RU2324281C1 - Dc power supply unit for arc furnace (options thereof) - Google Patents
Dc power supply unit for arc furnace (options thereof) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324281C1 RU2324281C1 RU2006145721/09A RU2006145721A RU2324281C1 RU 2324281 C1 RU2324281 C1 RU 2324281C1 RU 2006145721/09 A RU2006145721/09 A RU 2006145721/09A RU 2006145721 A RU2006145721 A RU 2006145721A RU 2324281 C1 RU2324281 C1 RU 2324281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- terminals
- valve
- transformer
- controlled
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 55
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 15
- 238000010615 ring circuit Methods 0.000 claims description 4
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Discharge Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания электрометаллургических установок, например дуговых печей постоянного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to power sources of electrometallurgical plants, for example, direct current arc furnaces.
Источники питания дуговых плавильных печей должны обеспечивать значительный диапазон изменения напряжения и тока нагрузки, вследствие уменьшения напряжения дуги по мере прогрева и проплавления шихты и разогрева рабочего пространства печи, причем для исключения нарушения хода технологического процесса регулирование напряжения и тока должно происходить бесступенчато и плавно.The power sources of the arc melting furnaces should provide a significant range of voltage and load current changes due to a decrease in the arc voltage as the furnace heats up and penetrates and the working space of the furnace warms up, and voltage and current should be continuously and smoothly controlled to prevent disruption of the technological process.
Известен источник постоянного тока для питания дуговой печи (1), содержащий два трехфазных мостовых вентильных комплекта со сглаживающими реакторами в цепях постоянного тока, состоящие каждый из первой и второй трехфазных нулевых групп вентилей, одноименные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения соответственно к электроду и подине печи, а выводы переменного тока каждой из них предназначены для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток питающего трансформатора, а также третью и четвертую трехфазные нулевые группы вентилей, разноименные выводы постоянного тока которых соединены между собой, а выводы переменного тока подключены соответственно к выводам переменного тока первого и второго трехфазных мостовых комплектов, а также систему управления и коммутирующее устройство. Одна из трехфазных нулевых групп вентилей каждого мостового комплекта выполнена неуправляемой, в ее цепь постоянного тока включен сглаживающий реактор, а третья и четвертая трехфазные нулевые группы вентилей выполнены управляемыми, причем третья, четвертая управляемые трехфазные нулевые группы вентилей мостовых вентильных комплектов установлены так, что к выводам переменного тока, предназначенным для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток указанного трансформатора, подключены одноименные выводы управляемых вентилей указанных групп, а сглаживающие реакторы включены последовательно в цепи постоянного тока неуправляемых вентильных групп соответствующих мостовых вентильных комплектов.A known direct current source for powering an arc furnace (1), containing two three-phase bridge valve sets with smoothing reactors in DC circuits, consisting of each of the first and second three-phase zero groups of valves, the same DC outputs of which are designed to connect respectively to the electrode and bottom furnace, and the AC terminals of each of them are designed to connect to the terminals of the corresponding secondary windings of the supply transformer, as well as the third and fourth three-phase e zero groups of gates whose opposite DC terminals are interconnected, and the AC terminals are connected respectively to the AC terminals of the first and second three-phase bridge sets, as well as a control system and a switching device. One of the three-phase zero groups of valves of each bridge set is made uncontrolled, a smoothing reactor is included in its DC circuit, and the third and fourth three-phase zero groups of valves are made controlled, and the third, fourth controlled three-phase zero groups of valves of the bridge valve sets are installed so that the conclusions alternating current, designed to connect to the terminals of the corresponding secondary windings of the specified transformer, connected the same terminals of the controlled valve lei of the indicated groups, and smoothing reactors are connected sequentially in the DC circuit of uncontrolled valve groups of the corresponding bridge valve sets.
Недостатками данного устройства являются сравнительно низкие значения кпд и коэффициента мощности. Недостатком данного устройства является также повышенное значение тока при коротком замыкании нагрузки - нередком явлении при дуговой плавке, что приводит к необходимости завышения установленной мощности сглаживающих реакторов, их массы и габаритов.The disadvantages of this device are the relatively low values of efficiency and power factor. The disadvantage of this device is also the increased current value during short circuit load - a frequent occurrence in arc melting, which leads to the need to overestimate the installed capacity of smoothing reactors, their mass and dimensions.
Наиболее близким техническим решением является источник питания дуговой печи постоянного тока (2), содержащий два трехфазных мостовых вентильных комплекта, каждый из которых состоит из управляемой и неуправляемой трехфазной нулевой группы вентилей, однополярные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения соответственно к сводовым и подовым электродам печи, а между выводами переменного тока, предназначенными для подключения соответствующих вторичных обмоток трехфазного питающего трансформатора, включены соединительные элементы, управляемые коммутирующим устройством, связанным с системой управления, выводы переменного тока мостовых вентильных комплектов присоединены к противоположным концам вторичных обмоток соответствующих фаз, а каждый из соединительных элементов выполнен в виде по меньшей мере одного управляемого вентиля, который анодом присоединен к выводу первого комплекта, а катодом - к выводу одноименной фазы второго комплекта.The closest technical solution is the power source of the DC arc furnace (2), containing two three-phase bridge valve sets, each of which consists of a controlled and uncontrolled three-phase zero group of valves, the unipolar DC terminals of which are designed to connect respectively to the arch and bottom electrodes of the furnace and between the terminals of the alternating current intended for connecting the corresponding secondary windings of the three-phase supply transformer are connected the elements are controlled by a switching device connected to the control system, the alternating current leads of the bridge valve sets are connected to opposite ends of the secondary windings of the corresponding phases, and each of the connecting elements is made in the form of at least one controlled valve, which is connected to the output of the first set by the anode, and the cathode - to the conclusion of the same phase of the second set.
Недостатками данного устройства также являются пониженные значения кпд и коэффициента мощности и повышенное значение тока при коротком замыкании нагрузки, что приводит к необходимости завышения установленной мощности сглаживающих реакторов, их массы и габаритов.The disadvantages of this device are also lower values of efficiency and power factor and increased current value during short circuit load, which leads to the need to overestimate the installed capacity of smoothing reactors, their mass and dimensions.
Целью предлагаемого технического решения является создание источника постоянного тока для питания дуговой печи с улучшенным согласованием характеристик источника и нагрузки с повышенным коэффициентом мощности и кпд при одновременном снижении его массы и габаритов, повышение скорости расплавления шихты при меньшем удельном расходе электроэнергии.The aim of the proposed technical solution is to create a direct current source for powering the arc furnace with improved matching of the source and load characteristics with an increased power factor and efficiency while reducing its mass and dimensions, increasing the rate of charge melting at a lower specific energy consumption.
При достижении поставленной цели технический результат заключается в повышении технико-экономических показателей технологической установки в целом, увеличении ресурса работы и уменьшении затрат на текущее эксплуатационное обслуживание.When this goal is achieved, the technical result is to increase the technical and economic indicators of the technological installation as a whole, increase the service life and reduce the cost of ongoing maintenance.
В соответствии с первым вариантом предложенного технического решения указанная задача решается тем, что в известном источнике питания дуговой печи постоянного тока, содержащем питающий трехфазный трансформатор с сетевой и первой и второй вторичными трехфазными обмотками, имеющими фазные выводы А1, В1, С1 и А2, В2, С2 соответственно, первый и второй трехфазные вентильные комплекты, однополярные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения соответственно к сводовым и подовым электродам печи, а между выводами переменного тока, предназначенными для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток трансформатора, подключен третий вентильный комплект; сглаживающие реакторы в цепях постоянного тока, а также систему управления и коммутирующее устройство, связанное с системой управления, согласно заявляемому техническому решению третий вентильный комплект содержит шесть управляемых вентилей, анодами подключенных к выводам переменного тока первого трехфазного вентильного комплекта, а катодами подключенных к выводам переменного тока второго трехфазного вентильного комплекта, соединенных по кольцевой схеме таким образом, что первый управляемый вентиль анодом подключен к фазе А1, а катодом - к фазе В2, второй управляемый вентиль анодом подключен к фазе А1, а катодом - к фазе С2, третий управляемый вентиль анодом подключен к фазе В1, а катодом - к фазе А2, четвертый управляемый вентиль анодом подключен к фазе В1, а катодом - к фазе С2, пятый управляемый вентиль анодом подключен к фазе С1, а катодом - к фазе А2, шестой управляемый вентиль анодом подключен к фазе С1, а катодом - к фазе В2; как первый, так и второй трехфазный вентильные комплекты выполнены в виде трехфазных мостовых управляемых вентильных схем.In accordance with the first embodiment of the proposed technical solution, this problem is solved by the fact that in a known power source for a DC arc furnace containing a supplying three-phase transformer with mains and first and second secondary three-phase windings having phase terminals A1, B1, C1 and A2, B2, C2, respectively, the first and second three-phase valve sets, the unipolar DC terminals of which are designed to connect respectively to the arch and hearth electrodes of the furnace, and between the terminals of the alternating designed to connect to the terminals of the corresponding secondary windings of the transformer, a third valve set is connected; smoothing reactors in DC circuits, as well as a control system and a switching device associated with a control system, according to the claimed technical solution, the third valve set contains six controlled valves, anodes connected to the AC terminals of the first three-phase valve set, and cathodes connected to the AC terminals the second three-phase valve set connected in a ring circuit so that the first controllable valve by the anode is connected to phase A1, and cat the cathode is connected to phase B2, the second controlled valve by the anode is connected to phase A1, and the cathode is connected to phase C2, the third controlled valve by the anode is connected to phase B1, and the cathode is connected to phase A2, the fourth controlled valve by the anode is connected to phase B1, and the cathode is to phase C2, the fifth controlled valve by the anode is connected to phase C1, and the cathode is connected to phase A2, the sixth controlled valve by the anode is connected to phase C1, and the cathode is connected to phase B2; both the first and second three-phase valve sets are made in the form of three-phase bridge controlled valve circuits.
В соответствии со вторым вариантом предложенного технического решения указанная задача решается тем, что в известном источнике питания дуговой печи постоянного тока, содержащем питающий трехфазный трансформатор с сетевой и первой и второй вторичными трехфазными обмотками, имеющими фазные выводы A1, B1, С1 и А2, В2, С2 соответственно; первый и второй трехфазные вентильные комплекты, однополярные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения соответственно к сводовым и подовым электродам печи, а между выводами переменного тока, предназначенными для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток трансформатора, подключен третий вентильный комплект; сглаживающие реакторы в цепях постоянного тока, а также систему управления и коммутирующее устройство, связанное с системой управления, согласно заявляемому техническому решению в него введен уравнительный реактор с первой и второй магнитосвязанными обмотками, как первый, так и второй вентильные комплекты выполнены в виде трехфазных нулевых схем, каждый из которых состоит из трех управляемых вентилей таким образом, что вывод постоянного тока, образованный подключенными друг к другу катодами управляемых вентилей первого комплекта подключен к началу первой обмотки уравнительного реактора, конец которой подключен к выводу нулевой точки второй вторичной трехфазной обмотки питающего трансформатора и к подовому электроду печи, вывод постоянного тока, образованный подключенными друг к другу анодами управляемых вентилей второго комплекта подключен к началу второй обмотки уравнительного реактора, конец которой подключен к выводу нулевой точки первой вторичной трехфазной обмотки питающего трансформатора и к сводовому электроду печи, а выводы переменного тока первого комплекта управляемых вентилей подключены к выводам соответствующих фаз A1, B1, С1 первой вторичной обмотки трансформатора, выводы переменного тока второго комплекта управляемых вентилей подключены к выводам соответствующих фаз А2, В2, С2 второй вторичной обмотки трансформатора, причем первая трехфазная вторичная обмотка трансформатора соединена по схеме «звезда», а вторая трехфазная вторичная обмотка трансформатора соединена по схеме «обратная звезда», а третий вентильный комплект содержит шесть управляемых вентилей, анодами подключенных к выводам фаз A1, B1, C1 первой вторичной обмотки трансформатора, а катодами подключенных к выводам фаз А2, В2, С2 второй вторичной обмотки трансформатора, соединенных по кольцевой схеме таким образом, что первый управляемый вентиль анодом подключен к фазе A1, а катодом - к фазе В2, второй управляемый вентиль анодом подключен к фазе A1, а катодом - к фазе С2, третий управляемый вентиль анодом подключен к фазе B1, а катодом - к фазе А2, четвертый управляемый вентиль анодом подключен к фазе B1, а катодом - к фазе С2, пятый управляемый вентиль анодом подключен к фазе C1, а катодом - к фазе А2, шестой управляемый вентиль анодом подключен к фазе C1, а катодом - к фазе В2.In accordance with the second embodiment of the proposed technical solution, this problem is solved by the fact that in the known power source of the DC arc furnace containing a supplying three-phase transformer with mains and first and second secondary three-phase windings having phase terminals A1, B1, C1 and A2, B2, C2, respectively; the first and second three-phase valve sets, the unipolar DC terminals of which are intended to be connected to the arches and hearth electrodes of the furnace, respectively, and the third valve set is connected between the AC terminals intended to connect to the terminals of the corresponding secondary windings of the transformer; smoothing reactors in DC circuits, as well as a control system and a switching device associated with a control system, according to the claimed technical solution, an equalization reactor with first and second magnetically connected windings is introduced into it, both the first and second valve sets are made in the form of three-phase zero circuits , each of which consists of three controlled gates in such a way that the DC output formed by the cathodes of the controlled gates of the first set connected to each other under open to the beginning of the first winding of the surge reactor, the end of which is connected to the zero point of the second secondary three-phase winding of the supply transformer and to the bottom electrode of the furnace, the DC output formed by the anodes of the controlled valves of the second set connected to each other is connected to the beginning of the second winding of the surge reactor, the end which is connected to the output of the zero point of the first secondary three-phase winding of the supply transformer and to the arch electrode of the furnace, and the AC terminals of the first the set of controlled valves are connected to the terminals of the corresponding phases A1, B1, C1 of the first secondary winding of the transformer, the AC terminals of the second set of controlled valves are connected to the terminals of the corresponding phases A2, B2, C2 of the second secondary winding of the transformer, and the first three-phase secondary winding of the transformer is connected according to the scheme star ”, and the second three-phase secondary winding of the transformer is connected according to the“ reverse star ”circuit, and the third valve set contains six controlled valves, connected to the anodes x to the terminals of phases A1, B1, C1 of the first secondary winding of the transformer, and the cathodes connected to the terminals of phases A2, B2, C2 of the second secondary winding of the transformer connected in a ring circuit so that the first controllable valve by the anode is connected to phase A1, and the cathode is connected to phase B2, the second controlled valve by the anode is connected to phase A1, and the cathode is connected to phase C2, the third controlled valve by the anode is connected to phase B1, and the cathode is connected to phase A2, the fourth controlled valve by the anode is connected to phase B1, and the cathode is connected to phase C2, the fifth controlled valve by the anode is connected to phase C1, and the cathode to phase A2, the sixth controlled valve by the anode is connected to phase C1, and the cathode to phase B2.
В соответствии с третьим вариантом предложенного технического решения указанная задача решается тем, что в известном источнике питания дуговой печи постоянного тока, содержащем питающий трехфазный трансформатор с сетевой и первой и второй вторичными трехфазными обмотками, имеющими фазные выводы A1, B1, C1 и А2, В2, С2 соответственно; первый и второй трехфазные вентильные комплекты, однополярные выводы постоянного тока которых предназначены для подключения соответственно к сводовым и подовым электродам печи, а между выводами переменного тока, предназначенными для подключения к выводам соответствующих вторичных обмоток трансформатора, подключен третий вентильный комплект; сглаживающие реакторы в цепях постоянного тока, а также систему управления и коммутирующее устройство, связанное с системой управления, согласно заявляемому техническому решению третий вентильный комплект выполнен в виде первой и второй трехфазных нулевых групп, каждая из которых состоит из трех управляемых вентилей таким образом, что разноименные выводы постоянного тока, образованные подключенными друг к другу катодами управляемых вентилей первой группы и подключенными к друг другу анодами управляемых вентилей второй группы, подключены друг к другу, а выводы переменного тока первой группы управляемых вентилей подключены соответственно к выводам переменного тока первого трехфазного вентильного комплекта, выводы переменного тока второй группы управляемых вентилей подключены соответственно к выводам переменного тока второго трехфазного вентильного комплекта; как первый, так и второй трехфазные вентильные комплекты выполнены в виде трехфазных мостовых управляемых вентильных схем.In accordance with the third embodiment of the proposed technical solution, this problem is solved by the fact that in the known power source of the DC arc furnace containing a supplying three-phase transformer with mains and first and second secondary three-phase windings having phase terminals A1, B1, C1 and A2, B2, C2, respectively; the first and second three-phase valve sets, the unipolar DC terminals of which are intended to be connected to the arches and hearth electrodes of the furnace, respectively, and the third valve set is connected between the AC terminals intended to connect to the terminals of the corresponding secondary windings of the transformer; smoothing reactors in DC circuits, as well as a control system and a switching device associated with the control system, according to the claimed technical solution, the third valve set is made in the form of the first and second three-phase zero groups, each of which consists of three controlled valves in such a way that the opposite DC terminals, formed by cathodes of controlled valves of the first group connected to each other and connected to each other by anodes of controlled valves of the second group, connected cheny to each other, and the AC terminals of the first group of controlled rectifiers are respectively connected to the terminals of the first three-phase alternating current rectifier sets, AC terminals of the second group controlled valves connected respectively to the terminals of the second three-phase alternating current rectifier sets; both the first and second three-phase valve sets are made in the form of three-phase bridge controlled valve circuits.
На фиг.1 представлена схема первого варианта источника питания постоянного тока для дуговой печи с подключением к электродам печи.Figure 1 presents a diagram of a first embodiment of a DC power source for an arc furnace with connection to the electrodes of the furnace.
На фиг.2 представлена схема второго варианта источника питания постоянного тока для дуговой печи с подключением к электродам печи.Figure 2 presents a diagram of a second embodiment of a DC power source for an arc furnace with connection to the electrodes of the furnace.
На фиг.3 представлена схема третьего варианта источника питания постоянного тока для дуговой печи с подключением к электродам печи.Figure 3 presents a diagram of a third embodiment of a DC power source for an arc furnace with connection to the electrodes of the furnace.
На фиг.4 представлены временная диаграмма, иллюстрирующая возможности регулирования выпрямленного напряжения в источнике питания постоянного тока для дуговой печи, выполненном согласно наиболее близкому аналогу (2) (патент РФ №2216883, фиг.1), и векторные диаграммы напряжений обмоток питающего трансформатора.Figure 4 presents a timing diagram illustrating the ability to control the rectified voltage in a DC power source for an arc furnace, made according to the closest analogue (2) (RF patent No. 2216883, figure 1), and vector voltage diagrams of the windings of the supply transformer.
На фиг.5 представлены временная диаграмма, иллюстрирующая возможности регулирования выпрямленного напряжения в источнике питания постоянного тока для дуговой печи, выполненном согласно первому варианту предложенного технического решения, и векторные диаграммы напряжений обмоток питающего трансформатора.Figure 5 presents a timing diagram illustrating the ability to control the rectified voltage in the DC power source for an arc furnace, made according to the first embodiment of the proposed technical solution, and vector diagrams of the voltage of the windings of the supply transformer.
На фиг.6 в таблице 1 приведены значения коэффициентов мощности для сравниваемых вариантов исполнения источников в зависимости от величины напряжения на электродах печиFigure 6 in table 1 shows the values of power factors for the compared versions of the sources depending on the magnitude of the voltage at the electrodes of the furnace
На фиг.7 приведены осциллограммы напряжений и токов, а также исходные и рассчитанные параметры для источника, выполненного согласно (2) (патент РФ №2216883).Figure 7 shows the waveforms of voltages and currents, as well as the source and calculated parameters for a source made in accordance with (2) (RF patent No. 2216883).
На фиг.8 приведены осциллограммы напряжений и токов, а также исходные и рассчитанные параметры для источника, выполненного согласно первому варианту предложенного технического решения.On Fig shows the waveforms of voltages and currents, as well as the source and calculated parameters for the source, made according to the first embodiment of the proposed technical solution.
Источник питания постоянного тока для дуговой печи (фиг.1) согласно первому варианту предложенного технического решения содержит трехфазный питающий трансформатор с сетевой, первой 1 и второй 2 вторичными обмотками, к которым подключены трехфазные мостовые вентильные комплекты 3 и 4, собранные из управляемых вентилей, например из тиристоров. Анодные и катодные выводы постоянного тока мостовых вентильных комплектов 3 и 4 подключены друг к другу непосредственно или соответственно через сглаживающие реакторы 5 и 6, которые обеспечивают выравнивание напряжений мостовых вентильных комплектов 3 и 4 при их параллельном включении, обеспечивают устойчивость горения дуги и подключены соответственно к сводовому 7 и подовому 8 электродам дуговой печи. К выводам переменного тока мостовых вентильных комплектов 3 и 4 подключен третий вентильный комплект 9, содержащий соединенные по кольцевой схеме шесть управляемых вентилей, например, тиристоров, аноды которых подключены к выводам переменного тока первого трехфазного мостового вентильного комплекта 3, а катоды - к выводам переменного тока второго трехфазного мостового вентильного комплекта 4.The DC power source for the arc furnace (Fig. 1) according to the first embodiment of the proposed technical solution comprises a three-phase supply transformer with mains, first 1 and second 2 secondary windings, to which are connected three-phase
Управляющие электроды управляемых вентилей мостовых комплектов 3 и 4 и третьего вентильного комплекта 9 подключены к коммутирующему устройству 10, осуществляющему включение и выключение управляемых вентилей, управляемому блоком управления 11.The control electrodes of the controlled valves of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Напряжение сетевой частоты (фиг.1) через вторичные обмотки 1 и 2 питающего трехфазного трансформатора подается на выводы переменного тока трехфазных мостовых вентильных комплектов 3 и 4, а также на выводы переменного тока третьего вентильного комплекта 9. В процессе плавки источник питания в начальной стадии должен обеспечивать высокое напряжение между электродами 7 и 8 (напряжение дуги), которое по мере разогрева печи должно постепенно снижаться таким образом, чтобы ток дуги поддерживался неизменным.The voltage of the mains frequency (Fig. 1) through the
В начальной стадии процесса плавки импульсы управления от системы управления 11 через коммутирующее устройство 10 поступают на управляющие электроды вентилей комплектов 3 (анодная группа вентилей) и 4 (катодная группа вентилей), а также на управляющие электроды вентилей комплекта 9. В результате образуется последовательное соединение двух полностью управляемых мостовых схем, что при нулевом угле управления позволяет получить двойное напряжение на нагрузке. По мере разогрева печи и снижения напряжения на дуге для стабилизации тока угол управления (угол задержки включения) вентилей увеличивают приблизительно до 60°. При этом вентильными комплектами 3, 4 и вентильным комплектом 9 управляют поочередно с использованием 3-х режимов: первый режим - угол управления полностью открытых вентилей комплекта 9 не изменяют, а выходное напряжение регулируют, изменяя угол управления вентилей комплектов 3 и 4; второй режим - угол управления полностью открытых вентилей комплектов 3 и 4 не изменяют, а выходное напряжение регулируют, изменяя угол управления вентилей комплекта 9; третий режим - изменяют угол управления вентилей всех трех комплектов.In the initial stage of the melting process, control pulses from the
Поочередное управление группами вентилей является известным и характеризуется тем, что обеспечивается поддержание неизменного спектрального состава напряжений, свойственного трехфазному мостовому выпрямлению, а именно:Alternate control of valve groups is known and is characterized by the fact that it maintains a constant spectral composition of voltages inherent to three-phase bridge rectification, namely:
- в выпрямленном напряжении содержатся гармоники порядка 6n,- in the rectified voltage contains harmonics of the order of 6n,
- в напряжении сети содержатся гармоники порядка 6n±1,- the mains voltage contains harmonics of the order of 6n ± 1,
где n=1, 2, 3...where n = 1, 2, 3 ...
При снижении напряжения на дуге до значения, соответствующего выходному напряжению одного вентильного комплекта, вентили комплекта 9 системой управления 11 переводятся в закрытое состояние и мостовые схемы комплектов 3 и 4 работают параллельно.When the voltage on the arc is reduced to a value corresponding to the output voltage of one valve set, the valves of
Преимущества предложенного технического решения в сравнении с известным техническим решением (2) вытекают из изменения схемы и появления дополнительных связей (за счет вентилей комплекта 9) мостовых схем комплектов 3 и 4 - вместо 3-х их становится 6. Необходимо подчеркнуть, что двукратное увеличение числа схемных вентилей с 3-х до 6-ти не обязательно означает двукратного увеличения числа тиристоров. Это следует из того, что в заявляемом техническом решении средний за период ток каждого соединительного вентиля комплекта 9 вдвое меньше, чем в схеме по техническому решению (2), а, как правило, каждый схемный вентиль представляет собой параллельное соединение нескольких тиристоров, поскольку ток дуговой печи имеет весьма значительную величину (несколько кА). В предложенном техническом решении число параллельно включенных тиристоров, образующих соединительный вентиль комплекта 9, может быть уменьшено вдвое по сравнению с известным техническим решением (2). Изменение схемы вентильного комплекта 9 (введение дополнительных связей мостовых схем комплектов 3 и 4) позволяет снять требование об обязательной разнонаправленности обмоток 1 и 2 трансформатора, свойственное техническому решению (2).The advantages of the proposed technical solution in comparison with the known technical solution (2) result from a change in the circuit and the appearance of additional connections (due to the valves of set 9) of the bridge circuits of
Важно, что изменение схемы вентильного комплекта 9 (введение упомянутых дополнительных связей) позволяет реализовать поочередное управление группами вентилей вентильных комплектов 3, 4 и вентильного комплекта 9.It is important that changing the scheme of the valve set 9 (introduction of the mentioned additional connections) allows for the alternate control of the valve groups of the
На фиг.4 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие возможности регулирования выпрямленного напряжения в источнике питания постоянного тока для дуговой печи, выполненном согласно (2) (патент РФ №2216883, фиг.1). На фиг.5 представлены аналогичные временные диаграммы для источника, выполненного согласно первому варианту предложенного технического решения. Там же (на фиг.4 и 5) приведены векторные диаграммы напряжений обмоток питающего трансформатора.Figure 4 presents time charts illustrating the ability to control the rectified voltage in the DC power source for an arc furnace made in accordance with (2) (RF patent No. 2216883, figure 1). Figure 5 presents similar timing diagrams for a source made according to the first embodiment of the proposed technical solution. In the same place (in FIGS. 4 and 5), vector diagrams of the voltage of the windings of the supply transformer are shown.
Из сопоставления приведенных диаграмм видно, что кривая выпрямленного напряжения на фиг.5 характеризуется следующими отличиями от кривой на фиг.4:From a comparison of the diagrams it can be seen that the straightened voltage curve in figure 5 is characterized by the following differences from the curve in figure 4:
- меньше величина скачков напряжения при коммутации вентилей,- less voltage surges when switching valves,
- меньше величина пульсаций выходного напряжения.- less ripple output voltage.
При этом, вследствие того, что переключаются меньшие напряжения, оказывается возможным применить вентили более низкого класса по напряжению, имеющие меньшее падение напряжения в открытом состоянии, что позволяет уменьшить потери проводимости вентилей. Кроме этого, снижаются коммутационные потери в вентильных цепях и уменьшаются пульсации потокосцепления реакторов 5 и 6 и потери в них от пульсаций потокосцепления.Moreover, due to the fact that lower voltages are switched, it is possible to use valves of a lower voltage class, which have a lower voltage drop in the open state, which allows to reduce the conductivity losses of the valves. In addition, the switching losses in the valve circuits are reduced and the pulsations of the flux linkage of
Дополнительно к этому положительным фактором является уменьшение угла сдвига тока от напряжения сети, в результате чего увеличивается общий коэффициент мощности установки и уменьшаются потери в источнике питания от реактивных составляющих токов. В таблице 1 (фиг.6) приведены значения коэффициентов мощности для сравниваемых вариантов исполнения источников в зависимости от величины напряжения на электродах печи. Приведенные значения коэффициентов мощности получены на основе математического моделирования сравниваемых источников в системе ELTRAN. В качестве иллюстрации результатов моделирования на фиг.7 приведены осциллограммы напряжений и токов, а также исходные и рассчитанные параметры для источника, выполненного согласно (2) (патент РФ №2216883, фиг.1). На фиг.8 приведены осциллограммы напряжений и токов, а также исходные и рассчитанные параметры для источника, выполненного согласно первому варианту предложенного технического решения. Осциллограммы на фиг.7 и 8 соответствуют режиму при одинаковом напряжении печи 564,5 В.In addition to this, a positive factor is a decrease in the angle of current shift from the mains voltage, as a result of which the overall power factor of the installation increases and losses in the power source from reactive current components decrease. Table 1 (Fig.6) shows the values of power factors for the compared versions of the sources depending on the magnitude of the voltage at the electrodes of the furnace. The given values of power factors are obtained on the basis of mathematical modeling of the compared sources in the ELTRAN system. As an illustration of the simulation results, Fig. 7 shows the waveforms of voltages and currents, as well as the initial and calculated parameters for the source, made according to (2) (RF patent No. 2216883, figure 1). On Fig shows the waveforms of voltages and currents, as well as the source and calculated parameters for the source, made according to the first embodiment of the proposed technical solution. The oscillograms in Figs. 7 and 8 correspond to the mode at the same furnace voltage of 564.5 V.
В предложенном техническом решении мостовые комплекты 3 и 4 - полностью управляемые в отличие от технических решений (1) и (2), в которых эти мостовые комплекты выполнены полууправляемыми. Это позволяет получить дополнительное важное преимущество предложенного технического решения, заключающееся в возможности более раннего запирания вентилей в сравнении с известными техническими решениями (1) и (2) в случае короткого замыкания нагрузки, что в рассматриваемом технологическом процессе является нередким событием. Следствием более раннего запирания вентилей является возможность уменьшения установленной индуктивности реакторов 5 и 6, определяемой, в частности, из условия ограничения тока короткого замыкания, и, как следствие, возможность уменьшения массы, габаритов и расхода дефицитных электротехнических материалов, применяемых для изготовления реакторов, являющихся сложными и дорогими электротехническими изделиями.In the proposed technical solution, the bridge sets 3 and 4 are completely controllable, unlike the technical solutions (1) and (2), in which these bridge sets are made semi-controllable. This allows you to get an additional important advantage of the proposed technical solution, which consists in the possibility of earlier locking of the valves in comparison with the known technical solutions (1) and (2) in the event of a short circuit of the load, which is a frequent event in the considered technological process. The consequence of the earlier locking of the valves is the possibility of reducing the installed inductance of
На фиг.2 представлена схема второго варианта предложенного технического решения. Источник питания постоянного тока для дуговой печи содержит трехфазный питающий трансформатор с первой 1 и второй 2 вторичными обмотками, к которым подключены первый 3 и второй 4 трехфазные нулевые вентильные комплекты, каждый из которых состоит из трех управляемых вентилей, например, тиристоров. Вывод постоянного тока первого вентильного комплекта 3 через первую обмотку уравнительного реактора 5 подключен к выводу нулевой точки второй вторичной трехфазной обмотки 2 питающего трансформатора. Вывод постоянного тока второго вентильного комплекта 4 через сглаживающий реактор 6 подключен к выводу нулевой точки первой вторичной трехфазной обмотки 1 питающего трансформатора. Выводы нулевых точек второй 2 и первой 1 вторичных обмоток трехфазного питающего трансформатора подключены соответственно к оводовому 7 и подовому 8 электродам дуговой печи.Figure 2 presents a diagram of a second variant of the proposed technical solution. The DC power source for the arc furnace contains a three-phase supply transformer with the first 1 and second 2 secondary windings, to which the first 3 and second 4 three-phase zero valve sets are connected, each of which consists of three controlled valves, for example, thyristors. The direct current output of the first valve set 3 through the first winding of the
К выводам переменного тока вентильных комплектов 3 и 4 подключен третий вентильный комплект 9, содержащий соединенные по кольцевой схеме шесть управляемых вентилей, например, тиристоров, аноды которых подключены к выводам переменного тока первого трехфазного вентильного комплекта 3, а катоды - к выводам переменного тока второго трехфазного вентильного комплекта 4.A third valve set 9 is connected to the AC terminals of the valve sets 3 and 4, containing six controlled valves, for example, thyristors connected in an annular circuit, the anodes of which are connected to the AC terminals of the first three-phase valve set 3, and the cathodes are connected to the AC terminals of the second three-
Управляющие электроды управляемых вентилей трехфазных нулевых комплектов 3 и 4 и третьего вентильного комплекта 9 подключены к коммутирующему устройству 10, осуществляющему включение и выключение управляемых вентилей, управляемому блоком управления 11. В цепях постоянного тока могут быть включены сглаживающие реакторы 12 и 13.The control electrodes of the controlled valves of the three-phase zero
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Напряжение сетевой частоты (фиг.1) через вторичные обмотки 1 и 2 питающего трехфазного трансформатора подается на выводы переменного тока трехфазных нулевых вентильных комплектов 3 и 4, а также на выводы переменного тока третьего вентильного комплекта 9. В процессе плавки источник питания в начальной стадии должен обеспечивать высокое напряжение между электродами 7 и 8 (напряжение дуги), которое по мере разогрева печи должно постепенно снижаться таким образом, чтобы ток дуги поддерживался неизменным.The voltage of the mains frequency (Fig. 1) through the
В начальной стадии процесса плавки импульсы управления от системы управления 11 через коммутирующее устройство 10 поступают на управляющие электроды вентилей комплекта 9. В результате образуется последовательное соединение двух трехфазных обмоток 1 и 2 питающего трансформатора, что при нулевом угле управления вентилей комплекта 9 позволяет получить двойное напряжение на нагрузке. По мере разогрева печи для стабилизации тока угол управления вентилей увеличивают приблизительно до 60°. При этом вентильными комплектами 3, 4 и вентильным комплектом 9 управляют поочередно, с использованием 3-х режимов, как и в источнике питания, выполненном по первому варианту предложенного технического решения.At the initial stage of the melting process, control pulses from the
При снижении напряжения на дуге до значения, соответствующего выходному напряжению одного вентильного комплекта, вентили комплекта 9 системой управления 11 переводятся в закрытое состояние и мостовые схемы комплектов 3 и 4 работают параллельно.When the voltage on the arc is reduced to a value corresponding to the output voltage of one valve set, the valves of
Источник питания, выполненный в соответствии со вторым вариантом предложенного технического решения, в сравнении с известным техническим решением (2) обладает всеми преимуществами, вытекающими из наличия дополнительных связей (за счет вентилей комплекта 9) нулевых схем комплектов 3 и 4.A power source made in accordance with the second version of the proposed technical solution, in comparison with the known technical solution (2), has all the advantages arising from the presence of additional connections (due to the valves of set 9) of the zero circuits of
Источник питания, выполненный в соответствии со вторым вариантом предложенного технического решения, целесообразно использовать в случае низких значений напряжения на нагрузке. В этом случае уменьшенное вдвое (по сравнению с мостовой схемой) число последовательно включенных вентилей обеспечивает более высокое значение кпд источника за счет меньшего прямого падения напряжения на вентилях.The power source, made in accordance with the second version of the proposed technical solution, it is advisable to use in the case of low voltage values on the load. In this case, the halves of the number of valves connected in series are halved (compared to the bridge circuit), which provides a higher source efficiency due to a smaller direct voltage drop across the valves.
На фиг.3 представлена схема третьего варианта предложенного технического решения. Источник питания постоянного тока для дуговой печи содержит трехфазный питающий трансформатор с сетевой, первой 1 и второй 2 вторичными обмотками, к которым подключены трехфазные мостовые вентильные комплекты 3 и 4, собранные из управляемых вентилей, например, из тиристоров. Анодные и катодные выводы постоянного тока мостовых вентильных комплектов 3 и 4 подключены друг к другу непосредственно или соответственно через сглаживающие реакторы 5 и 6, которые обеспечивают выравнивание напряжений мостовых вентильных комплектов 3 и 4 при их параллельном включении и обеспечивают устойчивость горения дуги и подключены соответственно к сводовому 7 и подовому 8 электродам дуговой печи. К выводам переменного тока мостовых вентильных комплектов 3 и 4 подключен третий вентильный комплект 9, содержащий подключенные друг к другу разноименными выводами постоянного тока первую и вторую трехфазные нулевые группы, каждая из которых состоит из трех управляемых вентилей, например, тиристоров. Выводы переменного тока управляемых вентилей первой группы подключены, соответственно к выводам переменного тока первого трехфазного мостового вентильного комплекта 3, выводы переменного тока управляемых вентилей второй группы подключены соответственно к выводам переменного тока второго трехфазного мостового вентильного комплекта 4.Figure 3 presents a diagram of a third embodiment of the proposed technical solution. The DC power source for the arc furnace contains a three-phase supply transformer with mains, first 1 and second 2 secondary windings, to which three-phase bridge valve sets 3 and 4 are connected, assembled from controlled valves, for example, from thyristors. The anode and cathode terminals of the direct current of the bridge valve sets 3 and 4 are connected to each other directly or, respectively, through smoothing
Управляющие электроды управляемых вентилей мостовых комплектов 3 и 4 и третьего вентильного комплекта 9 подключены к коммутирующему устройству 10, осуществляющему включение и выключение управляемых вентилей, управляемому блоком управления 11.The control electrodes of the controlled valves of the bridge sets 3 and 4 and the third valve set 9 are connected to a
Работа третьего варианта предложенного технического решения аналогична работе его первого варианта и обладает теми же преимуществами в сравнении с известными устройствами (1) и (2), что и первый вариант.The work of the third option of the proposed technical solution is similar to the work of its first option and has the same advantages in comparison with the known devices (1) and (2) as the first option.
Отмеченные преимущества трех вариантов предложенного технического решения в сравнении с известным вариантом (2) источника питания постоянного тока для дуговой печи (патент РФ №2216883) позволяют повысить экономичность печи на 4...6% и существенно (на 5...7%) снизить стоимость источника питания.The noted advantages of the three options of the proposed technical solution in comparison with the known option (2) of a DC power source for an arc furnace (RF patent No. 2216883) can increase the efficiency of the furnace by 4 ... 6% and significantly (by 5 ... 7%) reduce the cost of the power source.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №1790321, Н02М 7/02, 20.03.1995 г., Бюл. №8. Источник постоянного тока для питания дуговой печи. Саньков С.А. и др.1. RF patent No. 1790321,
2. Патент РФ №2216883, Н05В 7/144, Н02М 7/162, 20.11.2003 г., Бюл. №32. Источник питания дуговой печи постоянного тока. Нехамин С.М. и др.2. RF patent No. 2216883,
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006145721/09A RU2324281C1 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | Dc power supply unit for arc furnace (options thereof) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006145721/09A RU2324281C1 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | Dc power supply unit for arc furnace (options thereof) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2324281C1 true RU2324281C1 (en) | 2008-05-10 |
Family
ID=39800081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006145721/09A RU2324281C1 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | Dc power supply unit for arc furnace (options thereof) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2324281C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104578834A (en) * | 2013-10-15 | 2015-04-29 | 高毅夫 | High-performance direct-current power supply implementation method of direct-current electric arc furnace |
| RU2834323C1 (en) * | 2024-08-28 | 2025-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП ЛМ Инвертор" | Arc load direct current source |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5677925A (en) * | 1993-04-30 | 1997-10-14 | Cegelec Metals Systems | Power converter device for direct current power supply to an electric arc furnace |
-
2006
- 2006-12-22 RU RU2006145721/09A patent/RU2324281C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5677925A (en) * | 1993-04-30 | 1997-10-14 | Cegelec Metals Systems | Power converter device for direct current power supply to an electric arc furnace |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104578834A (en) * | 2013-10-15 | 2015-04-29 | 高毅夫 | High-performance direct-current power supply implementation method of direct-current electric arc furnace |
| RU2834323C1 (en) * | 2024-08-28 | 2025-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП ЛМ Инвертор" | Arc load direct current source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12237779B2 (en) | Efficient switching for converter circuit | |
| US9379548B2 (en) | Multilevel reactive power compensator | |
| TWI694668B (en) | DC-DC converter and power conditioner | |
| CZ99894A3 (en) | Power converter for feeding an electric arc furnace with direct current | |
| CN115173454A (en) | Energy storage system with independently controllable battery cluster current | |
| RU2673250C1 (en) | Semiconductor rectifier | |
| RU2324281C1 (en) | Dc power supply unit for arc furnace (options thereof) | |
| RU157682U1 (en) | HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS | |
| RU144830U1 (en) | TWELVE RECTIFIER | |
| Raviteja et al. | A Modified Quadratic Boost Based P-Type Structure with Inverting Output | |
| RU180741U1 (en) | SEMICONDUCTOR RECTIFIER | |
| RU2156024C1 (en) | Three-phase sine-voltage regulator with high- frequency section | |
| RU176888U1 (en) | SEMICONDUCTOR RECTIFIER | |
| RU2709186C1 (en) | Three-phase sinusoidal voltage stabilizer with increased frequency link | |
| RU182989U1 (en) | SYMMETRIC SEMICONDUCTOR RECTIFIER | |
| RU2838395C1 (en) | Electronic-electric starting-regulating device on high side of power transformer | |
| RU2835387C1 (en) | Alternating voltage regulator | |
| RU142753U1 (en) | TWENTY-FOUR-PULSE CONSTANT VOLTAGE CONVERTER | |
| RU2216883C2 (en) | Power supply for dc arc furnace | |
| Zinoviev | Our way to power electronic transformers | |
| RU64451U1 (en) | PULSE CONVERTER | |
| RU124067U1 (en) | INSTALLATION FOR HUNGER HEATING AND REACTIVE POWER COMPENSATION | |
| Floricǎu | PWM ac choppers: basic topologies and applications | |
| TWI436551B (en) | High efficiency uninterruptible power supply unit | |
| RU2400007C1 (en) | Single-phase ac to dc converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111223 |