Способ питания дуги переменного тока и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСЙИХшипаатип .РЕСПУБЛИН 9) (11) 91 В 7/144 . ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ на дуге и то ие дуги в мо и до нуля, о я тем, что, ощности путей альности ток ряжени напряж тока дщ и й пот син чем заданноение вйбираютна 3-5 Х напрявенства токаплощадей, опикения дуги иого напряже-ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОбРетений и ОтнРыти К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Влияние дуговых электропечейна системы электроснабжения. Под ред.Смелянского М,Я., М., "Энергия",975, с. 173.2. Леушнн А.И. Дуга горения. М.,(54) СПОСОБ ПИТАНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ питания дуги переменного тока, при котором измеряют напв цепь дуги вводят ко ЭДС, величина которой заданного синусоидаль и напряжения дуги, пр синусоидальное напряж из условия превышения жения дуги в момент р дуги .нулю и равенства сываемых кривыми напр заданного сииусоидаль ния. дуги и повышаю нт уменьшения личаюцелью снижени устранения не- и напряжения, ректирующую равна разности ого напряжения1121791 телем, одна из оЬмоток ферромагнитного кольца через укаэанный усилительно-преобразующий блок связана свыходом блока сравнения, соединенного одним из входов с датчиком напряжения дуги вторым входом - сзадатчиком синусоидального напряжения, а вторая обмотка ферромагнитного кольца через усилитель связана с трансформатором тока,2. Устройство для питания дуги переменного тока, содержащее электроды, подключенные к выводам источника переменного тока, трансформатор тока дуги, датчик напряжения дуги и блок сравнения, о т л и ч а ю ще е с я тем, что оно снабжено установленным на одном из электродов ферромагнитным кольцом с двумя обмотками, задатчиком синусоидального напряжения, усилительно-преобразующим блоком и усилиИзобретение относится к электро- ка электрической цепи с дугой перемен- технике, а именно к способам и уст- .ного тока в течение всего периода изройствам подавления несинусоидаль- менения приложенного к этой цепи ности токов и напряжений в цепи с переменного напряжения, что приводит нелинейными нагрузками, и может быть 5 . ростом мощности дуги к ее отрицаиспользовано при выплавке стали в тельному влиянию на системы электро- дуговых сталеплавильных печах. снабжения и через них на другие потИзвестен способ питания дуги пере- ребители, вызывая колебания напряжеменного тока, при котором осуществля- ния в системе, перегрузки.ее высшими ют снижение несинусоидальности тока 10 гармониками токов и напряжений. и напряжения посредством технологи- Цель изобретения - снижение потерь ческих мероприятий, а именно: пра- мощности путем устранения несинусовильной подготовки и завалки шихты; идальности .тока и напряжения в цепи использования вместо железного скрала с ду"оипредварительно обогащенной и частично 15 Поставленная цель достигается тем, восстановленной железной руды в виде что согласно способу питания дуги металлизованных, окатышей, обеспечи- переменного тока, при котором измерявающего горение дуги на жидкий шлак; ют напряжение дуги и ток и повышают введения ионизирующих добавок в зону , напряжение дуги в момент уменьшениягорения дуги и т.д, 13 20 тока дуги до нуля, в цепь дуги вводят:Однако этот способ не обеспечивает корректирующую ЭДС, величина котоРой линеаризацию вольт-амперной характе- равна разности заданного синусоидальристики дуги. ного напряжения и напряжения дуги,Наиболее близким по технической пРичем заданное синусоидальное напрясущности к предлагаемому является 25 жение выбирают из условия превышения способ питания дуги переменного тока, на 3-5 напряжения дуги в.момент рапри котором измеряют напряжение и ток ,венства тока дуги нулю и равенства дуги и повышают напряжейие дуги в площадей, описываемых кривыми напряяомент уменьшения тока дуги.до нуля 12, жения дуги и заданного синусоидальИзвестно также устройство для 30 н 0 го напряжения. питания дуги переменного тока, содер- Устройство. для реализации способа жащее электроды, подключенные к выво- питания дуги, содержащее электроды, дам источника переменного тока, тран- подключенные к выводам источника писформатор тока дуги, датчик напряжения тания переменного тока, трансформатор и-блок сравнения 2 . 35 тока, датчик напряжения дуги и фпокНедостатком известных способа пита- сравнения, снабжено установленным на ния дуги и устройства является невоз- одном из электродов ферромагнитнымй2(4,0 э+л 05 ЩО 1- 5%ьцос 011 ОЦЗМсц.с с1 .ио(ыцго1 оциО 3 амО. 2 соз 3 1121 версивным тиристорным преобразователем тока высокой частоты и уси -телем, одна из обмоток ферромагнитногс кольца через указанный преобразователь связана с выходом блОка сравне 5 ния, соединенного одним из входов с датчиком напряжения дуги, вторым входом - с задатчиком синусоидальноаго напряжения, а вторая обмотка ферромагнитного кольца через усилитель связана с трансформатором тока.При введении в цепь питанйя дуги корректирующей ЭДС, величина которой равна разности синусоидального напРяжения:и падения напряжения на 15 дуге,:происходит активное формирование линеййой вольт-амперной характеристики на участке электрической цепи, содержащей последовательно включенийе нелинейное сопротивление дуги и корректирующую ЭЛС,Заданное синусоидальное напряжение выбрано с учетом следующих требований:1. Включение корректиРУющей ЭДС с учетом Физических процессов зажигания дуги переменного тока обеспечивает гарантированное зажигание дуги в Момент перехода тока дуги через нуль, что необходимо для выполнения условия непрерывности тока дуги. В противном случае ток дуги будет содержать высшие гармоники. Наилучшие условия для зажигания дуги в момент перехода тока дуги через нулевое состояние обеспечивается повышением напряжения на дуговом промежутке, что эквивалентно повышению степени ионизации газов дугового промежутка.2. Включение корректирующей ЭДС в электрическую цепь с дугой переменно 40 го тока связано с затратами энергии на ее формирование таким образом, что при увеличении ЭДС затраты энергии увеличиваются в степени, приближаю 45 щейся к квадратной.Приведенные требования в процессе экспериментов удалось выполнить. При этом оказалось, что для обеспечениянепрерывности тока дуги достаточно увеличить напряжение на дуговом про межутке в момент уменьшения тока дуги до нуля на 3-57 напряжения на дуге в этот момент, т.е. корректируннцая ЭДС составляла 3-5 напряжения на дуге, Из приведенных выше рассуждений видно, что заданное синусоидальное напряжение в любой момент времени равно сумме падения напряжения на 7914дуге и корректирующей ЭЛС, т.е, в момент перехода тока дуги через нуль заданное синусоидальное напряжение превышает напряжение на дуге на 3-57.Наименьшие энергетические затраты на генерирование корректирующей .ЭДС имеют место при минимальной абсолютной разнице площадей, описываемой кривой заданного синусоидального напряжения и кривой падения напряжения на дуге, последнее означает, что корректирующая ЭДС изменяется на небольшую величину, но изменяется. по направлению, На практике это происходит относительно медленно, без бросков. Этим объясняется, что энергия, затрачиваемая в этом случае, всегда меньше, чем в другом случае.Исходя из знания трех Факторов;1) заданное синусоидальное напряжение превышает по условию обеспечения непрерывности тока дуги в момент равенства его нулю напряжение на дуге на 3-57;2) площади, описываемые кривыми заданного синусоидального напряжения и кривой падения напряжения на дуге, равны;3) частоты заданного синусоидального напряжения и ЭДС, приложенной к участку цепи с дугой, равны, оказалось возможным определить такие параметры заданного синусоидального напряжения, как амплитуда и Фаза. В самом деле: 0 в 1 пчй +)=001(,1,0 З+06)Й ЯО втш,+Ч )салюс,= Оа шЦЗ0 о где жй- угол при котором токдуги равен нулю.Решением системы уравнений являются выражения: На фиг. 1 представлены кривые из-.менения тока и напряжений дуги А, 1121791заданного синусоидального напряжения В, тока дуги С и вольт-амперная характеристика дуги 0; на фиг, 2 - блок-схема устройства для реализации способа питания дуги. 5Вольт-амперная характеристика сформированного синусоидального напряжения на участке цепи с дугой имеет в этом случае вид овала, что соответствует вольт-амперной характеристике участка цепи с последовательно включенными линейными индуктивностью и активным сопротивлением.Устройство для питания дуги содержит источник переменного тока - тран сформатор 1, вторичная обмотка которого подключена к выводам электродов: 2 и 3, между которыми горит дуга 4. Вокруг электрода 2 установлено ферромагнитное кольцо 5,первая обмотка 6 20 которого соединена с выходом усилительно-преобразующего блока 7. Вход блока 7 соединен с выходом блока 8 сравнения, один вход которого соединен с датчиком 9 напряжения дуги, а второй вход - с эадатчиком синусоидального напряжения (задающим генератором) 10. Вторая обмотка 11 кольца .5 соединена через усилитель 12 с трансформатором уока дуги 13. 30Устройство работает следующим образом.При горении дуги 4 ток, протекающий по участку электрододержатель 14 - электрод 2 - дуга 4, создает на З 5 нем несинусоидальное падение напряжения в силу нелинейности вольт-амперной характеристики дуги 4. Это напряжение, измеренное и уменьшенное датчиком 9, подается на вход блока 8 40 сравнения, в котором оно вычитается от заданного синусоидального напряжения, поданного на второй вход блока 8 сравнения от задающего генератора 10, На выходе блока 8 снимается 45 напряжение, равное алгебраической разнице измеренного и заданного напряжений, которое используется вкачестве сигнала управления блоком 7,изменяющим величину и скорость изменения тока в первой обмотке 6, намо"танной на Ферромагнитном кольце 5.Изменяющийсяфпо величине с различнойскоростью ток в первой катушке 6наводит в ферромагнитном кольце 5переменный магнитный поток, пересекающий замкнутый виток электрической,цепи трансформатора 1, при этом научастке цепи с дугой 4, а именно вэлектроде 2, будет наводиться ЭДС,а напряжение на участке электрододержатель 14 - электрод 3 будет равноалгебраической сумме падения напряже,ния от тока дуги и ЭДС.Для устранения влияния магнитногопотока в ферромагнитном сердечнике 5,возбуждаемого током, протекающим поэлектроду 2, на кольцо наматываетсявторая обмотка 11, током которойуправляет усилитель 12, коэффициентусиления которого выбран в соответствии с геометрическими размерами ферформагнитного кольца 5 и диаметромэлектрода 2. В качестве сигнала управления усилителем 12 используетсяток трансформатора 13. В качествезадающего генератора 10 принимаетсяавтотрансформатор с Фазосдвигающейцепочкой, а блок 7 является управ-гляемым реверсивным тиристорным преобразователем тока повышенной частоты(3-5 кГц),Применение предлагаемого способаи устройства, реализующего его, позволяет устранить несинусоидапьностьтока дуги и напряжения на участкецепи с дугой, что уменьшает потерив Ферромагнитных материалах от токоввысших гармоник и позволяет использовать без дополнительных фильтровконденсаторные батареи для компенсации реактивной мощности электрического, электротермического и сварочного оборудования.1121791 иг. 2 оставитель Г, Та ехред Ж. Кастелевич нов актор Е, Копч Корректор Е. С аз 7999/44 Тираж 782 ВНИИПИ Государс по делам иэобр 113035, Иосква, Ж Подпвенного комитета СССРетений и открытий5, Раушская наб д. 4 но лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4