Способ питания дуги переменного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H05B7/144 

2. Устройство для питания дуги переменного тока, содержащее электроды, подключенные к выводам источника переменного тока, трансформатор тока дуги, датчик напряжения дуги и блок сравнения, отличаюЕ ееся тем, что оно снабжено установленным на одном из электродов ферромагнитным кольцом с двумя обмотками, задатчиком синусоидального напряжения, усилительно-преобразующим блоком и усмли1791

телем, одна из обмоток ферромагнитного кольца через указанный усилительно-преобразующий- блок связана с выходом блока сравнения, соединенного одним из входов с датчиком напряжения дуги, вторым входом - с задатчиком синусоидального напряжения, а вторая обмотка ферромагнитного кольца через усилитель связана с трансформатором тока.

1. Способ питания дуги переменного тока, при котором измеряют напv Фи ряжение на дуге и ток дуги и повышают напряжение дуги в момент уменьшения тока дуги до нуля, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь мощности путеТ устранения несинусоидальности тока и напряжения, в цепь дуги вводят корректирующую ЭДС, величина которой равна разности заданного синусоидального напряжения и напряжения дуги, причем заданное синусоидальное напряжение выбирают из условия превышения на 3-5% напряжения дуги в момент равенства тока дуги нулю и равенства площадей, описываемых кривыми напряжения дуги и заданного синусоидального напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и уст-г ройствам подавления несинусоидальности токов и напряжений в цепи с нелинейными нагрузками, и может быть использовано при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах; Известен способ питания дуги переменного тока, при котором осуществляют снижение несинусоидальности тока и напряжения посредством технологических мероприятий, а именно: правильной подготовки и завалки щихты; использования вместо железного скрапа предварительно обогащенной и частично восстановленной железной руды в виде металлизованных.; окатышей, обеспечивающего горение дуги на жидкий шлак; введения ионизирующих добавок в зону горения дуги и т.д. Однако этот способ не обеспечивает линеаризацию вольт-амперной характеристики дуги. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ питания дуги переменного тока, при котором измеряют напряжение и ток дуги и повышают напряжейие дуги в момент уменьшения тока дуги, до нуляL2 Известно также устройство для питания дуги переменного тока, содержащее электроды, подключенные к выводам источника переменного тока, трансформатор тока дуги, датчик напряжени и-блок сравнения t2 . Недостатком- известных способа пита ния дуги и устройства является невозможность подавления нелинейности вольт-амперной характеристики участка электрической цепи с дугой переменного тока в течение всего периода изменения приложенного к этой цепи переменного напряжения, что приводит л ростом мощности дуги к ее отрицательному влиянию на системы электроснабжения и через них на другие потребители, вызывая колебания напряжения в системе, перегрузки ее высшими гармониками токов и напряжений. Цель изобретения - снижение потерь мощности путем устранения несинусоидальности .тока и напряжения в цепи с дугой. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу питания дуги переменного тока, при котором измеряют напряжение дуги и ток и повышают нап)яжение дуги в момент уменьшения тока дуги до нуля, в цепь дуги вводят, корректирующую ЭДС, величина которой равна разности заданного синусоидального напряжения и напряжения дуги, причем заданное синусоидальное напряжение выбирают из условия превьш1ения на 3-5-% напряжения дуги в. момент равенства тока дуги Hyjno и равенства площадей, описываемых кривыми напряжения дуги и заданного синусоидального напряжения. Устройство для реализации способа питания дуги, содержащее электроды, подключенные к выводам источника питания переменного тока, трансформатор тока, датчик напряжения дуги и ок сравнения, снабжено установленньЫ на одном из электродов ферромагнитным кольцом с двумя обмотками, задатчиком синусоидального напряжения, ре3версивиым тиристорным преобразователем тока высокой частоты и усио.лтелем, одна из обмоток ферромагннтногс кольца через указанный преобразователь связана с выходом, блста сравнения, соединенного одним из входов с датчиком напряжения дуги, вторым входом - с задатчиком синусоидального напряжения, а вторая обмотка ферромагнитного кольца через усилитель связана с трансформатором тока При введении в цепь питания дуги корректирующей ЭДС, величина которой равна разности синусоидального напряжения, и падения напряжения на дугеj происходит активное формирование линеййой вольт-амперной характеристики на участке электрической цепи, содержащей последовательно включеннвш нелинейное сопротивление дуги и корректирующую ЭДС. Заданное синусоидальное напряжени выбрано с учетом следующих требований:1.Включение корректирующей ЭДС с учетом физических процессов зажигания дуги переменного тока обеспечи вает гарантированное зажигание дуги в Момент перекода тока дуги через нуль, что необходимо для выполнения условия непрерывности тока дуги. В противном случае ток дуги будет содержать высшие гармоники. Наилучш условия для зажигания дуги в момент перехода тока дуги через нулевое состояние обеспечивается повышением напряжения на дуговом промежутке, чт эквивалентно повьпиению степени ионизации газов дугового промежутка. 2.Включение корректирующей ЭДС в электрическую цепь с дугой переменно го тока связано с затратами энергии на ее формирование таким образом, чт при увеличении ЭДС затраты энергии увеличиваются в степени, приближающейся к квадратной. Приведенные тр,ебования в процессе экспериментов удалось выполнить. При этом оказалось, что для обеспечения непрерывности тока дуги достаточно увеличить напряжение на дуговом Промежутке в момент уменьшения тока дуги до нуля на 3-5% напряжения на дуг в этот момент, т.е. корректируиицая . 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 914 дуге и корректирутощей ЭДС, т.е. в момент перехода тока дуги через нуль заданное синусоидальное напряжение превышает напряжение на дуге на 3-5%. 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 превьшает по условию обеспечения непрерывности тока дуги в момент равенства его нулю напряжение на дуге на 3-5%; 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: ( ) Ял иВ(wtlldurt. оо де wt т - угол при котором ток дуги равен нулю. Решением системы уравнений являтся выражения: ft 2{l,03;5 f b5}LICo)-Sitiwt Uii(t«t) f arctg cosUi (w)i) „0 )t|jdu t msыA 2 cos 4; Ha фиг. 1 представлены кривые изенения тока и напряжений дуги А, заданного синусоидального напряжения В, тока дуги G и вольт-амперная характеристика дуги D; на фиг. 2 блок-схема устройства для реализации способа питания дуги. Вольт-амперная характеристика Сформированного синусоидального напряжения на участке цепи с дугой тмее в этом случае вид овала, что соответ ствует вольт-амперной характеристике участка цепи с последовательно включенными лине14ными индуктивностью и активным сопротивлением. Устройство для питания дуги содер жит 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 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 задатчиком синусоидального напряжения (задающим генера тором) 10. Вторая обмотка 11 кольца соединена через усилитель 12 с транс форматором тока дуги 13. Устройство работает следующим образом. При горе«ии дуг-и 4 ток, протекающий по участку электрододержатель 14 - электрод 2 - дуга 4, создает на нем несинусоидальное падение напряжения в силу нелинейности вольт-амперной характеристики дуги 4. Это напряжение, измеренное и уменьшенное датчиком 9, подается на вход блока 8 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 напряжение, равное алгебраической разнице измеренного и заданного напряжений, которое используется в качестве сигнала управления блоком 7, изменяющим величину и скорость изменения тока в первой обмотке 6, намотанной на ферромагнитном кольце 5. Изменяющийся по величине с различной скоростью ток в первой катушке 6 наводит в ферромагнитном кольце 5 переменный магнитный поток, Пересе- кающий замкнутый виток электрической трансформатора 1, при этом на участке цепи с дугой 4, а именно в электроде 2, будет наводиться ЭДС, а напряжение на участке электрододержатель 14 - электрод 3 будет равно алгебраической сумме падения напряжения от тока дуги и ЭДС. Для устранения влияния магнитного потока в ферромагнитном сердечнике 5j возбуждаемого током, протекающим по электроду 2i на кольцо наматывается вторая обмотка 11, током которой управляет усилитель 12, коэффициент усиления которого выбран в соответстВИИ с геометрическим размерами ферформагнитного кольца 5 и диаметром электрода 2. В качестве сигнала управления усилителем 12 используется ток трансформатора 13. В качестве задающего генератора 10 принимается автотрансформатор с фазосдвигающей цепочкой, а блок 7 является управ-г ляемым реверсивным тиристбрным преобразователем тока повьш1енной частоты (3-5 кГц). Применение предлагаемого способа и устройства, реализующего его, позволяет устранить несинусоидальность тока дуги и напряжения на участке цепи с дугой, что уменьшает потери в ферромагнитных материалах от токов высших гармоник и позволяет использовать без дополнительных фильтров конденсаторные батареи для компёнсации реактивной мощности электрического, электротермического и сварочного оборудования.

/J

w

фиг. Z