Пристрій для електроживлення постійним струмом плавильної печі

1. Пристрій для електроживлення постійним струмом плавильної печі із двома електродами, що містить приєднані до живильної мережі щонайменше два паралельно увімкнених модулі (1) електроживлення, виходи яких з'єднані через спільні струмопідвідні пристрої (2) з електродами (3,4) плавильної печі, причому кожний з модулів (1) електроживлення містить послідовно з'єднані: некерований міст (5) трифазного струму, проміжну схему (6) постійного струму і транзисторний блок (7) з блоком (8) керування, який відрізняється тим, що між некерованим мостом (5) та проміжною схемою (6) кожного модуля (1) електроживлення додатково введено блок (9) корекції коефіцієнта потужності, який виконаний у вигляді збільшуючого транзисторного перетворювача постійної напруги. 2. Пристрій електроживлення за п.1, який відрізняється тим, що міст (5) трифазного струму виконаний у вигляді трьох однофазних некерованих випрямних мостів (5а, 5в, 5с), входи яких приєднані до відповідного лінійного проводу трифазної живильної мережі, виходи кожного з трьох мостів приєднані до своїх індивідуальних блоків (9а, 9в, 9с) корекції коефіцієнта потужності, виходи яких з'єднані паралельно. U 2 (11) 1 3 мережі; виходи всіх випрямлячів паралельно під'єдані через окремі струмопровідні пристрої до електродів печі. Не дивлячись на відмінне схемотехнічне рішення, яке забезпечує необхідну надійність роботи в цьому відомому пристрої при глибокому регулюванні параметрів плавки значно знижується коефіцієнт потужності (ручний режим роботи) або коефіцієнт потужності залишається практично постійним (автоматичний режим) при цьому відбувається звуження діапазону регулювання вихідної напруги або струму. Відоме „Джерело живлення постійним струмом плазмово-дугової плавильної печі" [Патент JP 2006040619, Н05В7/18, 2006-02-19], що включає трифазний випрямляч із понижуючим трансформатором/ накопичувальний конденсатор, транзисторний ключ і дросель. Недоліками відомого пристрою є імпульсне споживання струму, що призводить до високого вмісту гармонік у споживальному струмі і відповідного зниження коефіцієнта потужності, а також обмежена можливість зміни потужності плавки при виході з ладу конструктивних елементів. Найближчим за технічною сутністю та результатом, який досягається є "Спосіб і пристрій для електроживлення електродугового плавильного агрегату" [Патент W00065878, 2000-11-02; Патент UA 59489 С2 Н05В7/144, 15.09.2003], згідно з яким електричний струм, що відбирається з мережі джерелом трифазного струму, розподіляється щонайменше по двох паралельних модулях електроживлення. Кожний модуль містить з'єднані послідовно некерований міст трифазного струму, проміжну схему постійного струму і транзисторний блок з блоком керування. Недоліками прототипу є: - споживальний струм має імпульсивний (не синусоїдальний) характер через наявність накопичувальної ємності проміжної схеми. Це призводить до збільшення амплітуди імпульсів струму, що проходить через діоди некерованого моста і обмотки живильного джерела трифазного струму, що збільшує витрати потужності в них, в наслідок чого збільшується встановлена потужність живильної мережі. Коефіцієнт потужності в цьому випадку не може бути більшим 0,8; - споживання реактивної потужності пристроєм може підтримуватися на сталому рівні (значення коефіцієнту потужності не змінюється) за допомогою збільшення кількості модулів електроживлення, що веде до підвищення вартості устаткування; - виконання живильного джерела трифазного струму n-кратно зсунутими за фазою обмотками для зменшення зворотних впливів на мережу також підвищує вартість всієї установки; Таким чином застосування цього пристрою для електроживлення може бути економічно виправданим лише для дуже великих агрегатів. Основним завданням корисної моделі е створення пристрою для електроживлення постійним струмом плавильної печі, що забезпечить високий коефіцієнт потужності при одночасному зменшенні вартості і без погіршення ККД і надійності роботи. 45714 4 Поставлена задача вирішується в запропонованому пристрої для електроживлення постійним струмом для плавильної печі з двома електродами, що містить під'єднані до живильної мережі щонайменше два паралельно увімкнених модулі електроживлення, виходи яких з'єднані через спільні струмопідвідні пристрої з електродами плавильної печі, причому кожний з модулів електроживлення містить послідовно з'єднані: некерований міст трифазного струму, проміжну схему постійного струму і транзисторний блок з блоком керування. Між некерованим мостом та проміжною схемою кожного модуля електроживлення додатково введено блок корекції коефіцієнта потужності, який виконаний у вигляді збільшуючого транзисторного перетворювача постійної напруги. Міст трифазного струму виконаний у вигляді трьох однофазних некерованих випрямних мостів, входи яких під'єднані до відповідного лінійного проводу трифазної живильної мережі; виходи кожного з трьох мостів, під'єднані до своїх індивідуальних блоків корекції коефіцієнта потужності, виходи яких з'єднані паралельно. Транзисторний блок кожного модуля електроживлення виконаний у вигляді численних паралельного увімкнутих транзисторних перетворювачів постійної напруги з гальванічним розв'язком. Модулі електроживлення виконані у вигляді інверторних джерел живлення трифазного струму/ що мають силові частини, кожна з яких містить указані функціональні блоки та блок керування, причому входи блоків керування поєднані із загальним блоком завдання режиму. Інверторні джерела живлення трифазного струму, виконані у вигляді трьох однофазних інверторних джерел живлення/ входи яких під'єднані до різних фаз трифазної мережі, а виходи з'єднані паралельно. Модулі електроживлення об'єднані щонайменше у дві групи, кожна з яких містить n-кількостей увімкнутих паралельно модулів електроживлення; виходи груп з'єднані послідовно, причому входи блоків керування модулів усіх груп поєднані з одним загальним блоком завдання режиму. Крім цього, входи блоків керування модулів електроживлення кожної групи поєднані зі своїм індивідуальним блоком завдання режиму. Новим у пристрої, який заявляється, у порівнянні з найближчим аналогом є те, що з метою підвищення коефіцієнта потужності введений блок корекції коефіцієнта потужності, який дозволяє одержати коефіцієнт потужності більше 0,9; забезпечує споживання від мережі практично неперервних струмів; знижує вміст високих гармонік у вхідному струмі і, як наслідок, створює нормальні умови експлуатації первинних джерел живлення мережі; тобто підвищується використання мережі за потужністю. Виконання некерованого моста трифазного струму в кожному модулі у вигляді трьох однофазних випрямних мостів, що мають на виході індивідуальні блоки корекції коефіцієнта потужності, дає значний економічний ефект, оскільки таке з'єднання елементів дозволяє використовувати серійні сучасні блоки корекції коефіцієнта потужності. 5 Виконання транзисторного блока на основі перетворювача постійної напруги в постійну (DC-DC перетворювач) дає можливість простого збільшення потужності за рахунок паралельного з’єднання однотипових DC-DC перетворювачів та полегшення резервування для підвищення надійності. Застосування транзисторного DC-DC перетворювача з гальванічним розв'язком (вхід-вихід) покращує обслуговування установки з точки зору техніки безпеки. Транзисторний DC-DC перетворювач з гальванічним розв'язком разом з некерованим мостом і проміжною схемою являє собою перетворювач змінної напруги в постійну (AC-DC перетворювач, виконаний на основі інверторного джерела живлення) з примусовим формуванням вхідного струму за допомогою коректора коефіцієнта потужності, що дозволяє знизити реактивну потужність, рівень гармонік та імпульсних перешкод у силовій (первинній) мережі. Ряд переваг нового пристрою дозволяє спростити чи вилучити живильне джерело трифазного струму, яке містить спеціальний (багатообмотковий зі зсунутими за фазою) трансформатор для вентильних перетворювачів, і живити пристрій від промислової трифазної мережі, що містить стандартні комплектні трансформаторні підстанції. Це значно спрощує та робить дешевшим створення всієї системи живлення плавильних агрегатів. Наведені схемотехнічні рішення роблять новий пристрій універсальним; для живлення електродугової печі, що потребує підвищену напругу при великих струмах, пропонується об'єднання необхідної кількості модулів по групах і послідовне з'єднання виходів; для живлення плазмодугової печі, що потребує ще вищої напруги, збільшується кількість послідовно з'єднаних груп. Корисна модель, ілюстрована кресленнями: На Фіг.1 показана структурна схема пристрою для електроживлення постійним струмом плавильної печі з некерованим мостом трифазного струму. На Фіг.2 схема пристрою з однофазними некерованими мостами. На Фіг.3 схема пристрою з транзисторними DC-DC перетворювачами. На Фіг.4 схема пристрою з трифазними інверторними джерелами живлення. На Фіг.5 схема пристрою з однофазними інверторними джерелами живлення. На Фіг.6 схема пристрою з двома групами. Пристрій (Фіг.1) містить щонайменше два паралельно увімкнутих модулі 1 електроживлення, кількість яких при необхідності може бути збільшена до п.Входи модулів електроживлення з'єднані з живильним джерелом G трифазного струму. Кожен модуль 1 містить з'єднані послідовно міст 5 трифазного струму, блок 9 корекції коефіцієнта потужності, проміжну схему 6, транзисторний блок 7 з блоком 8 керування. Транзисторні блоки з'єднані виходами через спільні струмопідвідні пристрої 2 з електродами 3, 4 плавильної печі. Блок 9 коефіцієнта потужності являє собою підвищуючий транзисторний перетворювач випрямних напруг і складається з: транзисторний 45714 6 ключ 10, накопичуваний дросель II, схема 12 керування на основі спеціалізованої мікросхеми (контролер). На Фіг.2 мост 5 трифазного струму виконаний у вигляді трьох однофазних некерованих мостів 5а, 5в, 5с, які живляться від відповідної лінійної напруги трифазної мережі. Виходи кожного з трьох мостів з'єднані зі своїм індивідуальним блоком 9а, 9в, 9с корекції коефіцієнта потужності. На Фіг.3 транзисторний блок 7 представлений у вигляді численних паралельно ввімкнутих транзисторних перетворювачів постійної напруги з гальванічним розв'язком (DC-DC перетворювач). На Фіг.4 модулі 1 електроживлення представлені інверторними джерелами живлення трифазного струму, що мають силові частини, кожна з яких містить вказаний мост 5, проміжну схему 6 і транзисторний DC-DC перетворювач 7. Останній містить інверторний блок 15 з блоком 8 керування, трансформатор 16 для гальванічного розв'язку і вихідний випрямний міст 17. Крім того, керування (регулювання вихідних параметрів) усіх модулів здійснюється загальним блоком 14 завдання режиму. На Фіг.5 модулі електроживлення виконані у вигляді трьох однофазних інверторних джерел живлення 1а, їв, 1с, входи яких приєднані до різних фаз трифазної мережі, а виходи з'єднані паралельно. Кожний модуль містить однофазний міст 5, коректор коефіцієнта потужності 9, проміжну схему 6 і транзисторний DC-DC перетворювач 7. На Фіг.6 модулі 1 електроживлення об'єднані в щонайменше дві групи (18, 19), кожна з яких містить n-кількість паралельно увімкнених модулів 1; виходи груп з'єднані послідовно. Застосування цієї схеми доцільно для створення пристрою для живлення електродугової (або плазмодугової) печі великої потужності, де потребуються великі струми при високій напрузі. Живлення пристрою може бути здійснене від промислової мережі, що містить стандартні підстанції. Загальний блок завдання режиму 14 призначений для задания параметрів плавки. Для задания необхідної напруги уставки (Uуст.) використовується потенціометр (на схемі не вказано) за аналоговою формою сигнала і тактові кнопки за цифровою формою. Пристрій працює таким чином: при подачі напруги мережі на модулі 1 на блок 9 коректора коефіцієнта потужності подається випрямлена напруга через міст 5, і відбувається заряд накопичувальної ємності проміжної схеми 6 неперервним струмом, оскільки в ланцюг вхідного струму на всіх робочих інтервалах (як при ввімкненні транзисторного ключа 10, так і при його вимкненні) включений дросель 11, що виключає можливість різкої зміни струму. За допомогою транзисторних блоків 7 (або DC-DC перетворювачів, що працюють на високих частотах) енергія, накопичена в ємності проміжної схеми б, перетворюється у технічні параметри плавки. Для реалізації запропонованого пристрою по приведених функціональних схемах можуть бути 7 використані відомі технічні засоби: серійні (стандартні) DC-DC перетворювачі з гальванічним розв'язком, коректори коефіцієнта потужності з однофазними мостами. Модулі електроживлення найдоцільніше будувати на базі серійних інверторних джерел живлення (наприклад, зварювальних), які містять вказані вище функціональні вузли. Дані джерела живлення мають менші габаритні розміри і масу (через відсутність у них силового трансформатора, працюючого на частоті мережі). Крім того відчутні понижені енерговитрати при високому ККД. 45714 8 При цьому виключення додаткових витрат на розробку та виготовлення нових конструктивних елементів дає високий економічний ефект, що особливо відчутний у разі використання для створення потужного плавильного устаткування стандартних однофазних інверторних зварювальних джерел живлення, оскільки ринок сучасного зварювального обладнання заповнений саме такими джерелами живлення на струми 160-200А як зарубіжних/ так і вітчизняних виробників. Збільшення кількості таких джерел живлення пристрою компенсується підвищенням його надійності, безперебійною й довготривалою роботою. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 45714 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601