Пристрій для електроживлення плавильної печі постійного струму

Пристрій для електроживлення плавильної печі постійного струму, що містить блок задання сигналу керування, давач напруги трифазної мережі живлення, систему імпульсно-фазового керування, а також у кожній фазі пару зустрічнопаралельно з'єднаних тиристорів, однофазний силовий трансформатор, дросель, мостовий некерований випрямний блок, струмопровід, причому виводи вторинної обмотки кожного однофазного силового трансформатора через відповідний мостовий некерований випрямний блок, дросель і струмопровід з'єднані паралельно з електродами плавильної печі, вивід первинної обмотки кожного однофазного силового трансформатора з'єднаний з першим виводом відповідної пари зустрічнопаралельно з'єднаних тиристорів, фазні виходи системи імпульсно-фазового керування сполучені з керуючими виводами відповідної пари зустрічнопаралельно з'єднаних тиристорів, а її вхід синхронізації підімкнений до виходу давача напруги трифазної мережі живлення, входи якого з'єднані з U 2 58231 1 3 тиристорів, фазні виходи системи імпульснофазового керування сполучені з керуючими виводами відповідної пари зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів, а її вхід синхронізації підімкнений до виходу давача напруги трифазної мережі живлення, входи якого під'єднані до відповідних фаз трифазної мережі живлення, другий вивід первинної обмотки кожного однофазного силового трансформатора під'єднаний до відповідної відстаючої фази трифазної мережі живлення. [Патент на корисну модель №21273 UA. Пристрій для електроживлення постійним струмом плавильної печі. Проскудін В.М., Болоташвілі А.А. - Опубл. в Бюл. ПВ № 3, 2007р.]. Недоліком даного пристрою є те, що для регулювання його вихідної напруги (напруги на дузі) використовуються зустрічно-паралельно з'єднані тиристори у колі живлення первинних обмоток однофазних силових трансформаторів, при роботі яких має місце значне спотворення синусоїдності струмів первинних обмоток цих трансформаторів, і, відповідно, лінійних струмів, що споживаються з трифазної мережі живлення, бо при закритих тиристорах розривається коло для протікання струмів. За цієї причини мають місце безструмові паузи на періоді зміни струму, що негативно впливає на умови запалювання і горіння дуги та показники якості напруги на шинах трифазної мережі живлення, а також генеруються в мережу вищі гармоніки струму зі значною амплітудою. Відповідно цьому спотворюється форма напруги трифазної мережі живлення, має місце низька ефективність перетворення електричної енергії у теплову, при глибокому регулювання напруги на електроді значно погіршуються умови запалювання і горіння дуги, мають місце додаткові втрати електричної енергії в однофазних силових трансформаторах, дроселях, струмопроводах, що негативно впливає на техніко-економічні показники плавильної печі постійного струму: зростають питомі витрати електроенергії та енергоємність металопродукції, знижується продуктивність плавильної печі та її коефіцієнт потужності. В основу корисної моделі покладено завдання розробити такий пристрій для електроживлення плавильної печі постійного струму, у якому завдяки включенню нових елементів в коло первинних обмоток однофазних силових трансформаторів забезпечувалося би менше спотворення синусоїдності струмів первинних обмоток, усувалися б або зменшувалися б безструмові паузи, отримувалося би зменшення рівнів амплітуд вищих гармонік, що генеруються в трифазну мережу живлення, та забезпечувалося б поліпшення умов запалювання і горіння дуги, досягалося б підвищення ефективності перетворення електричної енергії в теплову в плавильній печі, а також досягалося б поліпшення техніко-економічних показників. Поставлене завдання досягається тим, що пристрій для електроживлення плавильної печі постійного струму, що містить блок задання сигналу керування, давач напруги трифазної мережі живлення, систему імпульсно-фазового керування, а також у кожній фазі пару зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів, однофазний силовий транс 58231 4 форматор, дросель, мостовий некерований випрямний блок, струмопровід, при цьому виводи вторинної обмотки кожного однофазного силового трансформатора через відповідний мостовий некерований випрямний блок, дросель і струмопровід під'єднані паралельно до електродів плавильної печі, вивід первинної обмотки кожного однофазного силового трансформатора під'єднаний до першого виводу відповідної пари зустрічнопаралельно з'єднаних тиристорів, фазні виходи системи імпульсно-фазового керування сполучені з керуючими виводами відповідної пари зустрічнопаралельно з'єднаних тиристорів, а її вхід синхронізації підімкнений до виходу давача напруги трифазної мережі живлення, входи якого під'єднані до відповідних фази трифазної мережі живлення, другий вивід вторинної обмотки кожного однофазного силового трансформатора під'єднаний до відповідної відстаючої фази трифазної мережі живлення, згідно корисної моделі, він додатково містить у кожній фазі живлення первинних обмоток однофазних силових трансформаторів одну чи більше паралельних тиристорно-реакторних груп, кожна з яких складається з паралельного сполучення пари зустрічно-паралельно включених тиристорів і дроселя, відповідне їм число систем імпульсно-фазового керування, давач струмів первинної обмотки однофазного силового трансформатора, а також елемент "зона нечутливостіобмеження", причому другий вивід кожної пари зустрічно-паралельно включених тиристорів через послідовно сполучені одну чи більше паралельних тиристорно-реакторних груп під'єднаний до виводу відповідної фази трифазної мережі живлення, керуючі виводи тиристорів однойменних паралельних тиристорно-реакторних груп у кожній фазі під'єднані до відповідного фазного виходу однойменної системи імпульсно-фазового керування, вхід синхронізації кожної з них під'єднаний до виходу відповідного давача струму первинної обмотки однофазного силового трансформатора, а керуючі входи кожної системи імпульснофазового керування сполучені з відповідним виходом елемента "зона нечутливості-обмеження", вхід якого під'єднаний до виходу блоку задання сигналу керування. Завдяки тому, що у пропонованому пристрої для електроживлення плавильної печі постійного струму у коло живлення первинних обмоток силових однофазних трансформаторів включено паралельні тиристорно-реакторні групи, то на більшій частині робочого діапазону регулювання напруги на первинних обмотках цих трансформаторів використовується щонайменше одна паралельна тиристорно-реакторна група, при зміні кута керування тиристорами яких коло протікання струмів первинних обмоток цих трансформаторів завдяки наявності дроселів в паралельних тиристорнореакторних групах не розривається. Завдяки цьому спотворення синусоїдності струмів цих обмоток є незначним. У результаті зменшується рівень ампулітуд генерованих у мережу вищих гармонік струму (зменшується коефіцієнт спотворення синусодності лінійних струмів, що споживаються з мережі) і відповідно зменшується коефіцієнт спо 5 творення синусоїдності напруги у точці під'єднання пропонованого пристрою для електроживлення плавильної печі постійного струму до трифазної мережі живлення. Як наслідок, зменшується негативний вплив роботи такого пристрою для електроживлення плавильної печі на техніко-економічні показники інших електроспоживачів, що мають спільну точку під'єднання до трифазної мережі живлення, показники і режими яких суттєво залежать від форми напруги живлення. Завдяки усуненню безструмових пауз на періоді зміни струму на більшій частині робочого діапазону регулювання напруги на первинних обмотка однофазних силових трансформаторів поліпшуються умови запалювання та горіння дуг, зменшуються активні втрати електроенергії в силових однофазних трансформаторах, дроселях і струмопроводах і відповідно цьому поліпшуються й інші технікоекономічні показники плавильної печі постійного струму, зокрема зменшуються питомі витрати електроенергії та енергоємність металопродукції, підвищуються коефіцієнт потужності та продуктивність плавильної печі. На фіг. 1 представлено функціональну блоксхему пропонованого пристрою для електроживлення плавильної печі постійного струму; на фіг. 2 зображено залежності напруг на. виходах елемента "зона нечутливості-обмеження" від вхідного сигналу керування. На фіг. 1 використано такі позначення: 1 - однофазні силові трансформатори; 2 - пари зустрічно-паралельно включених тиристорів; 3 - система імпульсно-фазового керування пар зустрічнопаралельно включених тиристорів 2; 4, 5 і 6 - паралельні тиристорно-реакторні групи; 7, 8 і 9 - системи імпульсно-фазового керування тиристорів паралельних тиристорно-реактор-них груп; 10 давач напруги трифазної мережі живлення; 11 давач струмів первинних обмоток однофазних силових трансформаторів 1; 12 - елемент "зона нечутливості-обмеження"; 13 - блок задання сигналу керування; 14 - мостові некеровані випрямні блоки; 15 - дроселі; 16 - струмопроводи; 17 - робочий електрод; 18 - нульовий електрод; 19 - плавильна піч. Пристрій для електроживлення плавильної печі постійного струму містить у колі фаз А, В, С живлення первинних обмоток кожного однофазного силового трансформатора 1 пари зустрічнопаралельно включених тиристорів 2, їх систему імпульсно-фазового керування 3, одну 4 чи більше 5 та 6 паралельних тиристорно-реакторних груп і їх системи імпульсно-фазового керування 7, 8, 9 відповідно, давач напруги 10 трифазної мережі живлення, давач струмів 11 первинних обмоток однофазних силових трансформаторів 1, елемент "зона нечутливості-обмеження" 12, блок задання сигналу керування 13, мостовий некерований випрямний блок 14, дросель 15, струмопроводи 16, а також робочий електрод 17, нульовий електрод 18 та плавильну піч 19, причому у кожній фазі живлення однофазного силового трансформатора 1 перші виводи його первинної обмотки під'єднані до першого виводу відповідної пари зустрічнопаралельно включених тиристорів 2, а другі виво 58231 6 ди під'єднані до виводу відповідної відстаючої фази А, В чи С трифазної мережі живлення; другий вивід відповідної пари зустрічно-паралельно включених тиристорів 2 через послідовно сполучені одну 4 чи більше 5 та 6 паралельних тиристорно-реакторних груп під'єднаний до відповідної фазної шини А, В чи С трифазної мережі живлення, керуючі виводи пар зустрічно-паралельно включених тиристорів 2 сполучені з відповідними фазними виходами їх системи імпульсно-фазового керування 3, а керуючі виводи тиристорів однойменних паралельних тиристорно-реакторних груп 4, 5 та 6 під'єднані до відповідного фазного виходу їх системи імпульсно-фазового керування 7, 8 та 9 відповідно, вхід синхронізації системи імпульснофазового керування 3 сполучений з виходом давача напруги 10 трифазної мережі живлення, входи якого під'єднані до відповідних фазних шин А, В, С трифазної мережі живлення, а вхід синхронізації кожної з систем імпульсно-фазового керування 7, 8 та 9 під'єднаний до виходу давача струмів 11 фаз первинних обмоток однофазних силових трансформаторів 1, керуючі входи систем імпульсно-фазового керування 3, 7, 8 та 9 сполучені з відповідним виходом елемента "зона нечутливості-обмеження" 12, а його вхід під'єднаний до виходу блоку задання сигналу керування 13, виводи вторинних обмоток кожного однофазного силового трансформатора 1 через відповідний мостовий некерований випрямний блок 14, дросель 15 і струмопроводи 16 під'єднані паралельно до робочого електроду 17 і нульового електроду 18 плавильної печі 19. Пристрій для електроживлення плавильної печі постійного струму працює наступним чином. Регулювання напруги (потенціалу) між робочим 17 і нульовим 18 електродами плавильної печі 19 реалізується шляхом зміни напруги на первинних обмотках однофазних силових трансформаторів 1, що виконується відповідним регулюванням кутів відкривання тиристорів паралельних тиристорнореакторних груп 4, 5 та 6 та пар зустрічнопаралельно включених тиристорів 2. Значення кутів, у свою чергу, визначається сигналом керування Uк, що формується на виході блоку задання сигналу керування 13, і діаграмою "вхід-виходи" елемента "зона нечутливості-обмеження" 12, яку показано на фіг. 2. Наведена діаграма сигналів елемента "зона нечутливості-обмеження" 12 відповідає використанню для регулювання напруги на первинних обмотках однофазних силових трансформаторів 1 трьох паралельних тиристорнореакторних груп 4, 5 та 6 і пари зустрічнопаралельно включених тиристорів 2. Вихідні сигнали на першому, другому, третьому і четвертому виходах елемента "зона нечутливості-обмеження" 12 позначені як Uвих4, Uвих5, Uвих6, Uвих2 відповідно і вони є вхідними сигналами керування систем імпульсно-фазового керування 7, 8, 9 та 3 відповідно. Зміна сигналу на будь-якому виході елемента "зона нечутливості-обмеження" 12 в межах від нуля до Umax призводить до зміни кута відкриванвих ня відповідної пари тиристорів від min до max. 7 Повний діапазон зміни напруги [Uн, 0] на первинних обмотках однофазних силових трансформаторів 1 розділяється на два суміжні піддіапазони. У першому зміна напруги від номінальної UH до значення U1=(0,1..0,05)Uн виконується плавним регулюванням сумарної індуктивності реакторів паралельних тиристорно-реакторних груп 4, 5 та 6, а у другому - від значення U1 до нуля - регулюванням кута  відкривання тиристорів пар зустрічнопаралельно включених тиристорів 2 в межах від 90° до 180° відносно фази напруги трифазної мережі живлення (це нелінійні елементи в колі первинних обмоток силового трансформатора). У першому піддіапазоні регулювання напруги кут  цих пар зустрічно-паралельно включених тиристорів =min=900=const, за якого їх тиристори є завжди відкритими і вони є у цьому піддіапазоні регулювання лінійними елементами у колі живлення первинних обмоток кожного однофазного силового трансформатора 1. Регулювання значення еквівалентної індуктивності (еквівалентного індуктивного опору) дроселя кожної з паралельних тиристорно-реакторних груп 4, 5 та 6 виконується шляхом шунтування її дроселя (реактора) на плавно регульованій частині півперіоду напруги трифазної мережі живлення її зустрічно-паралельно включеними тиристорами. При куті відкривання тиристорів будь-якої паралельної тиристорно-реакторної групи з кутом     0 (відлік кута виконується відносно фази струму відповідної первинної обмотки однофазного силового трансформатора 1), значення індуктивності дорівнює нулю: L др.е  0 , а при =mах=90° її значення дорівнює номінальній індуктивності дроселя: L др.е  L др.н. При таких кутах відкривання паралельні тиристорно-реакторні групи 4, 5 та 6 є лінійними елементами в колі живлення первинних обмоток однофазних силових трансформаторів 1. Для проміжних значень кута 0