Устройство для питания электродуговых печей Советский патент 1993 года по МПК H05B7/144 

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано, на- пример,в металлургической промышленности для электроснабжения трехфазных дуговых сталеплавильных электрических печей.

. Известны устройства для питания электродуговых печей, содержащие две группы печных трехфазных трансформаторов с однотипно соединенными вторичными обмотками 1. Задача ограждения питающей сети от вредного влияния электродуговых печей на форму кривой тока и другие показатели качества электроэнергии решаются в это м устройстве использованием тиристорных компенсаторов реактивной мощности вместе с силовыми индуктивно-емкостными резонансными фильтрами.

Известно также устройство для питания электродуговых печей, содержащее две группы трехфазных трансформаторов с однотипно соединенными вторичными обмотками, первичные обмотки одной группы

печных трансформаторов пофазно-последо- вательно соединены в общую схему треугольника, первичные обмотки второй группы трансформаторов соединены в общую схему звезды 2. Это известное устройство принято здесь в качестве прототипа.

Переход от аналога 1 к прототипу 2 позволяет:

а) существенно уменьшить стоимость установленного оборудования, позволяя достичь того же результата средствами самих совместно работающих электропечей и соединенных с ними печных трансформаторов;

б) сделать практически не заметными толчки тока питающей сети из-за эксплуатационных коротких замыканий в отдельных электропечах. Отмеченные положительные качества прототипа достигнуты соединением в общую схему треугольника дополнительных обмоток трансформаторов той же группы, первичные обмотки которой пофаз- но-последоеательно соединены звездой. Отсюда следует, что половина трансформаЁ

-ч ю

4

vj О

торов прототипа должна быть выполнена специальными, отличаясь от используемых в настоящее время наличием дополнительных обмоток. Такая особенность прототипа обусловливает его относительную сложность и уменьшает возможную область применения.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным трехфазным трансформатором с соединенной треугольником вторичной обмоткой и соединенной звездой первичной обмоткой, нулевая точка соединения которой присоединена к нулевой точке соединения звездой первичных обмоток второй группы трансформаторов.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства,

Устройство содержит трехфазные печные трансформаторы 1-4, соединенная треугольником вторичная обмотка 5-8 каждого из которых присоединена к своей дуговой печи 9-12. Первичные обмотки 13 и 14 трансформаторов 1 и 2 пофазно-последова- тельно соединены в общую схему звезды, свободные выводы лучей которой присоединены к шинам трехфазной питающей сети. Первичные обмотки 15 и 16 первой группы трансформаторов 3 и 4 соединены пофазно- последовательно в общую схему треугольника, вершины которого присоединены к питающей сети. Устройство имеет также дополнительный трансформатор 17, нулевая точка соединения звездой первичной обмотки 18 которого присоединена к нулевой точке пофазно-последовательного соединения звездой первичных обмоток 13 и 14 второй группы печных трансформаторов 1 и 2, а вторичная обмотка 19 трансформатора 17 соединена треугольником; Может оказаться, что система электроснабжения имеет таким образом соединенный трансформатор 17, к соединенной треугольником вторичной обмотке 19. которого присоединена нагрузка; в этом случае трансформатор 17 выполняет отведенную ему в данном устройстве роль как бы по совместительству и потому не может быть назван дополнительным.

Хотя на принципиальной схеме фиг. 1 в каждой группе пофазно-последовательно соединенных первичных обмоток печных трансформаторов показано только два входящих в нее трансформатора, их число может быть существенно увеличено; на такую возможность указывает, в частности, использование пунктирных линий как способа начертания соединения большого числа не

показанных обмоток соответствующей группы.

Кроме того, предполагается, что каждая из фаз первичной обмотки печного трансформатора может быть зашунтировзнэ контактами своего контактора. Такая мера предусматривается на тот случай, если потребуется на определенное время вывести из совместной работы одну из печей вместе

со своим трансформатором.

При описании работы предлагаемого устройства приходится учитывать, что на электромагнитные процессы в нем оказывают решающее влияние такие факторы:

5 а) однотипный характер соединения треугольником вторичных обмоток 5-8 печных трансформаторов 1-4, нагруженных каждая своей трехфазной дуговой печью 9- 12;

0 б) параллельное подсоединение к общей питающей сети двух групп печных трансформаторов 9-12;

в) пофазно-последовательное соединение одной группы первичных обмоток 13 и 5 14 в общую схему звезды, а другой группы первичных обмоток 15 и 16 - в общую схему треугольника;.

г) присоединение к той же сети соединенной звездой первичной обмотки 18 до0 полнительного трансформатора 17, нулевая точка которой соединена с нулевой точкой группового пофазно-последовательного соединения первичных обмоток 13 и 14 трансформаторов 1 и 2;

5 д) соединение треугольником вторичной обмотки 19 дополнительного трансформатора 17.

Особенности работы данного устройства связаны с неравномерностью нагрузки в

0 цепи трехфазной вторичной обмотки какого-либо печного трансформатора. При анализе электромагнитных процессов в питающей сети и присоединенных к ней трехфазных печных трансформаторах будем

5 полагать систему линейных напряжений источника - питающей сети - симметричной, а его внутреннее сопротивление равным нулю. В этих условиях будет иметь место:

а) несимметрия системы напряжений во 0 вторичной обмотке трансформатора с неравномерной нагрузкой;

б) несимметрия системы напряжений на первичн ых обмотках того же трансформатора;

5 в) несимметрия систем напряжений первичных обмоток других печных трансформаторов общей для них группы с пофаз- но-последовательным соединением первичных обмоток, обусловленная каксим- метрией системы их суммарного напряжения, так и неравномерностью нагрузки вторичной обмотки одного из этих трехфазных трансформаторов;

г) вызванная этим несимметрия систем напряжений на вторичных обмотках трансформаторов одной группы, следовательно, пофазная неравномерность нагрузки хотя бы одного печного трансформатора, обусловливает несимметрию напряжений вторичной обмотки даже трансформатора с равномерной нагрузкой вследствие отмеченной выше несимметрии напряжений на его первичной обмотке.

Нарушение симметрии системы напряжений на соединенной треугольником вторичной обмотке печного трансформатора, обусловленное неуравновешенным режимом расплавления питаемой дуговой печи, приведет:

а) к нарушению симметрии системы напряжений на вторичных обмотках других печных трансформаторов одной их группы; б) к неодновременное™ прохождения через нулевые или максимальные значения третьих гармоник тока в отдельных фазах вторичной обмотки печного трансформатора;

в) к появлению возможности замыкаться магнитному потоку от тока третьей гармоники в фазе вторичной обмотки, расположённой на одном из стержней маг- нитопровода трансформатора, через соседний стержень этого магиитопровода;

г) к наведению составляющих ЭДС в первичной обмотке трансформатора составляющими потока от третьих и кратных им высших гармоник тока во вторичной обмотке трансформатора;

д) к невозможности рассматривать в этих условиях соединение треугольником вторичной обмотки как достаточное средство ограждения цепи первичных обмоток печных трансформаторов от различного рода неприятностей, связанных с этими высшими гармониками;

е) к передаче в цепь первичных обмоток третьей и кратных ей гармоник напряжения и тока. Потому простой переход на пофаз- но-последовательное соединение первичных обмоток печных трансформаторов может привести к неработоспособности соответствующего устройства. В данном устройстве предусмотрены средства, способные устранить этот недостаток. Известно, что система напряжений или токов утроенной (и кратной ей) частоты образует нулевую последовательность фаз, если соответствующая система основной частоты образует прямую последовательность фаз.

Пофазно-последовательному соединению первичных обмоток 15 и 16 первой группы печных трансформаторов 3-4 в треугольник соответствует симметрия системы

5 суммарных напряжений основной частоты на сторонах треугольника. Такое соединение для третьих гармоник напряжения, возбуждаемых в цепи первичных обмоток трансформаторов одной группы теми же

0 гармониками тока во вторичных обмотках трансформаторов, следует рассматривать как короткозамкнутый контур, который:

а) создает условия для размагничивающего действия потокосцеплений отдельных 5 фаз первичной обмотки каждого трансформатора по отношению к рождаемым третьими (и кратными им) гармониками тока во вторичных обмотках составляющим потока;

б) позволяет поэтому считать каждый из 0 печных трансформаторов находящимся в режиме короткого замыкания для третьей и- кратной ей высших гармоник тока в обмотках такого трансформатора;

в)исключаетусловия возникновения пе- 5 ренапряжений в обмотках 15 и 16 этой группы трансформаторов 3 и 4.

Также симметричной является система

напряжений, приложенных к каждому лучу

звезды пофазно-последовательного соеди0 нения первичных обмоток 13 и 14 второй

группы трансформаторов 1 и 2.

Если вначале условно не принимать во внимание дополнительный трансформатор 17 предлагаемого устройства, то можно от- 5 метить: . .

. а) одинаковое направление суммарного напряжения третьей гармоники на каждом из лучей звезды из последовательного соединения первичных обмоток 13 и 14 по от- 0 ношению к нулевой точке этого соединения;

б) взаимную компенсацию напряжений на последовательном соединении этих лучей звезды от потоков третьей гармонической, создаваемых цепями вторичных обмо- 5 ток печных трансформаторов при изолированной нулевой точке соединения первичных обмоток 13 и 14 звездой;

в) обусловленный этим режим холостого

хода каждого из трансформаторов 1 и 2 для

0 третьей или кратной ей высшей гармоники

тока во вторичных обмотках 6 и 5 печных

трансформаторов;

г) недопустимо большие перенапряжения на первичных обмотках 13 и 14 транс5 форматоров, определяемые произведением конечной величины тока (вторичная цепь является именно источником тока, а не напряжения) третьей гармоники на очень большое индуктивное сопротивление холостого хода трансформатора.- Опасность такой аварийной ситуации для изоляции обмоток 13 и 14 трансформаторов 1 и 2 исчезает благодаря введению дополнительного трансформатора 17, нулевая точка соединенной звездой первичной обмотки 18 которого соединена с нулевой точкой последовательного соединения звездой первичных обмоток 13 и 14.

Система токов нулевого следования фаз третьей и кратных ей гармоник будет в этом случае замыкаться через нейтральный провод, соединяющий упомянутые нулевые точки, а также через лучи звезды соединения первичных обмоток 13 и 14 трансформаторов 1 и 2, а так же обмотки первичной обмотки 18 дополнительного трансформатора 17. Протекание этих токов нулевой последовательности через лучи звезды первичной обмотки 18 обусловит наведение ЭДС тех же частот во вторичной обмотке 19 дополнительного трансформатора 17. Соединение

треугольником обмотки 19 создает корот- козамкнутый контур для токов нулевой последовательности, соответствующих третьей и кратным ей гармоникам; для этих

гармоник трансформатор 17 оказывается потому в режиме короткого замыкания. Вследствие этого падение напряжения на каждой из обмоток 13 и 14 печных трансформаторов для этих гармоник оказывается

практически равным нулю, а потому сами печные трансформаторы 1 и 2 для третьей или кратных ей высших гармоник тока оказываются также в режиме короткого замыкания, что создает благоприятные условия

для работы печных трансформаторов. Поэтому исключается возможность возникновения перенапряжений на обмотках 13 и 14 второй группы трансформаторов 1 и 2, т.е. данное решение имеет свойства, выходящие за пределы простой суммы свойств известных устройств.

Использование: плавка металла в дуговых печах. Сущность изобретения: первичные обмотки одной группы печных трансформаторов пофазно-последователь- но соединены в общую схему треугольника, вершины которого присоединены к выводам питающей сети. Лучи пофазно-последо- вательного соединения звездой другой группы трансформаторов также присоединены к выводам питающей сети, а ее нулевая точка соединена с нулевой точкой соединения звездой, подключенной к выводам питающей сети первичной обмотки дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена треугольником. 1 ил.

Формула изобретения Устройство для питания электродуговых печей, содержащее две группы печных трехфазных трансформаторов с однотипно соединенными вторичными обмотками, первичные обмотки одной группы печных трансформаторов пофазно последовательно соединены в общую схему треугольника, первичные обмотки второй группы трансформаторов соединены в общую схему звезды, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно снабжено дополнительным трехфазным трансформатором с соединенными треугольником вторичными обмотками и соединенными звездой первичными обмотками, нулевая точка соединения которых присоединена к нулевой точке соединения звездой первичных обмоток второй группы трансформаторов.

&