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

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано при разработке средств для электромагнит ного нагрева и перемещения расплавленного металла с применением источНИКОВ питания, имеющихсредства для сшФ1етрирования, а более конкретно касается маг:штодинамической установ ки. Наиболее эффективно изобретение можно использовать для подогрева и дозированной разливки металлов в литейные формы в соответствии с требованиями технологического процесса при одновременном обеспечении симмет рии токов в питающей сети. Для автоматизации литейного производства широко применяются различные разливочные устройства и дозаторы расплавленных металлов (механические, пневматические и электромагнитные). Наиболее полно отвечают тр бованиям производства дозаторы магни тодинамического типа или - магнитоди намические установки (ВДУ), работа которых основана на взаимодействии тока и магнитного потока в активной зоне этих установок. При питании переменным током про изводительность МДУ в пр.оцессе 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 Известны устройства, в которых блок питания содержит трансформ аторы или автотрансформаторы, к которым подключаются регулируемый конденсатор и две нагрузки, которыми, в частности, могут быть индуктор и электромагнит ВДУ fl J и С2 J. В этих устройствах соотношение начальных фаз напряжений на нагрузка выбирается из условия минимизации установленной мощности, что требует включения индуктора с более высоким коэффициентом мощности от отстающего по фазе (примерно на 110) напряжения сети, в то время, как для обеспечения эффективной работы-ВДУ угол сдвига фаз между напряжениями, питающими электромагнитные системы установки, должен находиться в диапазоне 120° при опережающем напряжении на системе индуктора. Поэтому такие устройства не могут обеспечить достижение необходимых технологических параметров, например заданного уровня электромагнитного напора. Известна система питания ВДУ, 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 вьгоодов 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 регули- . руемого 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 вьшолняет функции фазосдвигающего элемента (электромагнитного делителя напряжения), обеспечивающего регулируемыйконденсатор напряжением, имеющим оптимальную (с точки зрения симметрирования токов сети) начальную фазу, опреде- . ляемую условиями симметрирования Сз. Первый и третий автотрансформаторы обеспечивают питание, соответственно, индуктора и электромагнита, причем автотрансформатор, питающий электромагнит, имеет низкий коэффициент использования, так как время заливки металла в литейную форму в рбщем технологическом цикле работы становки обычно составляет 10-30%.

311662

Таким образом, в известной установке задачи питания и оптимизации симметрирования решаются раздельно. Кроме того, начальные фазы напряжения на входе таких МДУ определяются возмож- 5 ностями трехфазной электрической сети и не всегда являются оптимальными, что ухудшает эффективность использования электрической энергиии, в конечном счете, приводит к низкой Ю эффективности работы установки в целом. При этом раздельное использование автотрансформаторов для электропитания и симметрирования токов трехазной сети приводит также к повьше- 15 нию установленной мощности устройства.

Соотношение мощностей индуктора, электромагнита и регулируемого коненсатора таковы, что практически се три автотрансформатора имеют 20

динаковую мощность, поэтому при пиании МДУ, содержащих более одного ндуктора и электромагнита, необходимо либо увеличить число питающих автотрансформаторов либо, соответст- I 25 венно, их мощность. Это приведет, в свою очередь, к дополнительному увеичению установленной мощности блока питания.

Наиболее близкой по технической зо сущности к изобретению является система питания МДУ, имеющей два индуктора и по меньшей мере один электромагнит, содержащая .первый автотрансорматор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй -автотрансформатор, подключенный на другое линейное напряжение этой сети, опережающее первое по фазе, и регулируемый конденсатор для сим- дметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора выполнены с вьтодами для получения на индукторах и электромагнитах частичного или полного напряжения, создаваемого в об- j мотке соответствующего автотрансформатора, причем один индуктор подклю- . чен к первому автотрансформатору, один вывод регул ируемого конденсатора связан с одним из вьшодов обмотки 5Q второго автотрансформатора, а выводы электромагнитов через ключи - с вьшодами обмоток обоих автотрансформаторов L4 J.

Применение известной системы пита- 55 НИН-для МДУ, имеющих два индуктора и один или два электромагнита, предназначенные для заливки металла од19

новременно 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.

Цель изобретения - повыпение производительности МДУ,уменьшение установленной мощности и повьш1ение надежности системы питания.

Поставленная цель достигается тем что в систему питания ЩУ, имеющей два индуктора и по меньшей мере один электромагнит, содержащей первый автотрансформатор, подключенный на одно линейное напряжение трехфазной сети, второй автотрансформатор, подключенный на другое линейное напряжение этой сети, содержащее первое по фазе, и регулируемый конденсатор , для симметрирования токов сети, при этом оба автотрансформатора вьтолнены с выводами для получения на индукторах, электромагнитах и конденсаторе частичного или полного напрягженин, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один индуктор подключен к первому автотрансформатору, один вывод регулируемого конденсатора связан с одним из вьюодов обмотки второго автотрансформатора, а вьшоды электромагнитов через ключи связаны .с выводами обмоток обоих автотрансформаторов, введен третий автотрансформатор, подключенный на третъе линейное напряжение сети, вьшолненный с выводами для получения на подключаемом к неь1у втором индукторе частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке этого автотранс-форматора.

При этом параллельно первому индуктору и.параллельно одному из электромагнитов подключены дополнительно введенные компенсирующие регулируемые конденсаторы.

На фиг.1 приведена принципиальная схема системы питания ИДУ; на фиг.2 топографическая диаграмма напряжений на элементах схемы установки, иллюстрирующая принцип ее работы.

Система питания МДУ содержит три автотрансформатора 1-3, регулируемые конденсаторы 4-6, индукторы 7 и 8, электромагниты 9 и 10. Автотрансформаторы 1-3 и регулируемые конденсато ры 4-6 образуют систему питания ИДУ, а индукторы 7 и 8 и электромагниты 9 и 10 являются .нагрузкой этой сиетемы питания. Предлагаемая система питания ВДУ подключается к трехфазной сети показанной в виде шин А, В и С. При этом обмотка 11 автотрансформатора подключена линейными вьюодами на линейное напряжение VCA обмотка 12 ав тотрансформатора 2 - на линейное напряжение VDP , опережающее напряжение Урд , а обмотка 13 автотрансформатора 3 - на линейное напряжение , отста ющёе от напряжения V. Обмотки 11-13 имеют кроме линейных В шодов отпайки представляющие собой выводы частей обмотки, что обеспечивает оперативное подключение.нагрузок к любым выводам обмоток, включая линейные выво ды. Регулируемый конденсатор 4 подключен к одному линейному выводу обмотки 11 и к одной из отпаек обмотки 12 для симметрирования токов сети. Симметрирование осуществляется известным способом. Индуктор 7 и электромагнит 9 вклюЧены так же, как в известном устройстве. Последовательно О электромагнитами 9 и 10 включены ключи 14 и 15 соответственно, а индуктор В подключен к общему вьшоду автотрансформаторов 1 и 3 и к одной из отпаек обмотки 13. Оперативная - ; г. Р ; элект ичёская связь индуктора 8 с автотрансформатором 3 осуществлена так же, как и связь индуктора 7 с ав тотрансформатором 1, т.е. с возможностью переключения с одной отпайки на другую. Соотношение начальных-фаз напрягжений на индукторах 7 и 8, и, соответственно, электромагнитах 9 и 10 должно устанавливаться вполне определенным. Поэтому выборотпаек автотрансформаторов 1-3 для подключения нагрузок осуществляется по требовани технологии, а возникающая при этом асимметрия токов в сети устраняется подключением регулируемого конденсатора 4 на соответствующие отпайки обмотки автотрансформатора 2. Согласно изобретению (фиг.1) параллельно индуктору 7 и электррмаг ниту 10 подключены компенси зующие регулируемые конденсаторы 5 и 6. Роль этих конденсаторов заключается в том, что они компенсируют реактивную мощность соответствующих нагрузок, что способствует уменьшению установленной мощности как автотрансформаторов, так и регулируемого конденсатора. При работе МДУ в режиме подогрева металла включены только индукторы 7 и 8. Величины и фазы напряжений, питающих эти индукторы, выбираются из условия обеспечения скорости подогрева металла в МДУ, что -обеспечивается выбором величины и начальных фаз напряжений на индукторах. Поэтому начала обмоток индукторов 7 и 8 должны быть согласованы таким образом, чтобы разность начальных фаз питающих напряжений составляла 60. Это в достаточной степени обеспечивает интенсивный тепломассообмен между каналами И; ванной МДУ, а следовательно, и, скорость подогрева металла в установке. Результирующий вектор пульсирующей мощности трехфазной сети в этом случае определяется суммой векторов пульсирующих мощностей индукторов 7 и 8 N2.N7+Ns U7i7+Uflia N5;e : , (О Необходимая величина конденсатора 4 () и начальн-ая-фаза его напряжения могут быть рассчитаны с помощью выражений (1) и (2). i t а необходимое значение коэффициента трансформации автотрансформатора 2 в соответствии с топографической диаграммой фиг.2 определяется выражением 2 2 UBC /U6C (Iff где под коэффициентом трансформации подразумевается отношение линейного .напряжения на входе автотрансформатора к напряжению между отпайкой, к которой подключается элемент схемы, и линейным выводом автотрансформатора, соответствующим началу вектора линейного напряжения, на которое подключен этот автотрансформатор. При работе МДУ в режиме разливки металла в соответствии с требованиями технологического режима электромагниты 9 и 10 ключами 14 и 15 подключаются к соответствующим выводам (в том .числе и линейным) автотрансформаторов 1 и 2. В этом случае результирующий 11662 вектор пульсирующей мощности равен сумме векторов пульсирующих мощностей индукторов 7 и 8 и электромагнитов 9 и 10 N2.N,+Nj+N5+N o %е Этот вектор может быть скомпенсирова с помощью конденсатора 4. Начальная фаза напряжения-на конденсаторе 4 определяется выражением (2), а коэффициент трансформации автотрансформатора 2 - выражением (3). В зависимости от соотношения мощностей индукторов 7 и 8 и электромагнитов 9 и 10 вектор N изменяется по величине и фазе, что может привести тому, что возникнет необходимость пе реключения вывода конденсатора с линейного вывода автотрансформаторов 1 и 3 к соответствующим промежуточным отпайкам автотрансформатора 1. При этом величина и фаза напряжения на электромагнитах и конденсаторе определяется выражениями /u,,,, )44;x- i: -,j., Vj.,g,o(rcigv i-t) где K,UcVUcA; K2 U8c/UBc; ид - линейное напряжение сети. Необходимо.е значение коэффициента К2 при известных значениях К-, и ( (-i-)(4Ve- Устранить необходимость переключений конденсатора 4, уменьшить его мощность и повысить коэффициент мощности на входе блока питания НДУ мож19но с помощью регулируемых конденсаторов 5 и 6. Мощность этих конденсаторов выбирается из условия компенсации пульсирующих мощностей индукторов 7 и 8, электромагнитов 9 и 10 и определяется соотношениями N,+N3.+N4 Ni5:; ,,.; NI Если возникнет необходимость запивать металл только в одну литейную форму, в МДУ по фиг.1 выгоднее это делать с помощью электромагнита 10, Tajc как в этом случае уменьшается установленная мощность конденсаторов. Использование предлагаемого изобретения для питания ЩУ обеспечивает по сравнению с известными устройствами, не предусматривающими симметрирование токов сети и оптимизацию условий проведения технологического процесса подогрева и разливки расплавленных металлов в литейные формы, следующие преимущества: позволяет упростить схему электроснабжения МДУ с двумя индукторами и электромагнитами, уменьшить количество автотрансформаторов и установленную мощность силовых конденсаторов, повысить ее надежность; наличие трех автотрансформаторов в схеме блока питания ЩУ расширяет функциональные возможности схемы по сравнению с известным устройством; совмещение в Устройстве функций симметрирования токов трехфазной сети и регулирование по величине и фазе напряжений на электромагнитных системах установки и на регулируемых конденсаторах повышает коэффициент, использования электрооборудования схемы.

f-l

Фиг, 2

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ МАГНИТОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, имеющей два индуктора и по меньшей мере один электромагнит, содержащая 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 ин.дукторах, электромагнитах и конденсаторе частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке соответствующего автотрансформатора, причем один индуктор подключен к первому автотрансформатору, один вьтод регулируемого конденсатора связан с одним из выводов обмотки второго автотрансформатора, а вьшоды электромагнитов через ключи связаны с вьтодами обмоток обоих автотрансформаторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности магнитодинамической установки, уменьшения установленной мощности и повьше- (Л ния надежности системы питания, в систему введен третий автотрансформатор, подключенный на третье линейное напряжение сети, выполненный с выводами для получения на подключаемом к нему втором индукторе частичного или полного напряжения, создаваемого в обмотке этого автотрансформатора;. 2. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что параллельно первому индуктору и параллельно одному из электромагнитов подключены дополнительно введенные компенсирующие регулируемые конденсаторы.