Система питания магнитодинамической установки
СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (l 9) (!! )
4(5() ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCMOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3472452/24-07 го напряжения, создаваемого в обмотке (22) 16.08.82 соответствующего автотрансформатора, (46) 07.07.85. Бюл. Р.25 причем один вывод индукторов связан (72) А.К..Шидловский, Б.П.Борисов, . с одним из выводов обмотки первого
В.К.Шнурко, П.И.Загоровский, -.. автотрансформатора, один вывод peryН.И.Хомутин и Л.И.Евтушенко лируемого конденсатора связан с од(71) Институт электродинамики AH.Ук- ним из выводов обмотки второго автораинской ССР трансформатора, а выводы электромаг(53) 621. 316. 761. 2 (088. 8) нитов через ключи связаны с выводами (56) 1. Авторское свидетельство СССР обмотки первого автотрансформатора, Р 271643, кл. Н 02 J 3/26, 1968. . отличающаяся тем, что, 2. Авторское свидетельство СССР .. с целью повышения производительности
Р 406266, кл. Н 02 J 3/26, .1972. магнитодинамической установки, рас3. Шидловский А.К., Борисов Б.П.,- ширения диапазона ее регулирования
Симметрирование однофазных и двупле- ; и уменьшения установленной мощности, чевых электротехнологических устано- в систему введен третий автотрансфорвок. Киев, "Наукова думка", 1977, . : матор, подключенный на третье линейс. 117. - ное напряжение указанной сети, выпол4. Авторское свидетельство СССР ненный с выводами для получения на
Ф 778641, кл. Н 02 J 3/26, 1978. . подключаемых к нему электромагнитах (54)(57) 1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ МАГНИТОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, имеющей два трансформатора, при этом другой общий параллельно включенных индуктора .и вывод индукторов, другой вывод регудва параллельно включенных электролируемого конденсатора и другой обмагнита, содержащая первый автотрансщий вывод электромагнитов связаны с форматор, подключенный на одно линейодним из выводов обмоток соответстное напряжение трехфазной сети, втовенно второго, первого и третьего аврой автотрансформатор., подключенный тотрансформаторов. на другое линейное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и 2. Система питания по п. 1, о т— регулируемый конденсатор для симмет- л и ч а ю щ а я с я тем, что паралрирования токов сети, при этом оба лельно индукторам и электромагнитам автотрансформатора выполнены с выво- включены дополнительно введенные дами для получения на индукторах и компенсирующие регулируемые конденг электромагнитах частичного или полно- -.саторы.
1, 11662
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке средств для электромагнитного нагрева и перемещения расплавленного металла с применением источников питания, имеющих средства для симметрирования, а более конкретно — касается магнитодинамической установки. Наиболее эффективно изобретение можно использовать 10 для подогрева и дозированной разливки металлов в литейные формы в соответствии с требованиями технологического процесса при одновременном обеспечении симметрии токов в питающей сети.
Для автоматизации литейного производства широко применяются различные разливочные устройства и дозаторы расплавленных металлов (механические,20 пневматические и электромагнитные).
Наиболее полно отвечают требованиям производства дозаторы магнитодинамического типа или магнитодинамические установки (МДУ), работа которых ос- 25 нована на взаимодействии тока и магнитного потока в активной зоне этих установок.
При питании переменным током производительность МДУ в процессе разливки металла зависит не только от действующих значений тока и магнитного потока, но и от их начальных фаз, что предъявляет специфические требования к параметрам питающей электрической энергии и, соответственно, к схемам блоков питания. Кроме отмеченных особенностей МДУ характеризуются еще и тем, что для многофазной сети они являются несимметричными нагрузками, вызывающими несимметрию токов и напряжений, отрицательно влияющих на работу всех элементов сети, в том числе и самих
МДУ.
Известны устройства, в которых блок питания содержит трансформаторы или автотрансформаторы, к которым подключаются регулируемый конденсатор и две нагрузки МДУ, которыми в частности, могут быть индуктор и электромагнит (1 g и (2 .
В этих устройствах соотношение начальных фаз напряжений на нагрузках выбирается из условия минимизации установленной мощности, что требует включения индуктора с более высоким коэффициентом мощности на отстающее
18 2 по фазе (примерно на 110 ) напряжение сети, в то. время, как для обеспечения эффективной работы МДУ, угол
1 сдвига фаз между напряжениями, питающими электромагнитные системы установки, должен находиться в диапазоне
120О при опережающем напряжении на системе индуктора. Поэтому такие устройства не могут обеспечить достижение необходимых технологических параметров, например, заданного уровня электромагнитного напора.
Известна система питания МДУ в которой системы индуктора и электромагнита могут подключаться к трехфазной сети непосредственно или с помощью блока питания. При этом блок питания содержит первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение многофазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для симметрирования токов сети. Блок питания включает еще и третий автотрансформатор,предназначенный для питания электромагнита. Все автотрансформаторы имеют множество выводов для получения на подключаемых
1 нагрузках частичного или полного напряжения, при этом нагрузкой для первого автотрансформатора является индуктор, один вывод которого оперативно связан с одним из выводов обмотки этого автотрансформатора, а один вывод регулируемого конденсатора — с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора, в то время, как второй вывод этого конденсатора подключен к соответствующей фазе сети.
В этой конструкции системы питания
МДУ второй автотрансформатор выполняет функции фазосдвигающего элемента электромагнитного делителя напряжения), обеспечивающего регулируемый конденсатор напряжением, имеющим оптимальную (с точки зрения симметрирования токов сети) начальную фазу, определяемую условиями симметрирования (,31.
Первый и третий автотрансформаторы обеспечивают питание, соответственно, индуктора и электромагнита, причем автотрансформатор, питающий электромагнит, имеет низкий коэффици-. ент использования, так как время за„ливки металла в литейную форму в общем технологическом цикле работы усз 1166218 тановки обычно составляет 10-30 X.
Таким образом, в установке задачи питания и оптимизации симметрирования решаются раздельно. Кроме того, начальные фазы напряжения на входе таких ИДУ определяются возможностями трехфазной электрической сети и не всегда являются оптимальными, что ухудшает эффективность использования электрической энергии и, в конечном 1О счете, приводит к низкой эффективности работы установки в целом. Кроме того, раздельное использование автотрансформаторов для электропитания и симметрирования токов трехфазной сети приводит также к повышению установленной мощности устройства.
Соотношения мощностей индуктора, электромагнита и регулируемого конденсатора таковы, что практически .все три автотрансформатора имеют одинаковую мощность, поэтому при питании ИДУ, содержащих более одного индуктора и электромагнита, необходимо либо увеличить число питающих автотрансформаторов, либо, соответственно, их мощность. Это приводит, в свою очередь, к дополнительному увеличению установленной мощности блока дитания.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система питания ИДУ,.которая может быть использована для питания ИДУ с двумя, параллельно соединенными индукторами 35 и двумя параллельно включенными электромагнитами, содержащая первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, под- 40 ключенный на другое линейное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполне- 45 ны с выводами для получения на индукторах и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод 50 индукторов связан с одним из выводов обмотки первого авФотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора — с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора, а выводы 55 электромагнитов через ключи — с выва дами обмоток обоих трансформаторов.
Такое техническое решение позволяет использовать автотрансформаторы как в качестве источника питания, так и совместно с регулируемым конденсатором — для симметрирования токов сети P4g.
Применение известной системы питания для ИДУ, имеющей два .индуктора и два электромагнита, предназначенные для заливки металла одновременно в две или одну формы, требует увеличения установленной мощности автотрансформаторов в два раза, либо соответствующего увеличения количества этих автотрансформаторов, что приведет, в свою очередь, к дополнительному увеличению установленной мощности системы питания и уменьшению производительности ИДУ.
Цель изобретения — повышение производительности, расширение диапазона ее регулирования и уменьшение установленной мощности ИДУ.
Поставленная цель достигается тем, что в -системе 1 итания ИДУ, имеющей два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных элек. тромагнита, содержащей первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое линейное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с выводами для получения на индукторах и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод индукторов связан с одним из выводов обмотки первого автотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора — с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора, а выводы электромагнитов через ключи — с выводом обмотки первого автотрансформатора, введен третий автотрансформатор, подключенный на третье линейное напряжение указанной сети, выполненный с выводами для получения на подключаемых к нему электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке этого автотрансформатора, при этом другой общий вывод индукторов, другой вывод регулируемого кон--.. денсатора и другой общий вывод электромагнитов связан с одним иэ выводов
1166
5 обмоток, соответственно, второго, первого и третьего автотрансформаторов.
При этом параллельно индукторам и электромагнитам могут быть включены компенсирующие регулируемые конденсаторы.
Изобретейие обеспечивает расширение диапазона регулирования величины и начальной фазы напряжения на индук- 10 торах и электромагнитах при одновременном сохранении условий максимального тепломассообмена в каналах МДУ.
Введение компенсирующих конденсаторов дополнительно снижает установленную 15 .мощность МДУ, а также повышает коэффициент мощности питающей сети.
На фиг.1 приведена принципиальная схема системы питания предлагаемой
МДУ на фиг.2 — топографическая диаг- 20 рамма напряжений на элементах электрической схемы установки, иллюстри" рующая принцип ее работы.
Система питания МДУ содержит три автотрансформатора 3, регулируемые 25 конденсаторы 4-6, индукторы 7 и 8, электромагниты 9 и 10, последовательно с которыми включены ключи 11 и 12, соответственно.
Автотрансформаторы 1-3 и регули- З0 руемые конденсаторы 4-6 образуют систему питания МДУ, а индукторы
7 и 8 и электромагниты 9 и 10 явля.,ются нагрузкой этой системы питания. !
Предлагаемая МДУ подключается к 35 трехфазной сети питания, показанной в виде шин А, В и С, При этом обмотка ,13 автотрансформатора 1 подключена линейными выводами на линейное на1 пряжение Псд, обмотка 14 автотранс- 40 форматора 2 — на линейное напряжение Йяс, опережающее напряжение U ä,, а обмотка 15 автотрансформатора 3— на линейное напряжение Up, отстающее от напряжения- U<<.,Обмотки 13-15 45 имеют кроме линейных выводов и отпайки, представляющие собой выводы частей, обмотки, что обеспечивает оперативное подключение нагрузок к любым выводам обмоток, включая ли- 50 нейные выводы. Как показано на фиг.1„ параллельно включенные индукторы 7 и 8 подключены к обмоткам автотрансформаторов 1 и 2, параллельно включенные электромагниты — к обмоткам автотрансформаторов 1 и 3 через ключи 11 и 12 при условии сохранения соотношения начальных фаз
218 6 напряжений на индукторах и электромагнитах. Поэтому выбор отпаек автотрансформаторов 1-3 для подключения нагрузок осуществляется по требованию технологии, а возникающая при этом асимметрия токов в сети устраняется подключением регулируемого конденсатора 4 на соответствующие отпайки обмоток автотрансформаторов
1 и 2 с возможностью переключения
его выводов с одной отпайки на другую.
Согласно изобретению (фиг.1) параллельно индукторам 7 и 8 и электромагнитам 9 и 10 включены компенсирующие регулируемые конденсаторы
5 и 6..На фиг. 1 показан вариант установки, согласно которому обеспечивается работа с одним или двумя электромагнитами. В частных случаях кон денсатор 6 может представлять собой две группы конденсаторов, каждая из которых подключена непосредственно к одному из электромагнитов, что уменьшит. мощность, коммутируемую ключами.
Эти конденсаторы позволяют уменьшить плотность тока в обмотках автотрансформаторов, и как указывалось, уменьшить нагрузку ключей 11 и 12, При работе МДУ в режиме регулируемого подогрева металла, когда к отпайкам автотрансформаторов 1 и 2 подключены индукторы 7 и 8, выбор этих отпаек или коэффициентов трансформации КО=ПСА Ua Ì и 2 ВС U!! < с с<8< -"л rpe U — линейное напряжение трехл фазной сети. При заданном технологическим процессом значении МС<р,<, задавшись 1 коэффициентом К„, можно определить требуемое значение К и наоборот, например 1 1.66218 (7) 8 1+ 1 9 ся= С1 N7+Nq+N+=U7>q g ТВ+О+Т+=О, (4) rPe Й N< N+ U7 П8 U4. Т7 9 I8 У Т4- аеК 5 торы пульсирующих мощностей, напряжения и токи соответствующих элементов схемы. При этом один или оба вывода регулируемого конденсатора 4, соединенного с обмотками 13 и 14 автотрансформаторов 1 и 2, могут быть подключейы к линейным выводам автотрансформаторов 1 и 2, что позволяет оптимизировать реализацию условия (4), а также упростить схему управле-25 ния. В соответствии с уравнением (4) величина и начальная фаза напряжения на конденсаторе 4 определяются модулем и аргументом результирующего вектора пульсирующей мощности j.l 7 В f1 Е . = — + — . (5) 1 2 4 Необходимые величины коэффициентов трансформации автотрансформаторов 1 и 2 и величины напряжений на нагрузках определяются в соответствии с выражениями (1)-(3). Работа ЬДУ в режиме разливки металла осуществляется .подключением электромагнитов 9 и 10 к соответствующим выводам автотрансформаторов 1 и 3 с помощью ключей 11 и .12. Величина 45 и начальная фаза напряжения на электромагнитах определяется требованиями технологии и обеспечивается соответствующими значениями коэффициентов трансформации автотрансформатора 1 К =U /U0 4 и автотрансформатора 3 1 СЯ Kg=Ug8/Unrig, при этом величина и начальная фаза напряжения на электромагнитах 9 и 10 и подключенном параллельно им конденсаторе 6 определяется 55 выражениями u0,Д -UU(e) Линия C  на топографической диаграмме (фиг.2) соответствует вектору напряжения на индукторах 7 и 8 или конденсаторе 4 при подключении их к соответствующим отпайкам автотрансформаторов 1 и 2. Условие симметрирования для этого режима определяется уравнением Мощность-и начальная фаза напряжения на регулируемом конденсаторе 4 при работе МДУ в режиме разливки мЕталла определяется результирующим вектором пульсирующей мощности Й =Й 7+Й а+Йэ+Й 8=й е, (8) при этом мощность конденсатора 4 должна быть-равна () =N> а величина и аргумент вектора напряжения на этом конденсаторе и необходимые значения коэффициентов трансформации соответствующих автотрансформаторов могут быть определены с помощью выражения (1), (2), (3) и (5). При необходимости в схеме системы (фиг. 1) можно подобрать величины компенсирующих конденсаторов 5 и 6 таким образом, чтобы удовлетворялось условие Й =О и в то же время минимизировалась плотность токов в обмотках автотрансформаторов. В этом случае в выражениях (4) и (8) необходимо учесть пульсирующие мощности, создаваемые этими конденсаторами. В частных случаях указанные на фиг. 1 переключаемые выводы любого элемента схемы могут быть подключены к соответствующим линейным выводам обмоток автотрансформаторов. При заливке металла в одну форму может работать любой электромагнит (9 или 1О), подключаемый ключом 11 или 12. Принципиальных изменений в схему (фиг.1) такой режим работы МДУ не вносит, что делает ее технологически гибкой. Таким образом, автотрансформаторы в этой схеме осуществляют функции питания соответствующих нагрузок и регулирования начальных фаз напряжений на этих нагрузках. Анализ схемы и приведенные выражения показывают, что в схеме (фиг. 1) можно получить любые фазовые соотношения между напряжениями на индукторах, электромагнитах и конденсаторах, что делает схему гибкой при удовлетворении требований технологических режимов и сохранении высоких параметров качества электрической энергии в питающей сети. Использование изобретения для питания МДУ обеспечивает по сравнению с устройствами, не предусматри1166218 10 мах подогрева и разливки металлаз 9 вающими симметрирование токов сети к оптимизацию условий проведения технологического процесса подогрева и разливки расплавленных металлов в литейные формы, следующие преимущества: позволяет уменьшить установленную мощность автотрансформаторов и конденсаторов блока питания ИДУ, при этом отказаться от применения не,стандартных силовых дросселей обеспечивает работу ИДУ с максимальной производительностью в режипозволяет повысить коэффициент . мощности на входе схемы, а также рассчитать схему, которая может генерировать необходимое количество реактивной мощности в сеть, что будет способствовать стабилизации уровня 1р напряжения в трехфазной сети, повышению качества электрической энергии и повышению точности дозирования ИДУ. 1166218 Составитель И. Мнрошников Редактор В.Данко ТехредЛ.Мартяшова Корректор Е.Рошко Заказ 4318/49 Тираж 620 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная, 4
