Индукционная канальная печь Советский патент 1992 года по МПК H05B6/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным печам (миксерам) канального типа, предназначенным для плавления и обработки цветных и черных металлов, а также и схемам их электропитания.

Известны индукционные канальные печи (ИКП), содержащие плавильную ванну и примыкающую к ней индукционную единицу (ИЕ), состоящую из двух магнитопрово- дов с индукторами, вокруг которых замыкаются каналы, сообщающиеся с ванной печи. Два индуктора ИКП подключаются к трехфазной питающей сети (печному трансформатору) и, таким образом, являются несимметричной нагрузкой для системы питания. При подключении таких установок необходимо осуществлять симметрирование. Для этого могут использоваться известные схемы - схема Скотта, либо схема

Открытый треугольник. Схема Скотта обычно применяется для симметрирования двух нагрузок, имеющих одинаковые параметры, т.е. равные полные мощности (S) и фазовые углы нагрузки ( р). Поэтому такая схема может симметрировать токи сети для печей, имеющих два независимых (например однофазных) индукторы, расположенные на разных ИЕ, т.е. когда каналы не имеют между собой общих участков. Однако каналы ИЕ многих ИКП имеют общие, смежные участки, обуславливающие взаимную электромагнитную связь и, соответственно, неравенство параметров индукторов, что приводит к их несимметрии.

Кроме этого, недостатком схемы Скотта является снижение напряжения на одном из индукторов, что уменьшает его мощность, либо приводит к необходимости коррекции числа витков индуктора для сохранения его мощности.

ч СЛ О О О 4

При подключении ИКП со сдвоенной ИЕ по схеме Скотта сдвиг фаз питающих индукторы напряжений, а также их магнитных потоков составляет 90 эл. град.

Однако канал HE обладает лучшим тепломассообменом с ванной печи за счет увеличения транзитного движения расплава при значении ifa меньшем 90 зл. град. Поэтому на практике чаще применяется подключение ИКП по схеме Открытый треугольник, в которой сдвиг магнитных потоков I/AI 60 эл. град. Симметрирование такой схемы осуществляется симметрично-компенсирующим устройством (СКУ) с помощью двух однофазных групп конденсаторов различной емкости, подключаемых параллельно соответствующим индукторам.

Как показывают расчеты, при применении схемы Открытый треугольник симметрирование возможно только при коэффициенте мощности, приближающемся-к единице. Однако симметрирование ИКП при высоком коэффициенте мощности требует установки большого количества емкостных элементов в системе питания, что ограничивает регулировочные возможности СКУ, так как не позволяет добиться симметрии при меньшем коэффициенте мощности. Кроме этого, от токов несимметрии не освобождается довольно протяженная сеть системы питания между ИКП и точкой подключения СКУ.

Известна индукционная плавильная печь, выбранная в качестве прототипа, в которой с целью регулирования режима работы печи без регулировочных аппаратов, на сердечнике магнитопровода расположена дополнительная обмотка, включаемая при необходимости последовательно с основной обмоткой индуктора, что приводит к уменьшению мощности печи. Однако такие конструкции являются несимметричной нагрузкой для системы питания, что требует установки СКУ.

Цель изобретения - симметрирование токов в трехфазной питающей сети при одновременном уменьшении установленной мощности индуктора и симметрирующих элементов.

Цель достигается тем, что пульсирующая мощность трехфазной сети, обусловленная несимметрией нагрузки, компенсируется пульсирующей мощностью, создаваемой симметрирующим конденсатором, при этом происходит перераспределение мощности и токов по фазам системы питания, а также компенсация реактивной мощности на входе (индукторах) ИКП. В связи с тем, что условия симметрирования выполняются таким образом, чтобы пульсирующая мощность конденсатора находилась в противофазе с пульсирующей мощностью

сети, т.е. они арифметически вычитаются, установленная мощность симметрирующего конденсатора уменьшается по сравнению с другими вариантами устройств питания ИКП.

На фиг.1 изображена известная схема Скотта; на фиг.2 - известная схема Открытый треугольник ; на фиг.З - известное конструктивное исполнение индукционной печи; на фиг.4 - предлагаемая ИКП; на

фиг.5 - схема подключения индукторов; на фиг.6 - векторная диаграмма пульсирующих .мощностей.

На чертехох приняты обозначения; плавильная ванна 1, индукционная единица 2,

магнитопровод 3, канал 4, индуктор I 5, дополнительная катушка 5 1-го индуктора, индуктор II б, дополнительная катушка б 11-го индуктора.

При подключении индукционной печи к

питающей системе величина пульсирующей мощности, обусловленная каждым индуктором, определяется величинами и начальными фазами напряжений и токов соответствующих индукторов:

Ыи ии1ие - мие)Ч

где гми - аргумент вектора пульсирующей мощности индуктора;

УЛ1 - начальная фаза напряжения на

индукторе;

ри фазовый угол тока индуктора. Молуль и аргумент результирующего вектора пульсирующей мощности трехфаз- ной сети определяются суммой пульсирую- щих мощносте обоих индукторов Nt-Mi + INJii.

Он и определяет величину реактивной мощности симметрирующего конденсатора (или СКУ). Для осуществления симметрирования аргумент вектора пульсирующей мощности этого конденсатора должен отличаться на 180° от аргумента результирующе

го вектора пульсирующей мощности Ng, т.е.

ТСКУ rN&+180°.

Зто требует обеспечения начальной фазы напряжения на конденсаторе

Г с

TNg+ 90е

Начальная фаза и величина напряжения на конденсаторе зависят от геометрической суммы напряжений дополнительных катушек 5 и б7:

Ос Us/ + Об .

т.е. начальная фаза напряжения на конденсаторе зависит от соотношения витков до- полнительных катушек, а величина напряжения от их числа. .

На диаграмме (фиг.6) результирую- щий вектор пульсирующей мощности, обус- ловленный индукторами, и II, он определяется векторами NI и NH. В противо- фазе вектору располагается результирующий вектор пульсируйщеД, мощности симметрирующих элементов ИСКУ . t /

Из диаграммы следует, что вектор МСКУ может быть получен при сложении векторов NBC и NAB, которые являются векторами пульсирующих мощностей К9нденсзторов, включенных на напряжение UBC и Одв. что достигается при использовании схемы на фиг.2. Величина этих векторов и определяет мощность симметрирующих элементов Cz и Ci этой схемы. Установленная мощность СКУ при этом превышает минимально необходимую величину (Мску ) из-за того, что конденсаторы подключаются на линейные напряжения и суммирование их пульсирующих мощностей происходит геометрически (под углом 120°).

При выполнении ИКП по фиг,4 и питании по схеме фиг.5 реактивная мощность симметрирующего конденсатора С выбирается равной абсолютной величине результи- рующего вектора пульсирующей мощности ШСКУ - .

На векторной диаграмме (фиг.6) показан вектор напряжения Uoi, на которое необходимо подключить симметрирующий конденсатор С. Этот вектор с учетом схемы соединения дополнительных катушек 5 и б может быть получен суммированием векторов U12 и Uoa величина которых пропорциональна числу витков катушек 5х и 6Л Число витков дополнительных катушек S и б мо- жет быть определено из следующих выражений:

aln (90°-).

WAB WM|

/ WBC

Wnll

sin 120P sin (TO - 30°). Sin 120

где WAB и WBC - числа витков дополнительных катушек индукторов I и II, включенных на напряжения АВ и ВС;

WHI и WHII -числа витков индукторов I и II.

Как видно на диаграмме, напряжение симметрирующего конденсатора равняется геометрической сумме напряжений дополнительных катушек и может быть выбрано в соответствии с заданными условиями. Если по схеме, изображенной на фиг.2, положение и величина вектора NCKY определяется геометрической суммой векторов пульсирующих мощностей IS1AB и NBC соответствующих конденсаторов, то в ИКП, изображенной на фиг.4 и 5, положение вектора NCKY определяется соотношением витков дополнительных катушек 5х и бЛ а его величина выбирается равной вектору Ng.

Таким образом, в сравнении с известным при выполнении ИКП по фиг.4 уменьшается установленная мощность симметрирующих элементов, так как заменяются две группы конденсаторов на одну меньшей емкости. В связи с уменьшением установленной мощности симметрирование осуществляется при меньшем коэффициенте мощности, При этом ток в обмотках индукторов уменьшается примерно на 27%, т.е. составляет О.,73 номинального тока ин- дукторэ в известной печи, что и обуславливает снижение установленной мощности индукторов,

Формула изобретения

Индукционная канальная печь, содержащая плавильную ванну и примыкающую к ней индукционную единицу, состоящую из двух магнитопроводов с индукторами, подключенными к трехфазной сети, вокруг которых замыкаются каналы, сообщающиеся с ванной печи, и установленные на магиито- проводах дополнительные катушки, отличающаяся тем, что, с целью симметрирования токов в питающей сети при одновременном уменьшении установленной мощности индукторов и симметрирующих элементов, дополнительные катушки соединены встречно и подключены к введенному силовому конденсатору.

А В С

Оао IЯ

i о

J

fflT

л-у

4 В С

о9

с -1H

С/(/

Использование: для плавления и обработки цветных и черных металлов. Сущность изобретения: печь содержит ванну, индукторы с магнитопроводами, дополнительные катушки на них, которые соединены встречно и подключены к силовому конденсатору. 6 ил. СЛ с

/

Фиг Л

/ /

Фиг .2

Фиг.З

Фиг Л

Фиг. 5