Система питания магнитодинамической установки Советский патент 1985 года по МПК H02J3/26 

1 1

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 - хасается магнитодинамической установки,. Наиболее эффективно изобретение можно использовать для подогрева и дозированной разливки металлов -в литейные формы в соответствии с требованиями технологического процесса при одновременном обеспечении cи мeтpии токов в питающей сети.

Для автоматизации линейного производства широко применяются раз-, личные разливочные устройства и дозаторы расплавленных металлов (механические, пневматические и электромагнитные) . Наиболее полно отвечают требованиям производства дозаторы магнитодинамического типа или магнитодинамические установки (МДУ) работа которых основана на взаимодействии тока и магнитного потока в активной зоне этих установок.

При питании переменным током производительность М,ЦУ 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 характеризуется еще и тем, что для многофазной сети они являются несимметричными нагрузками, вызьшающими несимметрию токов и напряжений, отрицательно влияющих на работу всех элементов сети, в том числе и самих М,ЦУ.

Известны установки в которых блок питания содержит трансформаторы или автотрансформаторы, к которым подключаются регулируемьй конденсатор и две нагрузки, которыми в частности, могут быть индуктор и электромагнит СО и С2 J.

В этих установках соотношение начальных фаз напряжений на нагрузках выбирается из условия минимизации установленной мощности, что требует включения индукторй с более высоким коэффициентом мощности на от172

стающее по фйзе (примерно на 110) напряжение сети, в то время, как для обеспечения эффективной работы НДУ угол сдвига фаз между напряжениями, питающими электромагнитные системы установки, должен находиться в диапазоне 120° при опережающем напряжении на системе индуктора. Поэтому такие установки не могут обеспечить достижение необходимых технологических параметров, например заданного уровня электромагнитного напора.

Известна М,ДУ, в которой системы индукторов и электромагнита могут подключаться к трехфазной сети непосредственно или с помощью блока питания. При этом блок питания содержит первый автотрансформатор, подключенньй на одно линейное напряжение многофазной сети, второй автотрансформатор, подключенный, на другое линейное 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 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 оперативно связан с одним из выводов обмотки второго

автотрансформатора, а второй вывод этого конденсатора подключен к соответствующей фазе сети. В этой конструкции 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. Первый и третий автотрансформаторы обеспечивают питание, соответственно, индуктора и электромагнита, причем автотрансформатор, питающий электромагД1ИТ, имеет низкий коэффициент использования, так как время заливки

3

металла в линейную форму в общем технологическом цикле раб.оты установки обычно составляет 10-30%. Таким образом, в данной установке задачи питания -и оптимизации симметрирования решаются раздельно. Кроме того, начальные фазы напряжения на входе таких МЛУ определяются возможностями трехфазной злектрической сети и не всегда являются оптимальными, что ухудшает эффективность использования электрической энергии и в конечном счете, приводит к низкой эффективности работы установки в целом. Кроме того, раздельное использование автотрансформатора для электропитания и симметрирования токов трехфазной сети приводит к повышению установлейной мощности устройства C3j.

Соотношение мощностей индуктора, электромагнита и регулируемого конденсатора таковы, что практически все три автотрансформатора имеют одинаковую мощность, поэтому при питании НЦУ, содержащих более одного индуктора и электромагнита, необходимо либо увеличить число питающих автотрансформаторов, либо, соответственно, их мощность. Это приведет, в свою очередь, к дополнительному увеличению установленной . мощности блока питания.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система питания М.ДУ, которая может быть использована для питания ИДУ с двумя параллельно соединенными индукторами и двумя параллельно включенными электромагнитами, содержащая первый автотрансформатор, подключенньш 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 Bbroof(OB обмотки первого автотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора - с одним из выводов

62174

обмотки второго автотрансформатора, вьгооды электромагнитов через ключи связаны с выводами обмоток обоих автотрансформаторов. Такое техни- 5 ческое решение позволяет использовать автотрансформаторы как в качестве источника питания, так и совместно с регулируемым конденсатором - для симметрирования токов

10 сети f4 .

Применение известной системы питания для ИДУ, имеющей два индуктора и два Электромагнита и предназначенной для заливки ме15 талля одновременно в две или одну формы, требует увеличения установленной мощности автотрансформаторов в два раза, либо соответствующего увеличения количества этих

20 автотрансформаторов, что приведет, в свою очередь, к дополнительному увеличению установленной мощности системы питания, снижению надежности и уменьшению производительности

5 илу.

Цель изобретения - повьшение производительности, уменьшение ycTai Bленнрй мощности и повьшение надежности НТУ.

.0 Поставленная цель достигается тем, что в системе питания МДУ, имеющей два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных электромагнита, содержащей

5 первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение ; трехфазной сети, STopoJi автотрансформатор, подключенньш на другое линейное напряжение сети, опережающее первое по фазе, и регулируемьп конденсатор для симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с выводами для получения на индукторах

5 и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один вывод индукторов связан с одним из выводов

0 обмотки первого автотрансфор1 атора, один вьтод регулируемого конденсатора - с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора,а выводы электромагнитов через ключи 5 с вьгоодами обмоток обоих автотрансформаторов , другой общий вывод индукторов и другой вьшод регулируемого конденсатора связан с 5 одним из выводов обмоток соответст венно второго и первого автотрансформаторов . Система питания ИДУ позволяет дополнительно регулировать начальную фазу напряжения на индукторах . Кроме того, регулируемьм конденсатор позволяет снизить плотность то в обмотках автотрансформаторов. В таком, выполнении система питания, являясь источником реактивной мощности (токи на входе установки опе режают соответствующие фазные напряжения), обеспечивает стабилизацию уровней напряжений сети и улуч шает параметры качества электричес кой энергии. Одновременно с этим сохраняются условия максимального теютомассообмена в каналах НЦУ при снижении установленной мощности автотрансформаторов. В модификации системы питания возможно, чтобы в блок питания бьш введен компенсирующий регулируемый конденсатор, подключенный к линейному вьшоду обмотки второго автотрансформатора и другому общему вьгооду индуктороЁ. Введение этого компенсирующего конденсатора допол нительно снижает установленную мощ ность второго автотрансформатора. Изобретение касается такой МДУкоторая имеет два параллельно вклю ченных индуктора и два параллельно включенных электромагнита. Такой в риант установки наиболее целесообразно использовать в тех случаях, когда, например, вес отливки превышает 10-20 кг, что требует ув личения емкости тигля установки. Нагрев металла в тигле такой емкости удобно осуществлять с помощь нескольких индукторов, при этом установка дает возможность одновре менно отливать две детали. На фиг.1 приведена принципиальная схема системы питания ИДУ; на фиг.2 - топографическая диаграмма напряжений на элементах электричес кой схемы установки, иллюстрирующа принцип ее работы. Система питания МДУ (фиг.1) содержит два автотрансформатора 1 и регулируемые конденсаторы 3 и 4, индукторы 5 и 6 и электромагниты 7 и 8, последовательно с которыми включены ключи 9 и 10 соответствен 17 , обмотки -11 и-12 автотрансфорноматоров 1 и 2., Автотрансформаторы 1 и 2 и регулируемые конденсаторы 3 и 4образуют систему питания МДУ, а индукторы 5 и 6 и электромагниты 7 и 8 . являются нагрузкой этой системы питания. М,ДУ подключается к многофазной сети питания. Так, например, на фиг.1 изображено подключение такой установки к трехфазной сети, показанной в виде шин А, В и С. При этом обмотка 11 автотрансформа:тора 1 подключена линейными выводами на линейное напряжение V, обмотка 12 автотрансформатора 2 - на линейное напряжение Ug опережающее напряжение й(-.д. Обмотки 11 и 12 имеют,кроме линейных выводов, отпайки, представляющие собой выводы частей обмотки, что обеспечивает оперативное подключение нагрузок к любьм выводам обмоток, включая линейные вьшоды. Как показано на фиг.1, параллельно включенные индукторы 5 и 6 подключены к обмоткам автотрансформаторов 1 и 2, что обеспечивает условия максимального тепломассообмена, между каналами НЦУ. Параллель- но включенные электромагниты 7 и 8 также подключены к обмоткам этих автотрансформаторов через ключи 9 и 10 при условии сохранения соотношения начальных фаз напряжений на индукторах и электромагнитах. Поэтому выбор отпаек автотрансформаторов 1 и 2 для подключения нагрузок осуществ тяется по требованию технологии, а возникающая при этом асимметрия токов в сети устраняется подключением регулируемого конденсатора 3 на соответствующие отпайки обмоток автотрансформаторов 1 и 2 с возможностью переключения его выводов с одной отпайки на другую. Между одним общим выводом инукторов 5 и 6, подключенным к втотрансформатору 2, и общим линейым выводом автотрансформаторов ключен компенсирующий регулируеьй конденсатор 4, которьй способтвует дополнительному снижению становленной Мощности автотрансорматора 2. При работе МДУ в режиме регулируемого подогревд металла,когда 7 к отпайкам автотрансформаторов 1 и 2 подключены индукторы 5 и 6,выбор этих отпаек или коэЛЛициентов трансформации k и k Ugj /Ug/j., (фиг.2) определяется диапазоном регулирования величины напряжения на индукторах,- а также условием симметрирования. При. этом расчет модулей и аргументов векторов напряжений на индукторах 5 и на регулируемом конденсаторе 3 пр изводится в соответствии с выраже ниями -.Ж)Н(Нг71 f JSjz V,,.,c,rc-t где и - линейное напряжение трехфазной сети. При заданном технологическим процессом значении VCB и коэффициенте трансформации k требуем значение k можно найти из выраже значение k мож1 ния (2) так как (l-jJ)(,,..) Линия с Б на топографической диаграмме (фиг.2) соответствует вектору напряжения на индукторах 5 и 6 или конденсаторе 3 при подключении их к соответствующим отп кам обоих автотрансформаторов. Таким образом, автотрансформаторы 1 и 2 в этой схеме осуществляют функции питания соответству щих нагрузок и регулирования начальных фаз напряжений на этих нагрузках. Условие симметрирования для этого режима определяется уравнениемN5+Nb+N3 Ujij+UtifeH-U3i3 0(4 где NJ-, N, N3 - векторы пульсиру щих мощностей ин дукторов 5 и 6 и конденсатора 3, При этом один или оба вывода регулируемого конденсатора 3, сое 1циненного с обмотками 11 и 12 автотрансформаторов 1 и 2,могут быт подключены к линейным выводам автотрансформаторов 1 и 2, что позволяет получить оптимальные условия реализации вьфажения (4) а также, упростить схему управления, если коэффициенты трансформации k, и k выбраны из условия сохранения постоянной величины начальной фазы напряжения на индукторах 5 и 6. При этом доя различных элементов схемы эти коэффициенты могут по величине совпадать . Работа 1ЩУ в режиме разливки металла осуществляется подключением электромагнитов 7 и 8 к соответствующим вьгаодам автотрансформаторов 1 и 2 с помощью ключей 9 и 10. Величина и начальная фаза напряжения на электромагнитах определяется требованием технологии и обеспечивается соответствующими значениями коэффициентов трансформации, определяемых с помощью выражений (1), (2) и (3), а мощность и начальная фаза наЦряжения на регулируемом конденсаторе - результирующим вектором пульсирующей мощности . с) j.N.,,,,., режимов, подогрева и разливки . металла начальная фаза напряжения на конденсаторе 3 определяется выражениемV -(It л1я-, а необходимое значение мощности конденсатора 3 определяется модулем результирующего вектора пульсирующей мощности, т.е. Q.. При необходимости в предлагаемой можно подобрать такие коэффициенты трансформации для конденсатора 3 и индукторов 5 и 6, когда удовлетворяется условие и в то же время минимизирована плотность тока в обмотке 11. Минимизация плотности тока в обмотке 12 осуществляется регулируемым конденсатором 4, для чего один из его выводов остается все время подключенным к из линейных вьшодов обмотки 12 автотрансформатора 2, а второй переключается по отпайкам этого автотрансформатора вместе с выводами индукторов 5 и 6. В частных случаях указанные на фиг.1 переключаемые вьшоды любого элемента схемы могут быть подключены к соответствующим

линейным вьгаодам одного или обоих автотрансформаторов.

При заливке металла в одну форму может работать любой электромагнит (7 или 8) подключаемый соответствующим ключом (9 или 10). Принципиальньрс изменений в схему (фиг.1) такой режим МДУ не вносит, что делает ее технологически гибкой.

Одной из модификаций МДУ может быть предусмотрено переключение одного из вьшоДов любого индуктора к линейным вьгоодам того автотрансформатора ,к отпайке ко торо го подключен общий вывод обоих индукторов в соответствии с. требованиями технологического процесса.

ИспользоВание-предлагаемого изобретения для питания МДУ обеспечи- . нает по сравнению с известными устройствами следуюпще преимущества:

позволяет уменьшить установленную мощность автотрансформаторов блока питания МДУ два раза ,

обеспечивает работу М,ТУ с максимальной производительностью при рациональном использовании электроэнергии;

повьшает коэффициент мощности на входе установки и генерирует реактивную мощность в сеть,что способствует стабилизации уровня напряжения в сети и повьшению точности дозирования МДУ.

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ МАГНИТОДИНАМИЧЁСКОЙ УСТАНОВКИ, имеющей два параллельно включенных индуктора и два параллельно включенных электромагнита, содержащая первьй автотра«сфор1 1атор, подключенньй на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое лине- ное напряжение этой сети, опережающее первое по фаэе, и регулируемьй 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 авг тотрансформатора, один вывод регулируемого конденсатора связан с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора, а выводы электромагнитов через ключи связаны с выводами обмоток обоих автотрансформаторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительнос(Л ти магнитодинамической установки, уменьшения установленной мощности и повышения надежности, другой общий вывод индукторов и другой вывод ре- .гулируемого конденсатора связаны с одним из выводов обмоток соответственно второго и первого автоо трансформаторов. а 2. Система питания по n.t, о т-. личающаяся тем, что в нее дополнительно введен компенсиРУЮ1ДИЙ регулируемьй конденсатор, подключенньй к концу обмотки второго авто трансформатора и другому общему выводу индукторов.

V