Способ регулирования параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения печей индукционного нагрева (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)

 

Изобретение относится к силовой электронике и электротехнике и может быть использовано для экономии ресурсов при создании схем электропитания печей индукционного нагрева и для экономии электроэнергии при производстве металла в упомянутых печах. Предложены способы регулирования параметров электроэнергии в схемах питания печей индукционного нагрева, в том числе для схемы одновременного электропитания от одного питающего трансформатора группы печей индукционного нагрева. Для реализации способов разработаны устройства, которые позволяют, согласно способам, совместить в отдельных элементах устройств решение задач регулирования напряжения на зажимах индукторов одновременно группы печей, а также симметрирования нагрузки по фазам и компенсацию потребляемой печами реактивной мощности. Использование трансформаторно-тиристорных модулей в устройстве, которые имеют широкий набор различных стационарных режимов работы, позволяет заменить существующий в настоящее время непрерывный метод плавки черных металлов на раздельный. Последний дает возможность использовать природные магнитные свойства черных металлов и сократить затраты электроэнергии на единицу получаемой продукции. Сокращается материалоемкость устройства путем уменьшения расхода активных материалов на его изготовление, полностью исключаются механические контакты в трансформаторном оборудовании устройства и конденсаторных батареях его. Уменьшаются потери электроэнергии в элементах питающей сети, питающем трансформаторе и особенно в индукторе печи. 4 с.п.ф-лы, 9 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Способ регулирования параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения печей индукционного нагрева, согласно которому трансформируют напряжение трехфазной питающей сети до уровня среднего значения изменяющегося в процессе плавки напряжения на зажимах индуктора печи, сокращают диапазон его изменения, уменьшая количество рабочих витков индуктора в начальном периоде плавки, а в последующий период плавки и до конца ее количество рабочих витков индуктора увеличивают, поддерживают потребляемую индуктором печи активную мощность, а также коэффициенты мощности и несимметрии на заданном уровне путем дискретного изменения напряжения соответственно на зажимах индуктора печи и на зажимах нерегулируемых по величине емкости конденсаторных батарей различной мощности за счет перевода в необходимые стационарные режимы работы трансформаторно-тиристорных модулей соответственно первой и второй их частей, отличающийся тем, что для электроснабжения группы печей, число которых выбирают кратное трем, обмотки индукторов всех печей выполняют двухслойными, при плавке непрерывным методом с наличием "болота" или при плавке раздельным методом одномерной шихты совмещают функции регулирования напряжения на зажимах двухслойных индукторов одновременно всех печей группы, распределенных равномерно и включенных в различные фазы вторичной обмотки питающего трансформатора, путем использования одного регулятора трехфазного напряжения, в состав которого входят один или несколько трансформаторно-тиристорных модулей из первой их части, а также совмещают функции компенсации потребляемой упомянутыми печами реактивной мощности при одновременном симметрировании нагрузки их по фазам вторичной обмотки питающего трансформатора путем использования одного симметро-компенсирующего устройства, в состав которого входят один или несколько трансформаторно-тиристорных модулей из второй их части, а также три нерегулируемые по величине емкости конденсаторные батареи одинаковой мощности.

2. Способ регулирования параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения печей индукционного нагрева, согласно которому трансформируют напряжение трехфазной питающей сети до уровня среднего значения изменяющегося в процессе плавки напряжения на зажимах индуктора печи, сокращают диапазон его изменения, уменьшая количество рабочих витков индуктора в начальном периоде плавки, а в последующий период плавки и до конца ее количество рабочих витков индуктора увеличивают, поддерживают потребляемую индуктором печи активную мощность, а также коэффициенты мощности и несимметрии на заданном уровне путем дискретного изменения напряжения соответственно на зажимах индуктора печи и на зажимах нерегулируемых по величине емкости конденсаторных батарей различной мощности за счет перевода в необходимые стационарные режимы работы трансформаторно-тиристорных модулей соответственно первой и второй их частей, отличающийся тем, что для электроснабжения группы печей, число которых выбирают кратное трем, обмотки индукторов всех печей выполняют двухслойными, при плавке раздельным методом шихты различной по среднему диаметру весь диапазон его изменения разбивают на три поддиапазона по числу фаз питающего трансформатора, для каждого поддиапазона подбирают число витков в отдельных слоях обмоток соответствующих двухслойных индукторов таким образом, чтобы при плавке шихты со средним диаметром данного поддиапазона, при учете использования на этапе начального периода плавки витков одного слоя, а на последующем периоде плавки и до конца ее витков обоих слоев, включенных последовательно и согласно, средний уровень изменяющегося в процессе плавки напряжения на зажимах двухслойных индукторов всех печей группы был одинаковым или близким по величине и совпадал с величиной напряжения на зажимах вторичной обмотки питающего трансформатора, на одну или несколько печей, предназначенных для плавки шихты данного поддиапазона, используют отдельный регулятор напряжения, у которого одну или несколько первичных трехфазных обмоток соответствующих трансформаторов трансформаторно-тиристорных модулей из первой их части заменяют на двухфазные, с расположением отдельных фаз двухфазных обмоток на крайних стержнях магнитопроводов трехфазных трансформаторов, а соответствующие фазы трехфазных вторичных обмоток упомянутых трансформаторов, которые не используют в составе их первичных обмоток, выполняют на рабочий ток в два раза меньший, чем две другие фазы этих обмоток, и располагают на средних стержнях магнитопроводов, а одно симметро-компенсирующее устройство используют для компенсации реактивной мощности, потребляемой всеми печами группы при одновременном симметрировании нагрузки их по фазам вторичной обмотки питающего трансформатора, у которого одну или несколько первичных трехфазных обмоток соответствующих трансформаторов трансформаторно-тиристорных модулей из второй их части выполняют состоящими из трех частей, каждая часть обмотки соответствующего трансформатора содержит последовательное и встречное соединение одинаковых полуобмоток, расположенных на двух соответствующих соседних стержнях магнитопровода трансформатора, в цепь каждой из упомянутых частей обмотки последовательно включена нерегулируемая конденсаторная батарея, а зажимы каждой из цепей соединяет с выходными зажимами первичной обмотки трансформатора соответствующего трансформаторно-тиристорного модуля из первой их части.

3. Устройство для регулирования параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения печей индукционного нагрева, содержащее питающий двухобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а между выходными зажимами его вторичной обмотки и зажимами индуктора печи, имеющего возможность дискретного изменения числа витков его обмотки, включена первая трехфазная цепь, содержащая последовательное соединение n первичных обмоток (где, n=1, 2,...) трансформаторов соответственно n трансформаторно-тиристорных модулей первой их части с блоками тиристорных ключей и функциональный блок в однофазном исполнении, к выходным зажимам цепи из n первичных обмоток упомянутых трансформаторов включена вторая трехфазная цепь, содержащая последовательное соединение нерегулируемых по величине емкости конденсаторных батарей, различных по мощности, и m первичных обмоток (где, m= 1, 2,...) трансформаторов соответственно m трансформаторно-тиристорных модулей второй их части с блоками тиристорных ключей, а функциональный блок входит в систему программного управления устройством, выходные зажимы которой через блоки выходных каскадов подключены к управляющим электродам тиристорных ключей трансформаторно-тиристорных модулей, отличающееся тем, что для электроснабжения группы печей, которые обеспечивают плавку непрерывным методом с наличием "болота" или при плавке раздельным методом одномерной шихты, все индуктора группы печей равномерно распределены на три части, и индуктора каждой из этих частей включены параллельно между двумя соответствующими выходными зажимами всех трех фаз функционального блока, а входные зажимы этого блока, выполненного в трехфазном исполнении, соединены с выходными зажимами соответствующих трех фаз первой цепи из n последовательно соединенных первичных обмоток трансформаторов первой части модулей, а в каждую фазу второй трехфазной цепи в качестве нерегулируемых конденсаторных батарей включены одинаковые по мощности конденсаторные батареи, зажимы и отводы вторичных обмоток трансформаторов m трансформаторно-тиристорных модулей второй их части через тиристорные ключи соединены с возможностью их коммутации между собой или встречно-согласного по отношению к соответствующим первичным обмоткам этих трансформаторов и параллельного их подключения к выходным зажимам вторичной обмотки питающего трансформатора.

4. Устройство для регулирования параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения печей индукционного нагрева, содержащее питающий двухобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а между выходными зажимами его вторичной обмотки и зажимами индуктора печи, имеющего возможность дискретного изменения числа витков его обмотки, включена первая трехфазная цепь, содержащая последовательное соединение n первичных обмоток (где, n=1, 2,...) трансформаторов соответственно n трансформаторно-тиристорных модулей первой их части с блоками тиристорных ключей и функциональный блок в однофазном исполнении, к выходным зажимам цепи из n первичных обмоток упомянутых трансформаторов включена вторая трехфазная цепь, содержащая последовательное соединение нерегулируемых по величине емкости конденсаторных батарей, различных по мощности, и m первичных обмоток (где, m= 1, 2,...) трансформаторов соответственно m трансформаторно-тиристорных модулей второй их части с блоками тиристорных ключей, а функциональный блок входит в систему программного управления устройством, выходные зажимы которой через блоки выходных каскадов подключены к управляющим электродам тиристорных ключей трансформаторно-тиристорных модулей, отличающееся тем, что для электроснабжения группы печей, которые обеспечивают плавку раздельным методом шихты различной по среднему диаметру, первая и вторая трехфазные цепи заменены на двухфазные, количество первых и вторых двухфазных цепей увеличено и составляет три цепи по числу фаз питающего трансформатора, два входных зажима каждой из первых цепей подключены к зажимам двух соответствующих фаз вторичной обмотки питающего трансформатора с круговым чередованием фаз такого подключения при переходе от одной фазы питающего трансформатора к другой, два выходных зажима каждой из этих цепей подключены к зажимам индуктора соответствующей(их) печи(ей) через функциональный блок, каждая из вторых цепей содержит последовательно соединенные одну нерегулируемую конденсаторную батарею и две полуобмотки в каждой из m первичных обмоток соответственно m трансформаторно-тиристорных модулей их второй части, упомянутые полуобмотки имеют встречное включение и расположены на соответствующих соседних стержнях магнитопровода одного и того же трансформатора с круговым чередованием фаз при переходе от одной фазы питающего трансформатора к другой, один входной, а другой выходной зажимы каждой из вторых цепей подключены к выходным зажимам первой цепи соответствующей фазы, а зажимы и отводы вторичных обмоток трансформаторов всех трансформаторно-тиристорных модулей через тиристорные ключи соединены с возможностью их коммутации между собой, или встречно-согласного по отношению к соответствующим первичным обмоткам этих трансформаторов и параллельного их подключения к выходным зажимам вторичной обмотки питающего трансформатора, а число функциональных блоков увеличено соответственно числу фаз питающего трансформатора, число выходных каскадов системы программного управления выбрано соответственно числу трансформаторно-тиристорных модулей в устройстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52