Установка стабілізації струму навантаження

Установка стабілізації струму навантаження, яка містить перший реактор, конденсаторну батарею і навантаження, з'єднані в зірку з виводами для підключення джерела живлення, дросель, з'єднаний з конденсаторною батареєю, а також Винахід належить до галузі електротехніки та може бути використаний в електротехнічних пристроях різноманітного призначення, що вимагають стабілізації величини струму та характеризуються широким діапазоном зміни опору навантаження та частими обривами кола струму навантаження, зокрема в електротермії для установок електродугового нагрівання, зварювання тощо ВІДОМІ установки стабілізації струму навантаження, що містять реактор, конденсаторну батарею (реактивні опори яких вибрані з умови резонансу на частоті напруги джерела живлення, тобто рівні між собою, які забезпечують стабілізацію струму навантаження в діапазоні зміни опору навантаження від його значення при короткому замиканні до номінального (див А Н Милях, И В Волков, Система переменного тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей К Наукова думка, 1974, -с 7) Такі установки мають підвищену встановлену потужність реактивних елементів в режимі неробочого ходу (під час обриву кола струму навантаження) внаслідок різкого збільшення напруги на конденсаторній батареї та реакторі Відома також установка стабілізації струму навантаження, яка містить перший реактор, конденсаторну батарею і навантаження, з'єднані в зірку з виводами для підключення джерела живлення, резистор, увімкнений послідовно з дроселем, яка відрізняється тим, що додатково містить другий та третій реактори, причому другий реактор сполучений послідовно з конденсаторною батареєю, третій реактор сполучений послідовно з резистором, а реактивний опір конденсаторної батареї у 2-5 разів більший реактивного опору першого реактора, індуктивний опір другого реактора складає 0,1-0,2 від реактивного опору конденсаторної батареї, індуктивний опір третього реактора складає 0,15-0,3 від реактивного опору конденсаторної батареї, причому опір резистора становить 0,030,1 від реактивного опору конденсаторної батареї дросель, з'єднаний з конденсаторною батареєю, а також резистор увімкнений послідовно з дроселем (А/С № 1570532 МКИ G05F3/06) Причому реактивні опори першого реактора та конденсаторної батареї вибрані рівними на частоті мережі живлення Опір резистора становить 0,1 - 0,3 від опору конденсаторної батареї Однак, як показав аналіз властивостей схеми прототипу при наявності у ВІТЦІ навантаження великої індуктивності, зокрема під час живлення дугових сталеплавильних печей, схема прототипу характеризується підвищеною встановленою потужністю першого реактора, конденсаторної батареї в нормальному режимі, а в режимі неробочого ходу навантаження напруга на конденсаторній батареї перевищує більш ніж в 2 рази номінальну и напругу, а діюче значення струму конденсаторної батареї майже в 4 рази перевищує її номінальний струм Кидки струму дроселя є 70 кратними по відношенню до номінального його струму намагнічення, що є небезпечним для обладнання установки стабілізації струму навантаження Це обумовлено виникненням ферорезонансних явищ на ультрагармоніці 2-го порядку (по відношенню до частоти джерела живлення), а також виникненням субгармонічних складових коливань струмів та напруг елементів установки стабілізації струму навантаження, які супроводжують явища фероре СО 00 00 47883 зонансу (фіг 4) В основу винаходу поставлено зав дайна створення установки стабілізації струму навантаження, у якій введення додаткових елементів дозволило б забезпечити обмеження амплітуди струму конденсаторної батареї та дроселя і за рахунок цього зменшити сумарну встановлену потужність елементів установки Поставлене завдання вирішується тим, що в установку стабілізації струму навантаження, яка містить перший реактор, конденсаторну батарею і навантаження, з'єднані в зірку з виводами для підключення джерела живлення, дросель, з'єднаний з конденсаторною батареєю, а також резистор увімкнений послідовно з дроселем, згідно з винаходом з метою зменшення встановленої потужності ректора і конденсаторної батареї та обмеження амплітуди струму і напруги конденсаторної батареї та дроселя в режимі неробочого ходу навантаження додатково внесено другий та третій реактори, причому другій реактор сполучений послідовно з конденсаторною батареєю, третій реактор сполучений послідовно з резистором, а реактивний опір конденсаторної батареї у 2 - 5 разів більший реактивногоопору першого реактора, індуктивний опір другого реактора складає 0,1 - 0,2 від реактивного опору конденсаторної батареї, індуктивний опір третьою реактора складає 0,15 - 0,3 від реактивного опору конденсаторної батареї, причому, опір резистора становить 0,03 - 0,1 від реактивного опору конденсаторної батареї Розстроєнням резонансною контура, що утворюється першим реактором та конденсаторною батареєю установки стабілізації струму навантаження за умови, що реактивний опір конденсаторної батареї у 2 - 5 разів більший реактивного опору першого реактора, досягнено зменшення їх встановленої потужності в нормальному режимі, а уведенням додаткових реакторів досягнено обмеження амплітуди струмів конденсаторній батареї та дроселя в режимі неробочого ходу навантаження, що дозволяє зменшити сумарну встановлену потужність елементів установки На фіг 1 зображена електрична схема установки стабілізації струму навантаження, на фіг 2 зображені графіки (функцій струмів першого реактора та конденсаторної батареї від резистансу навантаження дня випадку робот установки стабілізації струму навантаження на дугову сталеплавильну піч з трансформаторним агрегатом ЕТЦНК13500/10 на фіг 3 зображені часові діаграми струмів та напруг елементів установки стабілізації струму навантаження, на фіг 4 зображені часові діаграми струмів та напруг елементів схеми прототипу, де 1 - перший реактор 2 - конденсаторна батарея, 3 - дросель, 4 - резистор, 5 - резистор навантаження, 6 - індуктивний опір навантаження 7 - другий реактор, 8 - третій реактор, 9 - струм першого реактора в схемі винаходу 10 - струм конденсаторної батареї в схемі винаходу, 11 струм першого реактора в схемі прототипу, 12 струм конденсаторної батареї в схемі прототипу, 13 - струм дроселя, 14 - струм конденсаторної батареї, 15 - напруга конденсаторної батареї, 16 струм першого реактора, 17 - струм дроселя, 18 струм конденсаторної батареї, 19 - напруга конденсаторної батареї, 20 - струм першого реактора Установка стабілізації струму навантаження складається зі з'єднаних в зірку першого реактора 1, конденсаторної батареї 2, ємнісний опір якої в 2 - 5 разів більший індуктивного опору першого реактора 1, а також вітки з активним 5 та індуктивним 6 опорами навантаження, а також другого реактора 7 увімкненого послідовно з конденсаторною батареєю 2 та індуктивним опором, що складає 0,1 - 0,2 від реактивного опору конденсаторної батареї 2, вітки з послідовно сполученими дроселем З, резистором 4 опір якого становить 0,03 - 0,1 від реактивного опору конденсаторної батареї 2 та третього реактора 8, реактивний опір якої складає 0,15 - 0,3 від реактивного опору конденсаторної батареї 2, під'єднаної паралельно до вітки з конденсаторною батареєю 2 та другим реактором 7 (фіг 1) Установка працює так При ЗМІНІ активного опору 5 навантаження від нуля до номінального значення струм першого реактора 1 зменшується, а струм конденсаторної батареї 2 зростає (фіг 2) При цьому струм вітки навантаження з елементами 5, 6 запишається практично незмінним При ЗМІНІ активного опору 5 навантаження від номінального значення і до значення під час обриву кола навантаження дросель 3 насичується і частково обмежує амплітуду струму та напруги конденсаторної батареї 2 Але за рахунок наявності паралельного контура, який утворюється конденсаторною батареєю 2 та нелінійним дроселем 3, виникають ферорезонансні явища, що супроводжуються збільшенням напруг та струмів елементів установки стабілізації струму навантаження понад допустимі значення За рахунок уведення в схему другого 7 та третього 8 реакторів вдається повністю уникнути ферорезонансних явищ (фіг 3) Параметри реактора та конденсаторної батареї підібрані таким чином, щоб забезпечити в схемах прототипу Х _ = Хс та винаходу Хс = 5Х|_ при | номінальному значенні резистанса навантаження (RHOH - 8мОм) струму навантаження Інав - 19,5 (кА), що відповідає номінальному струму печі При цьому потужність, що виділяється на резисторі навантаження при номінальному резистансі навантаження буде рівною Рнав = 0,008 19,52 = 3,03 (МВт) Встановлена потужність реактора визначається за формулою _ у Г\ L Л — І m a і max І _ " ' U O + R H O M ) x де 'L - найбільше значення струму реактора в діапазоні зміни резистансу навантаження від 0 Д О R H O H Для схеми прототипу (Х|_ = Хс) потужність реактора QL = 8,48-0,684 2 =4(MBA) Аналогічно визначається встановлена потужність конденсаторної батареї для резонансної схеми (Х|_ = Хс) Q c = X C -I^ 0 X +RHOM) =8,48-0,6762 =3,9 (Мвар) Відносна сумарна встановлена потужність реактора та конденсаторної батареї 47883 QL + QC_ 4+3,9 Q,*rv = = 2,53 P™ ~ 3,03 . Для схеми винаходу Хс = 5X|_ встановлена потужність реактора QL = 3,04 0.5992 = 1,1 (MBA) Конденсаторної батареї Qc = 15,23 0.371 2 = 2,15 (Мвар) Відносна сумарна встановлена потужність елементів нерезонансної схеми QL + Q C _ 11 + 2,15 , = 1,05 Q,*rv = P.™ ~ 3,03 Як показав проведений розрахунок, встановлена потужність реактора і та конденсаторної батареістановки стабілізації струму навантаження при ЗМІНІ резистансу навантаження від нуля до номінального значення в схемі винаходу (Хс = 5 Х|_) зменшується майже в 2,5 рази у порівнянні зі схемою прототипу (Хс = Х|_) Як підтверджено експериментами на цифровій математичній моделі, індуктивний опір другого реактора 7 повинен знаходитись в межах 0,1 - 0,2 від реактивного опору конденсаторної батареї 2 для ефективного усунення ферорезонансних явищ Як видно з фіг 3, застосування другого 7 та третього 8 реакторів дозволило повністю уникнути ферорезонансних явищ Напруга на конденсаторній батареї установки стабілізації струму зменшилась в 2 рази, діюче значення струму КБ не перевищує номінальний струм більш ніж на 30% Для визначення встановлених потужностей елементів установки стабілізації струму навантаження, виконаної за схемами винаходу та прототипу з допомогою цифрової математичної моделі здійснено гармонічний аналіз кривих (фіг 3, 4) та обчислені ДІЮЧІ значення ВІДПОВІДНИХ параметрів режиму (табл 1) На підставі отриманих (табл 1) значень параметрів режиму обчислено встановлені потужності (табл 2) установки стабілізації струму навантаження, виконаної за схемами винаходу і прототипу Як видно з таблиці 2, в режимі неробочого ходу навантаження відносна сумарна встановлена потужність елементів схеми винаходу складає 1,96 від номінальної потужності навантаження, що є в 4 рази меншим, ніж в схемі прототипу Установка стабілізації струму навантаження може бути виготовлена на базі промислового електротехнічного обладнання Таблиця 1 Параметри режиму установки стабілізації струму навантаження в режимі неробочого ходу Схема винаходу Схема пртотапу Параметр режиму 1190 Діюче значення струму 466 конд. Батареї, !&, А Діюче значення струму 1000 310 першого реактора, І^А Діюче значення струму 53 370 дроселя,/^ А Діюче значення напруги 9Д 6Д дроселя, Umr кВ Номінальне амплітудне 7,99 9,6 значення напруги конденсаторної батареї, кВ 7 47883 8 Таблиця 2 Встановлені потужності елементів установко стабілізації струму навантаження Схема прототипу Схема винаходу Назва Відносна встановлена 1,0 036 потужність першого реактора, Q*p 1,27 Відносна встановлена 6Д потужність конденсаторної батареї, 0 ^ 1,12 ОДІ Відносна встановлена потужність дроселя, ^„p Відносна встановлена 0,0003 0,02 потужність резистора, Рр€Г Відносна встановлена потужність другого реактора, Є^р 0,22 Відносна встановлена потужність третього реактора,^ 0,0035 Відносна сумарна встановлена потужність елементів схеми установки стабілізації струму навантаження, g ^ z 1,96 8,24 47883 4 10 6 RH&B, MOM Фіг. 2 Фіг. З i-vp, А *'" Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71