Система керування режимами електропечі постійного струму

Реферат: Система керування режимами електропечі постійного струму містить дугову електропіч з двома графітовими електродами та одним металевим електродом, який знаходиться в безпосередньому контакті з шихтою чи рідким металом, трансформатор, перетворювач змінного струму у постійний з середнім виводом, систему керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом. Додатково містить джерело живлення, шини пічної підстанції, керований фільтр вищих гармонік струмів, систему керування фільтром, вимірювальний орган струму і вимірювальний орган напруги, блок аналізу та задавання електричного режиму системи живлення, батареї конденсаторів. Винахід дозволяє зменшити коливання діючого значення напруги між електродами і шихтою за рахунок чого зменшити питомі витрати електричної енергії на одиницю готового продукції. UA 103377 C2 (12) UA 103377 C2 UA 103377 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, зокрема до систем електропостачання дугових сталеварних печей постійного струму малої та середньої місткості. 5 Відома дугова піч постійного струму: (Патент № 678783 Швейцарія, МПК Н 05 В 7/18, F 27 D 11/08), яка призначена для покращення електричних режимів анодного електрода, виконаного у вигляді електропровідної вогнестійкої цегли. Однак ця дугова піч постійного струму не забезпечує стабілізації напруги дуги між електродом та шихтою і не обмежує проникнення вищих гармонік у живлячу мережу. Із відомих систем керування режимами електропечі постійного струму найближчою за своєю 5 суттю є дугова сталеплавильна піч постійного струму (заявка на винахід №2659821, МПК Н05 В 7/102 Франція), що містить дугову піч з двома графітовими електродами, трансформатор і перетворювач змінного струму у постійний з середнім виводом з системою керування, яка призначена для зменшення витрат футеровки. Однак ця система керування режимами електропечі постійного струму не дозволяє обмежити вищі гармоніки струму, які проникають в систему живлення та забезпечити зменшення коливань напруги між графітовими електродами і шихтою і за рахунок цього зменшити питомі витрати електричної енергії в електродугових печах постійного струму та ліквідувати перенапруги під час вимикання електродугових печей постійного струму. В основу винаходу поставлено завдання створення системи керування режимами електропечі постійного струму, яка дозволяє зменшити коливання діючого значення напруги між електродами і шихтою за рахунок чого зменшити питомі витрати електричної енергії на одиницю готової продукції та здійснювати технологічні вимикання дугової електропечі без перенапруг. Поставлене завдання досягається тим, що система керування режимами електропечі постійного струму, яка містить дугову електропіч з двома графітовими електродами та одним металевим електродом, який знаходиться в безпосередньому контакті з шихтою чи рідким металом, трансформатор, перетворювач змінного струму у постійний з середнім виводом, систему керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом додатково містить джерело живлення, шини пічної підстанції, один металевий електрод, керований фільтр вищих гармонік струмів, систему керування фільтром, вимірювальний орган струму і вимірювальний орган напруги, блок аналізу та задавання електричного режиму системи живлення, батареї конденсаторів, при чому до джерела живлення, через вимірювальний орган струму, приєднані шини пічної підстанції, до яких приєднаний керований фільтр вищих гармонік струму, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом системи керування фільтром, перший вхід якого приєднаний до виходу вимірювального органу струму, а другий вхід приєднаний до виходу вимірювального органу напруги вхід якого приєднаний до шин пічної підстанції до яких, через послідовно з'єднані трансформатор та перетворювач змінного струму у постійний з середнім виводом, до середнього виводу якого приєднаний металевий електрод, а до двох інших виводів приєднані графітові електроди дугової електропечі постійного струму, між середнім виводом перетворювача змінного струму у постійний та двома іншими виводами увімкнені батареї конденсаторів, а керуючий вхід перетворювача змінного струму у постійний з середнім виводом з'єднаний з виходом системи керування перетворювачем змінного струму у постійний до першого входу якої приєднаний вихід вимірювального органу напруги, до другого входу приєднаний вихід вимірювального органу струму, а до третього входу приєднаний вихід блока аналізу та режиму системи живлення один із входів якої з'єднаний з виходом вимірювального органу напруги, а другий вхід з'єднаний з виходом вимірювального органу струму. Введення перетворювача змінного струму у постійний з середнім виводом, конденсаторних батарей та системи керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом дозволяє зменшити коливання напруги дуг печі і тим самим покращити її енергетичні характеристики, а також ліквідувати перенапруги під час технологічних вимикань дугової електропечі постійного струму. На фіг. наведено схему системи керування режимами електропечі постійного струму, де до джерела живлення 1 через вимірювальний орган струму 7 приєднані шини пічної підстанції 2, з якими з'єднаний керований фільтр вищих гармонік 3, котрий складається із послідовно з'єднаного конденсатора 4 та регульованої індуктивності 5, керуючий вхід якої з'єднаний з виходом системи керування фільтром 6 один із входів якої з'єднаний з виходом вимірювального органу струму 7, а до другого входу системи керування фільтром 6 приєднаний вихід вимірювального органу напруги 8 вхід якого з'єднаний з шинами пічної підстанції 2. Крім того до шин пічної підстанції 2 приєднаний двообмотковий трансформатор 9 до виходів якого приєднані входи перетворювача змінного струму у постійний з середнім виводом 10 до двох виходів якого приєднані графітові електроди дугової електропечі 12, а третій вихід приєднаний до корпусного металевого електрода дугової електропечі 12. До керуючого електрода перетворювача змінного 1 UA 103377 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 струму у постійний з середнім виводом 10 приєднані керуючі виходи системи керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом 13, до першого входу якої приєднаний вихід вимірювального органу напруги 8, до другого - приєднаний вихід вимірювального органу струму 7, а до третього входу системи керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом 13 приєднаний вихід блока аналізу та задавання режимами системи живлення 14, перший вхід якого з'єднаний з виходом вимірювального органу струму 7, а другий вхід блока 14 з'єднаний з виходом вимірювального органу напруги 8. Система керування режимами електропечі постійного струму працює наступним чином: під час розтоплення холодної шихти в дуговій електропечі постійного струму 11 від джерела живлення 1 через вимірювальний орган струму 7, шини пічної підстанції 2 та трансформатор 10 споживається максимальна потужність, а дві електричні дуги, які горять між двома графітовими електродами і холодною шихтою, яка є в безпосередньому контакті з третім, металевим електродом, електропечі 11, мають найбільшу довжину. Електричні дуги генерують вищі гармоніки, які сумуються з гармоніками, генерованими перетворювачем змінного струм у постійний 12, а обвали шихти, які призводять до безпосереднього контакту електродів з шихтою, викликають коливання напруги на шинах пічної підстанції 2. Вищі гармоніки поширюються у систему електропостачання і негативно впливають на роботу інших споживачів електричної енергії приєднаних до джерела живлення 1. Для обмеження гармонік, які поширюються у систему електропостачання, до шин пічної підстанції 2 приєднаний керований фільтр вищих гармонік струму 3. Конденсаторна батарея 4 фільтра на основній гармоніці генерує реактивну потужність споживану електродуговою піччю постійного струму 11 та суттєво послаблює коливання напруги на шинах пічної підстанції 2. Повільне регулювання струму дуг електропечі 11 відбувається шляхом переміщення електродів, при цьому керовані вентилі перетворювача змінного струму в постійний з середнім виводом 10 є цілком відкриті, а за допомогою системи керування перетворювачем змінного струму в постійний з середнім виводом 12, здійснюється швидке регулювання величини струму дуг електропечі 11 за рахунок зміни кутів вмикання керованих ключів перетворювача змінного струму в постійний 10. Одночасно керований фільтр вищих гармонік струмів З поглинає вищі гармоніки, причому за допомогою системи керування фільтром вищих гармонік 6, який на основі обробки сигналів, котрі поступають від вимірювального органу струму 7 та вимірювального органу напруги 8 визначає частоту з найбільшою амплітудою, але більшу від промислової, і виробляє сигнал, який діє на індуктивність 5 керованого фільтра вищих гармонік струму 3 змінюючи її величину і настроює фільтр на дану переважаючу частоту. У випадку необхідності за допомогою системи керування фільтром 6 можна також змінювати добротність керованого фільтра 3, розширюючи смугу поглинання фільтром частот струму. Технологічний процес здійснюється згідно регламенту, який передбачає регулювання величини активної потужності залежно від технологічної стадії (розтоплення, рафінування чи розкислення). Регулювання потужності здійснюється за допомогою системи керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом 12, яка отримує керуючі сигнали про технологічні стадії від блока аналізу та задавання режимів системи живлення 13 на основі аналізу частотного спектру технологічного струму та коефіцієнта потужності. Для вимикання електродугової печі постійного струму 11, наприклад, під час дозавантаження шихти у піч, заміни електродів чи забирання проб рідкого металу, необхідно розірвати дуги постійного струму або вимикати пічний трансформатор вимикачем, встановленим зі сторони первинних обмоток пічного трансформатора 9, безпосередньо під навантаженням. Такі вимикання супроводжуються багатократними перенапругами, які можуть пошкодити ізоляцію силового електрообладнання (трансформатора, вимикачів, кабельних ліній і ін.). Дана система електропостачання за рахунок використання керованого перетворювача змінного струму в постійний з середнім виводом 10 за допомогою системи керування перетворювачем змінного струму в постійний з середнім виводом 12, дозволяє плавно зменшити струм дуги від будь-якого значення до нуля і, таким чином, перевести електродугову піч в режим вільного ходу. У такому випадку електроди печі можна підняти над поверхнею шихти на висоту, при якій не можливе самостійне запалювання дуги, а пічний трансформатор можна вимкнути без перенапруг на силовому електрообладнанні. Дана система керування режимами електропечі постійного струму може бути використана для електродугових печей будь-якої місткості, при цьому потужність трансформатора обмежується потужністю керованого перетворювача змінного струму в постійний з середнім виводом, зокрема струмами керованих ключів перетворювача змінного струму в постійний з середнім виводом. 60 2 UA 103377 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 Система керування режимами електропечі постійного струму, яка містить дугову електропіч з двома графітовими електродами та одним металевим електродом, який знаходиться в безпосередньому контакті з шихтою чи рідким металом, трансформатор, перетворювач змінного струму у постійний з середнім виводом, систему керування перетворювачем змінного струму у постійний з середнім виводом, яка відрізняється тим, що додатково містить джерело живлення, шини пічної підстанції, керований фільтр вищих гармонік струмів, систему керування фільтром, вимірювальний орган струму і вимірювальний орган напруги, блок аналізу та задавання електричного режиму системи живлення, батареї конденсаторів, при чому до джерела живлення, через вимірювальний орган струму, приєднані шини пічної підстанції, до яких приєднаний керований фільтр вищих гармонік струму, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом системи керування фільтром, перший вхід якого приєднаний до виходу вимірювального органу струму, а другий вхід приєднаний до виходу вимірювального органу напруги вхід якого приєднаний до шин пічної підстанції до яких, через послідовно з'єднані трансформатор та перетворювач змінного струму у постійний з середнім виводом, до середнього виводу приєднаний металевий електрод, а до двох інших виводів приєднані графітові електроди дугової електропечі постійного струму, між середнім виводом перетворювача змінного струму у постійний та двома іншими виводами увімкнені батареї конденсаторів, а керуючий вхід перетворювача змінного струму у постійний з середнім виводом з'єднаний з виходом системи керування перетворювачем змінного струму у постійний до першого входу якої приєднаний вихід вимірювального органу напруги, до другого входу приєднаний вихід вимірювального органу струму, а до третього входу приєднаний вихід блока аналізу та режиму системи живлення один із входів якого з'єднаний з виходом вимірювального органу напруги, а другий вхід з'єднаний з виходом вимірювального органу струму. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3