Индукционная установка Советский патент 1992 года по МПК H05B6/08 

7

СП

С

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности работы установки путем отстройки от перегрузки токами высших гармоник напряжения питающей сети. Наличие датчиков электрического параметра 4 и 5, коммутатора напряжения 6, блока вычисления перегрузки 7, порогового органа 9, блока переключения ступеней конденсаторной батареи 10 в сочетании с моделирующим органом 13 и блоком вычисления перегрузки моделирующего органа позволяет снизить перегрузку сети и элементов высшими гармониками. 6 ил.

2

со

о

Ј

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания индукционных установок, и может быть использовано в системах электроснабже- ния и питания электротехнологических установок.

Целью изобретения является повышение надежности работы элементов индукци- онной установки путем отстройки от перегрузки их токами высших гармоник напряжения питающей сети при сохранении заданного уровня напряжения питающей сети при сохранении заданного уровня напряжения на индукционной системе.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки; на фиг, 2 - схема коммутатора напряжения; на фиг. 3 - схема подклю- чения порогового органа к блоку вычисления перегрузки; на фиг. 4 - блок переключения ступеней конденсаторной батареи; на фиг. 5-схема блока управления батареей компенсирующих конденсаторов регулируемой мощности; на фиг. 6 - зависимости составляющих комплексной проводи- мости от частоты.

Установка состоит из включенной параллельно индукционной системе 1 батареи 2 компенсирующих конденсаторов регулируемой мощности, последовательного реак- тивного, например емкостного, элемента 3 регулируемой мощности, датчиков 4 и 5 электрического параметра, коммутатора 6 напряжения, блока 7 вычисления перегрузки, фильтра 8 высших гармоник, порогового органа 9, блока 10 переключения ступеней конденсаторной батареи, блока 11 управления батареей компенсирующих конденсаторов,блока12управления последовательным реактивным элементом регулируемой мощности, моделирующего органа 13 и блока 14 вычисления перегрузки моделирующего органа.

Батарея 2 компенсирующих конденсаторов регулируемой мощности представля- ет собой группы конденсаторов, коммутируемые контактной или бесконтактной аппаратурой. Последовательный реактивный элемент 3 регулируемой мощности может быть выполнен аналогично блоку 2 или в случае индуктивного характера в виде дросселя с регулированием по отпайкам.

Датчики 4 и 5 представляют собой трансформаторы тока, напряжения, шунты или их комбинации в зависимости от выра- ботанного контролируемого параметра (напряжения, ток, активная мощность и т.д.).

Коммутатор 6 напряжения (фиг. 2) содержит генератор 15 импульсов, на вход которого подведено напряжение питания, а

выход подключен к входу триггера 16, первый выход которого подключен к реле 17, а второй выход- к реле 18. Выходы реле 17 и 18 соединены с землей.

В качестве блока 7 вычисления перегрузки и блока 14 вычисления перегрузки моделирующего органа (фиг. 1) могут использоваться известные приборы, вычисляющие коэффициент несинусоидальности напряжения или (и) тока, например прибор для контроля несинусоидальности формы кривой напряжения.

В качестве фильтра 8 высших гармоник (фиг. 1) использован активный фильтр на частоты 100-2000 Гц.

В качестве порогового органа 9 (фиг. 3) использован компаратор, первый вход которого подключен к аналоговому выходу блока 7 вычисления перегрузки, а второй вход - к выходу фильтра 8 высших гармоник. Первый и второй выходы порогового органа 9 подключены к первым входам блоков 11 и 12 управления соответственно.

Блок 10 (фиг. 4) содержит реле 19, первый вывод которого подключен к третьему выходу порогового органа 9, второй вывод реле 19 соединен с землей, аналого-цифровой преобразователь 20, вход которого через замыкающий контакт 21 реле 19 подключен к выходу блока 14 вычисления перегрузки моделирующего органа, а выход - к входу запоминающего устройства 22, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя 23, выход которого подключен к первому входу порогового органа 24, к второму входу порогового органа 24 подключен выход блока 14 вычисления перегрузки моделирующего органа, выход порогового органа 24 подключен к входу таймера 25, выход которого подключен к первому входу двоичного счетчика 26, три выхода которого подключены к первым трем входам дешифратора 27, первый инверсный выход дешифратора 27 подключен к входу реле 28, второй инверсный выход дешифратора 27 - к входу реле

29,третий инверсный выход- к входу реле

30,четвертый инверсный выход - к входу реле 31. Пятый, шестой и седьмой инверсные выходы дешифратора 27 подключены к входам элемента ЗИ-НЕ 32, инверсный выход которого соединен с четвертым входом дешифратора 27 и входом элемента 33, инверсный выход которого соединен с входом элемента 34, инверсный выход которого соединен с вторым входом двоичного счетчика 26.

Блок 11 управления батареей компенсирующих конденсаторов регулируемой мощности содержит переключатель 35 ступеней

напряжения (фиг. 5), к которому подведена одна фаза питающей сети (А), первые четыре вывода которого, соответствующие первой, второй, третьей и четвертой ступеням, соединены с входом реле 36 времени, замыкающим контактом 37 реле 36 времени и первым замыкающим контактом 38 реле 39, причем оба контакта соединены с входом реле 39. Эти же четыре вывода соединены с размыкающим контактом 40 реле 31, размыкающим контактом 41 реле 30, размыкающим контактом 43 реле 28. Контакт 40 соединен с первым замыкающим контактом 44 реле 45 времени и вторым замыкающим контактом 46 реле 45 времени. Контакт 41 соединен с первым замыкающим контактом 47 реле 48 времени и вторым замыкающим контактом 49 реле 48 времени. Контакт 42 соединен с первым замыкающим контактом 50 и вторым замыкающим контактом 51 реле 52 времени. Контакт 43 соединен с замы- кающим контактом 53 реле 54 времени. Контакт 44 соединен с первым выводом катушки реле 48, контакт 46 - с первым выводом катушки контактора 55. Контакт 47 соединен с первым выводом катушки реле 52, контакт 49 - с первым выводом катушки контактора 56. Контакт 50 соединен с первым выводом катушки реле 54, контакт 51 - с первым выводом катушки контактора 57. Контакт53 соединен с первым выводом контактора 58. Вторые четыре вывода переключателя 35 ступеней напряжения, соответствующие первой, второй, третьей и четвертой ступеням, соединены с первыми выводами катушек контакторов 55-58 соответственно, вторые выводы которых соединены с вторым замыкающим контактом 59 реле 39. Вторые выводы катушек реле 36, 39, 48, 52 и 54 и контакта 59 соединены с второй фазой питающей сети (В). Первый вывод катушки реле 45 времени соединен с выходом порогового органа 9, а второй соединен с землей.

Блок 12 управления последовательным реактивным элементом 3 регулируемой мощности выполнен аналогично блоку 11.

В качестве моделирующего органа 13 (фиг. 1) использован, например, конденсатор, подключенный параллельно устройству питания. Правомерность использования конденсатора подтверждается исследованием частотных характеристик последовательно-параллельного емкостного преобразователя напряжения. Так, на фиг. 6 представлены зависимости составляющих комплексной проводимости преобразователя от частоты в диапазоне изменения параметров емкостных элементов. При этом кривые 1-4 соответствуют следующим параметрам емкостных элементов: кривая 1-Ci 3,82 Ф; Са 3,48 103 Ф; кривая 2 - d 3,82- Ф; С2 3,14- Ф; кривая 3-Ci 3,82 -10 4Ф;С2

3,48 кривая 4-Ci 3,82- Ф; С2 3,14 Ф, где Ci и С2 - емкости последовательного и параллельного конденсаторов. Параметры активно-индуктивной нагрузки (электромагнитной системы

канальной индукционной установки) следующие: R 0,45 Ом, L 1,708-10 Гн. Из анализа кривых фиг.6 следует, что на частотах, соответствующих номерам гармоник v 2, амплитудно-частотные характеристики представляют собой прямые линии, а фазочастотные характеристики (ФЧХ), начиная с V- 3, практически соответствуют ФЧХ емкостного элемента, что и подтверждает правомерность использования такого элемента в моделирующем органе 13. Следует отметить, что в качестве моделирующего органа могут использоваться и более сложные схемы, например последовательно-параллельный емкостной делитель напряжения

активно-индуктивной нагрузки, включенной через трансформатор напряжения и др.

Установка работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на генератор 15 импульсов он генерирует импульсы, в соответствии со знаком которых триггер 16 производит поочередное ВК включение реле 17 и 18. Реле 17 своими контактами подключает блок 7 вычисления

перегрузки и фильтр 8 высших гармоник к датчику 4 сигналов, а реле 18 - датчику 5 сигналов. Отфильтрованное от высших гармоник напряжение поступает в качестве напряжения установки Куст на второй вход

порогового органа 9, на первый вход поступает напряжение с блока 7 вычисления перегрузки, пропорциональное перегрузке реактивных элементов. Одновременно блок 14 вычисления перегрузки моделирующего

органа контролирует перегрузку моделирующего органа 13 и выдает напряжение, пропорциональное перегрузке этого органа, на блок 10.

В нормальном режиме работы источника питания, когда перегрузка реактивных элементов меньше допустимой, напряжение на первом входе порогового органа 9 меньше напряжения уставки, напряжение на выходе порогового органа 9 равно нулю,

и блоки 11 и 12 управления работают от переключателя ступеней напряжения. При ручном переключении ступени напряжения переключателем 35 (фиг. 5), например, на вторую ступень срабатывает реле 36. После

срабатывания этого реле с выдержкой времени замыкается его контакт 37, чем обеспечивается срабатывание реле 39, а сработавший контакт 38 ставит реле 39 на самоблокировку. Контакт 59 реле 39 обеспечивает срабатывание катушки контактора 56.

В перегрузочном режиме работы источника питания, когда перегрузка реактивных элементов превышает допустимую, напряжение на первом входе порогового органа 9 больше напряжения уставки, пороговый орган срабатывает и подает напряжение на реле 45 блоков 11 и 12 управления, а также на реле 19 блока 10.

Реле 45 срабатывает и с выдержкой времени замыкает свой контакт 44 и самоблокирующийся контакт 46. Контакт 44 включает реле 48 времени, а контакт 46 включает катушку контактора 55. Если пере- грузка не исчезла, то с выдержкой времени замыкаются контакты 47 и 49 реле 48. Контакт 47 включает реле 52 времени, а контакт 49 включает катушку контактора 56. Если перегрузки не исчезла, то с выдержкой времени замыкаются контакты 50 и 51 реле 52. Контакт50 включает реле 54 времени, а контакт 51 включает катушку контактора 57. Если на этой ступени исчезла перегрузка, то напряжение на выходе порогового органа 9 стало равно нулю и реле 45 отключилось, отключив свои контакты 44, 47 и 50, обесто- чились реле 48, 52 и 54; однако катушки контакторов 55-57 питаются через замкнутые самоблокирующиеся контакты 46, 49 и 51. Аналогично работает блок 12 управления последовательным реактивным элементом 3 регулируемой мощности.

Одновременно с включением реле 45 срабатывает реле 19 (фиг. 4) и производит кратковременное подключение блока 14 вычисления перегрузки моделирующего органа к блоку 10. Напряжение, пропорциональное перегрузке моделирующего органа 13 в момент перегрузки реактивных элементов источника, через импульсно-замыкающий контакт 21 реле 19 поступает на аналого-цифровой преобразователь 20, откуда в цифровом виде - на запоминающее устройство 22, где запоминается, и через цифроаналоговый преобразователь 23 в аналоговом виде поступает на вход порогового органа 24 в качестве напряжения уставки. На второй вход порогового органа 24 поступает напряжение с блока 14 вычисления перегрузки моделирующего органа.

Происходит контроль перегрузки моделирующего органа 13 и сравнение полученного значения со значением перегрузки,

которое было в момент срабатывания порогового органа 9. Если уровень высших гармоник в напряжении питающей сети снизился, соответственно снизилась и перегрузка моделирующего органа 13 в напряжение на втором входе порогового органа 24 стало ниже напряжения уставки. Пороговый орган 24 срабатывает и запускает таймер 25, подключенный к первому входу

двоичного счетчика 26. С выходов двоичного счетчика 26 снимается код и поступает на входы дешифратора 27, где преобразуется в позиционный код. На первом выходе дешифратора появляется напряжение и срабатывает реле 28. Оно размыкает контакт 43 блоков 11 и 12 управления. Затем напряжение появляется на втором выходе дешифратора 27, срабатывает реле 29. Оно размыкает контакт 42 блоков 11 и 12 управления. Снимается блокировка с контакта 51, он отключается и снимает питание с катушки контактора 57. Блок управления отключает третью ступень. Затем напряжение появляется на третьем выходе дешифратора 27, срабатывает реле 30, размыкает контакт 41, снимается блокировка с контакта 49, отключается катушка контактора 56, отключается вторая ступень. Аналогично отключается и первая ступень после чего блок

11 управления переходит к работе от переключателя 35 ступеней напряжения, и набор ступеней осуществляется вручную.

Элементы 32-34 служат для установки дешифратора 27 и двоичного счетчика 26 в

исходное положение.

Использование изобретения позволяет повысить надежность и срок службы элементов устройства питания. Известно, что перегрузка емкостных элементов токами

высших гармоник снижает их надежность и срок службы. Так, например, повышение напряжения на 10% снижает срок службы конденсаторов в 2,2 раза, а при относительных величинах гармоник напряжения Us 0,04;

U 0,03; Un Uia 0,02 срок службы изоляции при стабильном режиме работы конденсаторов сокращается на 53%. Наличие высших гармоник приводит к большой повреждаемости электрооборудования.

Формула изобретения Индукционная установка, содержащая индукционную систему и подключенную параллельно ей регулируемую батарею компенсирующих конденсаторов с блоком управления, подсоединенные к источнику питания последовательно с реактивным элементом регулируемой мощности с блоком управления, отличающаяся тем,

чтр, с целью повышения надежности работы

путем отстройки от перегрузки токами высших гармоник напряжение питающей сети при сохранении заданного уровня напряжения на индукционной системе, в установку введены датчики электрического параметра батареи компенсирующих конденсаторов и реактивного элемента, коммутатор напряжения, блок вычисления перегрузки, фильтр высших гармоник, пороговый орган, блок переключения ступеней конденсаторной батареи, моделирующий орган и .блок вычисления перегрузки моделирующего органа, причем выходы датчиков электрических параметров подключены к входам коммутаК &/ОКУ 6

и

к ь/,с ;у б

7

Фиг, 3

тора напряжения, первый выход которого через блок вычисления перегрузки, а второй - через фильтр высших гармоник соединены с входами порогового органа, два

выхода которого соединены с первыми входами блоков управления батареи компенсирующих конденсаторов и реактивного элемента, а третий - с входом блока переключения ступеней конденсаторной батареи, управляющий вход которого через блок вычисления перегрузки соединен с выходом моделирующего органа, а оба выхода - с вторыми входами указанных блоков управления.

15

1

Фиг 2

35

К 5ИОКУ Ю,Я. 12

УСТ

К БЛОКУ (Ч

23

24 5 2е //

МШН

и

К БЛОКУ

э П

1

Zk

О

к 5

I

J24 5 2е //

ШН

3JN

Л

I|3i

45

УНЛН,

ГРЛЛ

90 1 i