячи з умов експлуатації. Із відомих електропостачальних систем найближчою за своєю суттю є дугова сталетопна піч (Wechselstrom-Lichtbogenofen; Simens AG№P3733077.2, Anmeldet 30.09.87. Offenlagungsten 13.04.89), що містить пічний трансформатор, струмообме-жувальний реактор і тиристорний перетворювач частоти, з керуючими входами якого сполучені виходи системи керування тиристорами, яка призначена для зменшення коливання напруги та шуму при роботі печі. Однак електропостачальна система дугової сталетопної печі має той недолік, що тиристорний перетворювач частоти ввімкнений в контурах найбільших технологічних стр умів, електромагнітних і температурних полів, а це приводить до ускладнення конструкції перетворювача і, особливо, системи керування. Другим недоліком цієї електропостачальної системи є те, що втрати потужності а магнітній системі пічного трансформатора залишаються постійними. В основу винаходу поставлено завдання створити електропостачальну систему дугової сталетопної печі, в якій би за рахунок вмикання тиристорного перетворювача частоти між системою живлення та пічним трансформатором, дозволило б зменшити втрати потужності в пічному трансформаторі і підвищити ефективність керування режимом електродугової печі. Поставлене завдання досягається тим, що електропостачальна система електродугових печей, яка містить пічний трансформатор, струмообмежувальний реактор і тиристорний перетворювач частоти, з керуючими входами якого сполучені виходи системи керування тиристорами, додатково містить джерело живлення, силовий керований фільтр струмів, блок керування фільтром, перший вимірний орган струмів, другий вимірний орган струмів, перший аналого-цифровий перетворювач, другий аналогоцифровий перетворювач, блок виділення гармонійних складових, блок визначення стадій топлення металу, вимірний орган напруги, блок визначення ефективного значення струму, програмований логічний елемент, блок визначення ефективного значення напруги, при цьому до джерела живлення через другий вимірний орган струмів підключені силовий керований фільтр струмів та струмообмежувальний реактор, до виходу якого через послідовно сполучені тиристорний перетворювач частоти, пічний трансформатор та перший вимірний орган струмів підключена електродугова піч, вихід першого вимірного органу струмів сполучений із входом першого аналогоцифрового перетворювача, вихід якого сполучений із входом блоку визначення стадій топлення металу, ви хід якого сполучений із першим входом програмованого логічного елементу, другий вхід якого сполучений із входом блоку визначення ефективного значення струму, вхід якого сполучений із другим входом блоку виділення гармонійних складових, третій вхід програмованого логічного елементу сполучений із виходом блоку визначення ефективного значення напруги, вхід якого сполучений із виходом вимірювального органу напруги, вихід програмованого логічного елементу сполучений із входом системи керування тиристорами, вихід другого вимірювального органу струмів сполучений із входом другого аналогоцифрового перетворювача, вихід якого сполучений із входом блоку керування фільтром, вихід якого сполучений із керуючим входом силового керованого фільтра струмів. Підключення пічного трансформатора до системи живлення через тиристорний перетворювач частоти забезпечує плавне регулювання його вихідної напруги та зменшення втрат потужності у магнітній системі. Втрати потужності в магнітній системі трансформаторів, викликані струмом перемагнічування, пропорційні частоті вхідної напруги, а викликані струмами пропорційні квадратові частоти. Крім того, при повільній зміні частоти напруги стабілізується процес горіння дуги, через що підвищується ефективність технології топлення металу. На кресленні (фіг.) наведена схема електропостачальної системи електродугової печі, де від джерела живлення 1, через перший вимірювальний орган струмів 2 підключені силовий керований фільтр струмів 3 та струмообмежувальний реактор 4. Вихід струмообмежувального реактора 4 сполучений із силовим входом тиристорного перетворювача частоти (циклоконвертора) 5, вихід якого сполучений із входом пічного трансформатора 6, до виходу якого через другий вимірювальний орган струму 7 підключена електродугова піч 8. Ви хід першого вимірювального органу стр умів 2 сполучений із входом першого аналого-цифрового перетворювача 9, вихід якого сполучений із входом блоку 10 керування фільтром струмів, ви хід якого сполучений із керуючим входом силового керованого фільтра струмів 3. Вихід другого вимірювального органу струмів 7 сполучений із входом другого аналого-цифрового перетворювача 11, вихід якого сполучений із входом блоку 12 виділення гармонік, перший вихід якого сполучений Із входом блоку 13 визначення стадій топлення, вихід якого сполучений із першим входом програмованого логічного елементу 14, другий вхід якого сполучений із виходом блоку 15 визначення ефективного значення струму печі, вхід якого сполучений із другим виходом блоку 12 виділення гармонійних складових, третій вхід програмованого логічного елементу 14 сполучений з виходом блоку 16 визначення ефективного значення напруги, вхід якого сполучений з виходом вимірювального органу напруги 17, вихід програмованого логічного елементу 14 сполучений із входом системи керування тиристорами 18, вихід якої сполучений із керуючим входом тиристорного перетворювача частоти 5. Електропостачальна система електродугової печі працює таким чином. На стадії розтоплення вимагається найбільша потужність для швидкого переводу твердої шихти в рідкий метал, дуги горять нестійко, часто обриваються і погано загоряються, їх динамічна характеристика сильно спотворена, через що вони генерують широкий спектр частот зі значними амплітудами. На цій стадії на вторинних обмотках пічного трансформатора підтримується найбільша напруга низької частоти з метою стабілізації процесу горіння дуг. Тому з другого вимірювального органу струмів 7 аналоговий сигнал, пропорційний струмові електродугової печі 8, поступає на вхід другого аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 11, де перетворюється у цифровий масив з заданою дискретністю, а з виходу АЦП поступає на вхід блоку 12 виділення гармонійних складових. З першого ви ходу блоку 12 інформація поступає на вхід блоку 13 визначення ефективного значення струму, з виходу якого поступає сигнал, пропорційний ефективному значенню струму печі, поступає на один із входів програмованого логічного елементу 14. З ви ходу вимірювального органу напруги 17 аналоговий сигнал, пропорційний миттєвій напрузі вторинних обмоток пічного трансформатора 6, поступає на вхід блоку 16 визначення ефективного значення напруги, а з виходу блоку 16 сигнал, пропорційний ефективному значенню напруги, поступає на третій вхід програмованого логічного елементу 14. На другий вхід програмованого логічного елементу 14 поступає сигнал із виходу блоку 15 визначення стадій топлення, на вхід якого поступає сигнал, пропорційний величині і спектру гармонік струму печі. На цій стадії спектр і значення амплітуд гармонік великі, що характеризує період розтоплення, тому в програмованому логічному елементі 14 виробляється сигнал, який поступає у систему керування тиристорами 18, на підставі якого формуються імпульси керування тиристорами циклоконвертора 5, на виході якого формується така понижена частота, при якій спектр і амплітуда гармонік стабілізується, що свідчить про стабільне горіння дуг. Коефіцієнт трансформації пічного трансформатора підібрано таким, щоб забезпечити на його виході найбільшу технологічну напругу, при цьому втрати потужності у магнітній системі пічного трансформатора зменшуються. Враховуючи те, що стадія розтоплення металу становить майже 70% технологічного циклу,, має місце значна економія електричної енергії. При появі рідкої фази у ванні печі стабілізується процес горіння дуг, про що свідчить спектр і амплітуди гармонік струму. На цьому етапі на виході циклоконвертора появляється вища частота і знижена напруга. За наведеною вище схемою інформація про технологічний режим печі поступає у програмований логічний елемент 14, де формується сигнал, який поступає на вхід системи керування тиристорами 18, де формуються імпульси керування циклоконвертора, змінюючі вихідну частоту у сторону її зростання. При цьому напруга на виході пічного трансформатора зменшиться до величини технологічних потреб. При роботі циклоконвертора 5 спотворюється форма струму і напруги системи живлення 1, тому для зменшення спотворень форми струму системи між джерелом живлення 1 та циклоконвертором 5 ввімкнено струмообмежувальний реактор 4, який, одночасно, служить для обмеження струмів при коротких замиканнях на виході циклоконвертора 5, які можуть бути небезпечні для тиристорів. Крім цього для поглинання вищих гармонік струмів джерела живлення 1 використовується силовий керований фільтр струмів 3, який, шляхом зміни індуктивності безпосередньо під навантаженням, настроюється на переважаючу частоту чи смугу частот струмів, що проникають у систему живлення 1. Для цього, аналоговий сигнал, пропорційний миттєвим струмам джерела живлення 1, поступає від першого вимірного органу стр умів 2 на вхід першого аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 9, де з певною дискретністю перетворюється у числовий масив. Із виходу др угого АЦП 9 сигнал, пропорційний числовому масиву, поступає на вхід блоку 10 керування фільтром, де формується відповідний керуючий сигнал, який поступає на керуючі входи силового керованого фільтра струмів 3 і, змінюючи його індуктивність, настроює фільтр на потрібну частоту.