|
Патентная документация ЕАПВ |
|
||
| Запрос: | ea000009868b*\id |
|
Термины запроса в документе Реферат 1. Устройство управления для восстановительных печей (15) переменного тока с электродами (14), которое содержит трансформатор (11) и систему (1) регулирования для регулирования подачи энергии в восстановительные печи (15) переменного тока, которая управляет механизмом (17) перемещения для электродов (14), отличающееся тем, что устройство управления дополнительно содержит управляемые силовые электронные переключатели (13) переменного тока, которые включены во вторичной цепи в линии сети низкого напряжения электродуговой печи и через линию (16) зажигания связаны с системой (1) регулирования для подачи управляющих импульсов поджига, причем устройство управления выполнено таким образом, что кратковременные колебания электрических параметров компенсируются только посредством переключателей переменного тока. 2. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что система (1) регулирования содержит средство (4) импульсно-фазового управления силовыми переключателями (13), которое регулирует бесступенчатым образом эффективные значения токов (I sec ) вторичной цепи. 3. Устройство управления по п.1 или 2, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что она регулирует токи (I sec ) вторичной цепи в восстановительных печах с подключением по Knappsack-схеме. 4. Устройство управления по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что силовые переключатели (13) содержат антипараллельно включенные блоки тиристоров. 5. Устройство управления по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что средство (4) импульсно-фазового управления силовыми переключателями (13) быстро реагирует на изменения электрических параметров процессов печи и стабилизирует мощность печи (15). 6. Устройство управления по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что механизм (16) перемещения электродов (14) выполнен с возможностью выравнивания соотношений напряжений для напряжений ванны при грубых отклонениях от номинального значения и обгорании электродов. 7. Устройство управления по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что регулирование тока (3) и регулирование напряжения (5) в значительной степени независимы одно от другого. 8. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) включены попарно по схеме звезды. 9. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) соединены с трехфазным трансформатором или с тремя однофазными трансформаторами (11) по Knappsack-схеме. 10. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) соединены по схеме треугольника. 11. Устройство управления по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что отдельные токи (I E ) электродов ограничиваются для обеспечения спекания самообжигающихся электродов. 12. Устройство управления по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что трансформаторные токи могут ограничиваться для исключения повреждений, обусловленных токами перегрузки, особенно в диапазоне напряжений ниже критической точки мощности. 13. Устройство управления по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что трансформаторная мощность может ограничиваться во избежание температур перегрева трансформаторов (11), особенно в диапазоне напряжений выше критической точки тока. 14. Устройство управления по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что реактивная мощность может ограничиваться для поддержания гарантированных значений для коэффициента мощности (cos j ). 15. Устройство управления по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что силовые выключатели (8) и ступенчатые переключатели нагрузки могут переключаться, по существу, в обесточенном состоянии. 16. Устройство управления по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что предусмотрены дополнительно реализуемые времена запаздывания и/или гистерезисы при перемещении электродов (14).
Полный текст патента (57) Реферат / Формула: 2. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что система (1) регулирования содержит средство (4) импульсно-фазового управления силовыми переключателями (13), которое регулирует бесступенчатым образом эффективные значения токов (I sec ) вторичной цепи. 3. Устройство управления по п.1 или 2, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что она регулирует токи (I sec ) вторичной цепи в восстановительных печах с подключением по Knappsack-схеме. 4. Устройство управления по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что силовые переключатели (13) содержат антипараллельно включенные блоки тиристоров. 5. Устройство управления по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что средство (4) импульсно-фазового управления силовыми переключателями (13) быстро реагирует на изменения электрических параметров процессов печи и стабилизирует мощность печи (15). 6. Устройство управления по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что механизм (16) перемещения электродов (14) выполнен с возможностью выравнивания соотношений напряжений для напряжений ванны при грубых отклонениях от номинального значения и обгорании электродов. 7. Устройство управления по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что регулирование тока (3) и регулирование напряжения (5) в значительной степени независимы одно от другого. 8. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) включены попарно по схеме звезды. 9. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) соединены с трехфазным трансформатором или с тремя однофазными трансформаторами (11) по Knappsack-схеме. 10. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) соединены по схеме треугольника. 11. Устройство управления по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что отдельные токи (I E ) электродов ограничиваются для обеспечения спекания самообжигающихся электродов. 12. Устройство управления по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что трансформаторные токи могут ограничиваться для исключения повреждений, обусловленных токами перегрузки, особенно в диапазоне напряжений ниже критической точки мощности. 13. Устройство управления по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что трансформаторная мощность может ограничиваться во избежание температур перегрева трансформаторов (11), особенно в диапазоне напряжений выше критической точки тока. 14. Устройство управления по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что реактивная мощность может ограничиваться для поддержания гарантированных значений для коэффициента мощности (cos j ). 15. Устройство управления по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что силовые выключатели (8) и ступенчатые переключатели нагрузки могут переключаться, по существу, в обесточенном состоянии. 16. Устройство управления по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что предусмотрены дополнительно реализуемые времена запаздывания и/или гистерезисы при перемещении электродов (14).
009868 Изобретение относится к устройству управления для восстановительных печей переменного тока с электродами, которое содержит трансформатор и систему регулирования для регулируемой подачи энергии в восстановительные печи переменного тока, которая управляет механизмом перемещения электродов. Подобные электрические восстановительные печи, которые могут быть снабжены шестью электродами при попарном однофазном подключении или тремя электродами, включенными по Knappsack-схе-ме или по схеме звезды, служат для производства цветных металлов, ферросплавов и шлаков процесса. Регулирование подачи электрической энергии в восстановительных печах до сих пор осуществлялось путем гидравлического перемещения электродов. При этом на сопротивление ванны оказывает влияние изменение глубины погружения электродов в шихту и/или, в режиме электрической дуги, соотношение сопротивлений между электродами. В качестве регулируемой величины при этом служат измеряемые токи электродов, импедансы, определенные из соответствующих токов электродов и напряжений на электродах, или сопротивления, вычисленные на основе измерений электрических величин на первичной стороне. Установка напряжения на электродах осуществляется ступенчато путем изменения коэффициента трансформации обмоток трансформатора посредством ступенчатого переключателя нагрузки. Мощность печи при таком регулировании подвергается сильным колебаниям, которые вызваны постоянными, обусловленными процессом изменениями сопротивления ванны при погруженных электродах и/или изменениями отношений сопротивлений электродов в режиме электрической дуги с не погруженными электродами. Из-за этих постоянных колебаний токов, напряжений и мощностей возникает неравномерная подача электрической энергии в печь. Кроме того, различные процессы для производства цветных металлов и ферросплавов требуют образования реакционного объема под электродами. Частые механические перемещения электродов для регулирования электрических параметров создают помехи этим реакционным объемам и препятствуют металлургическим процессам плавки и восстановления. В документе DE 4309640 A1 описана электродуговая печь постоянного тока с контуром регулирования тока и контуром регулирования напряжения, причем действительное значение для регулятора напряжения образуется из напряжения, приложенного к выпрямителю тока, и номинальное значение - из исходного напряжения регулятора тока, причем к регулятору напряжения подключен фильтр, настроенный на частоту мерцания в сети. Электродуговая печь постоянного тока должна и при слабых сетях энергопитания, и при сетях с малыми мощностями короткого замыкания обеспечивать режим работы без влияния мерцания в сети. В документе DE 4135059 A1 описано устройство для непрерывного электрического регулирования напряжения, которое должно снижать долю гармонических составляющих. Кроме того, напряжение нагрузки может устанавливаться более точно и быстро настраиваться на изменяемый импеданс. Применяемый для регулирования напряжения задатчик переменного тока не требуется рассчитывать на полную мощность нагрузки; в токе нагрузки не возникают паузы тока, которые, например, в электрических восстановительных печах могут вызвать неравномерный и нестабильный режим электрической дуги и, ввиду колебаний нагрузки, могут обуславливать переменную реактивную мощность. Устройство особенно подходит для режима электродуговой печи, при котором при постоянном токе электрической дуги напряжение нагрузки должно быстро изменяться. Оно колеблется от 100 В в начале плавки до 500-700 В при удовлетворительной плавке и до напряжения 1,2 кВ для электрической дуги высокой мощности. В документе DE 3508323 С2 описано устройство для питания одного или более электродов однофазной или многофазной электротермической печи через основной и вспомогательный трансформаторы, которое обеспечивает незначительное обратное воздействие на питающую электросеть, лучшее поддержание постоянства тока и, в случае многоэлектродных печей, также индивидуальное регулирование эффективной мощности для электродов. Для каждой фазы ток вторичной обмотки измеряется, выпрямляется и, в качестве действительного значения, подается на сумматор, в котором формируется разность между номинальным значением тока и действительным значением тока, отклонение регулирования подается на регулятор, выходной сигнал которого подается на датчик управляющего импульса, который вырабатывает импульс поджига для однофазного тиристорного задатчика, причем задатчик включен последовательно с промежуточной обмоткой основного трансформатора и соответствующей первичной обмоткой. Подобное устройство применяется на электродуговых печах и восстановительных печах. Из документа DE 3439097 A1 известно регулирующее устройство для электродуговой печи постоянного тока с одним или более электродами, которые включены как катод, а также одним или более донными электродами, которые включены как анод, в котором тиристоры для выпрямления 3-фазного переменного тока расположены в 6- или 12-импульсной мостовой схеме. Тем самым быстрые и кратковременные колебания тока можно скомпенсировать с помощью регулирования тока, а медленные и/или долговременные колебания - с помощью устройства перемещения электродов с регулированием напряжения. Тиристорное устройство обеспечивает регулирование тока в зависимости от разности номинального значения тока и действительного значения тока электродов и регулирование напряжения в зависимости от номинального значения напряжения и действительного значения напряжения электродов, причем регулирование напряжения осуществляется медленнее, чем регулирование тока и установка электродов. Это регулирующее устройство разработано специально в соответствии с требованиями, предъяв - 1 - 009868 ляемыми к электрической дуге постоянного тока, используемой при производстве стали, при котором вся электрическая мощность в форме электрической дуги используется в процессе плавки в печи. Донные электроды, требующиеся для печей постоянного тока, ввиду проблематичной конфигурации дна кожуха печи подвергаются экстремальной нагрузке. Донный электрод является слабым местом печи и требует связанного с затратами надежного охлаждения. Смена донных электродов в восстановительных печах связана с большими затратами времени и является дорогостоящей. Большой по площади контур цепи тока большой силы в электродуговой печи постоянного тока пересекается, вследствие электрического тока, магнитным потоком. Этот поток вырабатывает в электрической дуге электродинамическую силу, которая отклоняет дугу в направлении, противоположном подаче. Из-за этого отклонения электрической дуги возникает повышенный односторонний износ кирпичной футеровки восстановительной печи. В документе DE 2827875 описаны многофазная электродуговая печь и способ ее регулирования. Требуемые значения для регулирования вторичной стороны трансформатора измеряются и рассчитываются исходя из определенных измерений на первичной и вторичной сторонах при исключении напряжений вторичных фаз, измеренных относительно ванны расплава, причем расчет желательных регулировочных значений осуществляется в предположении, что индуктивные свойства вторичных обмоток во время других отклонений параметров электродуговой печи являются прогнозируемыми, причем рассчитанные подобным образом регулировочные значения подчиняются определенным краевым условиям в зависимости от обусловленных рабочим режимом переменных параметров печи. Подобное устройство может использоваться во всех многоэлектродных печах. Измеряются фазные напряжения с первичной стороны и току соединения звездой, значения с вторичной стороны выводятся таким образом, что, по меньшей мере, во многих случаях эти значения могут применяться для лучшего регулирования. В документе DE 2034874 A1 описано устройство для питания электродуговой печи из сети переменного тока среднего и высокого напряжения, в котором электроды электродуговой печи соединены с сетью переменного тока через трансформатор печи и бесконтактные управляемые электронные переключатели, которые регулируют ток печи и, в случае тока перегрузки, размыкаются. В многофазных системах такое регулирование помогает избежать несимметричной нагрузки питающей сети. Бесконтактные управляемые электронные переключатели заменяют также как переключатели ступеней обмоток, так и переключатели промежуточных ступеней трансформатора печи. В документе DE 2017203 A1 описана электрическая печь для электрошлакового переплава с расходуемыми электродами при токах от 3 до 15 Гц, причем тиристорный прямой выпрямитель, трансформатор переменного тока и контур печи с электродами и облицовка и промежуточный контур с однофазным трансформатором образуют электрическую цепь. В документе EP 0589544 B1 описана трехфазная установка дуговой печи с последовательно включенным дросселем и параллельно к дросселю включенным тиристорным мостом переменного тока в качестве управляемого переключателя шунтирования, причем управление, осуществляемое при наличии соединения электронной установкой обработки данных, которая наряду с электрическими данными, такими как ток, напряжение, содержание гармоник и мерцание в сети, также обрабатывает данные процесса и основывается на сравнении данных номинального и действительного значений. Из документа EP 0498239 B1 известны способ регулирования электродов дуговой печи постоянного тока и устройство регулирования электродов, а также устройство, при которых необходимость в расчете номинального значения для регулирования электродов может быть устранена за счет того, что вместо постоянного напряжения из регулятора тока принимается сигнал, пропорциональный углу регулирования. Этот сигнал подается через демпфирующее звено, которое, наряду с настройкой сигнала, также контролирует граничные значения и отсеивает нежелательные частоты. Номинальное значение соответствует среднему углу регулирования выпрямителей. Длина дуги устанавливается независимо от изменения напряжения таким образом, что достигается требуемый ток с заданным регулированием угла на выпрямителе; для поддержания тока постоянным всегда имеется достаточный диапазон регулирования. При регулировании тока в соответствии с постоянным регулированием угла на выпрямителе также достигается постоянный средний коэффициент мощности в питающей сети. В документе EP 0429774 A1 описаны устройство и способ для питания многофазной дуговой печи регулируемым током, устройство состоит из сети переменного тока, управляемой последовательной реактивности, трехфазного трансформатора печи и дуговой печи с гидравлической системой регулирования электродов. Посредством преобразователя тока измеряется ток фазы дуговой печи, который подается на индуктор с тиристорным управлением, имеющий управляющее устройство, которое, в свою очередь, оказывает влияние на последовательную реактивность в основной цепи. Другими параметрами измеренного сигнала, на которые оказывается влияние, являются положение электродов и напряжение на трансформаторе. В документе WO 0228146 A1 описаны автоматический регулятор электродов на основе прямого регулирования коэффициента мощности и способ для электродуговой печи, которая содержит печной трансформатор, состоящий, соответственно, из трансформатора для измерения рабочего тока и напряжения на электродах, преобразователя для расчета действительной мощности электродов, преобразователь - 2 - 009868 для расчета реактивной мощности электродов, программируемого контрольного блока для расчета коэффициента мощности электродов и сравнения с заданным номинальным значением, а также устройства для регулирования положения электродов по высоте и измерения, которое связано с контрольным блоком посредством сигнальной линии и которое перемещает электроды таким образом, что они в максимальной степени приближаются к действительному коэффициенту мощности заданного номинального значения. Электрические параметры электровосстановительных печей поддерживаются в максимально возможной степени постоянными посредством гидравлического подъема или опускания электродов. Эти параметры, однако, непрерывно колеблются из-за изменения сопротивления ванны при погруженных электродах и/или из-за изменения соотношения сопротивлений в режиме работы печи с непогруженными электродами, режиме электрической дуги. Результатом этого является неравномерный расход электрической энергии в печи. Кроме того, за счет отчасти очень сильного движения электродов затрудняется образование реакционных зон в печи. В основе изобретения лежит задача выполнить устройство управления вышеуказанного типа таким образом, чтобы стабилизировать расход мощности в восстановительных электропечах и, тем самым, повысить подвод энергии и производительность. Кроме того, достигаются снижение перемещения электродов и надежное образование реакционных объемов. Указанная задача решается тем, что устройство управления дополнительно содержит управляемые мощные электронные переключатели переменного тока, которые включены во вторичной цепи в линии сети низкого напряжения электродуговой печи и через линию зажигания дуги связаны с системой регулирования для подачи управляющих импульсов поджига, причем устройство управления выполнено таким образом, что кратковременные колебания электрических параметров компенсируются только посредством переключателей переменного тока. При этом регулирование расхода энергии осуществляется не посредством изменения положения электродов, а, главным образом, за счет управляемых мощных электронных переключателей, которые включены в линии сети низкого напряжения электродуговой печи. За счет импульсно-фазового управления мощными полупроводниковыми элементами обеспечивается бесступенчатое регулирование эффективного значения токов вторичной цепи. Импульсно-фазовое управление мощными полупроводниковыми элементами является весьма быстродействующим по сравнению с известным механическим перемещением электродов. Тем самым может обеспечиваться более быстродействующая реакция на изменения электрических параметров процесса и, следовательно, стабилизация мощности печи. Задача механического перемещения электродов ограничивается компенсацией соотношений напряжений для напряжений ванны при грубых отклонениях от номинального значения и компенсацией обгорания электродов. Оказалось предпочтительным, если система регулирования содержит импульсно-фазовое управление мощными полупроводниковыми элементами, которые регулируют бесступенчатым образом эффективные значения токов вторичной цепи. Предпочтительным образом система регулирования может быть выполнена таким образом, что она регулирует токи вторичной цепи в восстановительных печах по Knappsack-схеме. В соответствии с изобретением мощные полупроводниковые элементы могут представлять собой антипараллельно включенные блоки тиристоров, так что осуществляется импульсно-фазовое управление трехфазного переменного тока. В противоположность механическому перемещению электродов, импульсно-фазовое управление мощными полупроводниковыми элементами может быстро реагировать на изменения электрических процессов печи и стабилизировать мощность печи. Предпочтительным образом, механизм перемещения электродов может быть выполнен таким образом, чтобы выравнивать соотношения напряжений для напряжений ванны при грубых отклонениях от номинального значения и обгорании электродов. Оптимальное регулирование получают, если регулирование тока и регулирование напряжения в значительной степени независимы одно от другого. Оказалось предпочтительным, если электроды сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи включены попарно по схеме звезды. Альтернативно, электроды сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи могут быть соединены с трехфазным трансформатором или с тремя однофазными трансформаторами по Knappsack-схеме. В соответствии с изооретением также возможно соединить электроды сети низкого напряжения (высокотоковая система) электродуговой восстановительной печи по схеме треугольника. Особенно предпочтительным образом, система регулирования может быть выполнена таким образом, что отдельные токи электродов могут ограничиваться до спекания самообжигающихся электродов. В соответствии с изобретением система регулирования может быть выполнена таким образом, чтобы трансформаторные токи могли ограничиваться для исключения повреждений, обусловленных токами перегрузки, особенно в диапазоне напряжений ниже критической точки мощности, или трансформаторной мощности, во избежание температур перегрева и, тем самым, для увеличения срока службы транс - 3 - 009868 форматоров, особенно в диапазоне напряжений выше критической точки тока. Также в соответствии с изобретением можно выполнить систему регулирования таким образом, чтобы реактивная мощность могла ограничиваться для поддержания гарантированных значений коэффициента мощности. Срок службы силовых выключателей переключателей и ступенчатых переключателей нагрузки повышается, если систему регулирования выполнить таким образом, чтобы силовые выключатели и ступенчатые переключатели нагрузки могли переключаться, по существу, в обесточенном состоянии. Помехи для металлургических реакционных зон сокращаются до минимума, если систему регулирования выполнить таким образом, чтобы предусматривались дополнительно реализуемые времена запаздывания и/или гистерезисы при перемещении электродов, которые способствуют образованию реакционных зон внутри электродов. Частые механические перемещения электродов для регулирования электрических параметров мешают образованию этих реакционных зон и препятствуют металлургическим процессам плавки и восстановления. Изобретение поясняется далее на примерах, иллюстрируемых чертежами, на которых показано следующее: фиг. 1 - соответствующая изобретению система регулирования для однофазной схемы, фиг. 2 - шестиэлектродная печь с попарно включенными электродами, фиг. 3 - трехэлектродная печь с трехфазным трансформатором по Knappsack-схеме, фиг. 4 - симметрично выполненная трехэлектродная восстановительная печь с тремя однофазными трансформаторами, включенными по Knappsack-схеме, фиг. 5 - семейство кривых для пояснения преимуществ изобретения. На фиг. 1 представлена система 1 регулирования, соответствующая изобретению, которая содержит средство контроля 2, средство 3 регулирования тока, средство 4 импульсно-фазового управления и средство 5 регулирования напряжения. Для управления подключен, например, персональный компьютер (PC) 6. На фиг. 1 показана только одна фаза трехфазной системы электродуговой печи. Через проводник 7 включения печной выключатель 8 посредством мотора 9 может подключить описанную ниже печь к питающему напряжению 10. Оно прикладывается тогда к первичной цепи печного трансформатора 11, ступенчатый переключатель нагрузки которого может регулироваться посредством позиционного регулятора 12 через систему 1 регулирования. Во вторичной цепи печного трансформатора 11 включен электронный переключатель переменного тока, представляющий собой мощный полупроводниковый элемент 13, который связан с электродом 14, который может погружаться в ванну заземленной печи 15. Мощный полупроводниковый элемент 13 может содержать два антипараллельно включенных силовых электронных переключателя, причем в качестве полупроводниковых компонентов, ввиду высоких мощностей, используются предпочтительным образом тиристоры на несколько MVA, но также могут использоваться управляемые мощные транзисторы. Через линию 6 поджига силовой полупроводниковый элемент 13 снабжается для переключения импульсами поджига с помощью системы 1 регулирования. Гидравлическая система 17 обуславливает медленное регулирование электродов, так что соотношения напряжений для напряжений ванны электролита могут выравниваться при грубых отклонениях от номинального значения и обгорании электродов. Измерительное устройство 18 выдает в систему 1 регулирования сигнал, соответствующий положению электродов 14. К системе 1 регулирования подключены устройства 19 измерения и контроля электрических величин, на которые подаются измеренные значения, соответствующие напряжению UPRI первичной цепи и токам IPRI первичной цепи. Устройства 19 измерения и контроля рассчитывают на этой основе значения, требуемые для системы 1 регулирования. Перед печным выключателем 8 подсоединено средство 20 контроля заземления с напряжением 10 питания, которое также выдает свои измеренные значения в систему 1 регулирования. Лежащая в основе изобретения система 1 регулирования может быть реализована в средстве управления на программируемой памяти (SPS), системе управления процессом (PLS), персональном компьютере (PC) или на другой компьютеризованной системе. Входные величины для системы 1 регулирования обеспечиваются устройствами 19 измерения и контроля первичной и вторичной цепей для электрических величин, а также позициями ступенчатых переключателей нагрузки или переключателя соединения звездой или треугольником, если они имеются. Факультативно, измерение позиций электродов может быть связано с системой 1 управления и регулирования. Выходные величины системы 1 регулирования являются установочными значениями для гидравлических клапанов для подъема или опускания электродов 14, а также установочными величинами для управляющей электроники средства 4 импульсно-фазового управления мощного полупроводникового элемента 13. Система 1 регулирования может быть расширена для автоматического перемещения ступенчатых переключателей нагрузки печных трансформаторов 11, чтобы поддерживать необходимый управляющий угол а в границах и избегать прерываний тока в режиме электрической дуги и частичной нагрузке. На фиг. 2-4 представлена электрическая схема по переменному току трех фаз цепи сети низкого на - 4 - 009868 пряжения электродуговой печи. На фиг. 2 показана печь 15 с шестью попарно включенными электродами 14, которые через мощные полупроводниковые элементы 13 связаны с фазами U, V, W вторичной цепи печного трансформатора 11. На фиг. 3 показана печь 15 с тремя электродами 14, которая подключена к трехфазному трансформатору по Knappsack-схеме. Показанная на фиг. 4 схема системы низкого напряжения электродуговой печи представляет три смещенных на 120° однофазных трансформатора и выпрямителя переменного тока, а также симметричную по углу конфигурацию проводников сети низкого напряжения электродуговой печи и конфигурацию фаз трехфазной системы электродуговой печи. За счет такой структуры со сквозной симметрией могут быть реализованы одинаковые отношения соответствующих импедансов, которые облегчают достижение по возможности равномерного расхода мощности в восстановительной печи и, тем самым, нагружают сеть высокого напряжения по возможности в максимальной степени симметрично. Обусловленные процессом несимметричные нагрузки могут за счет изобретения выравниваться эффективным образом. Knappsack-схема может использоваться в случае электровосстановительных печей с тремя электродами. В этой схеме выводы вторичных обмоток печных трансформаторов выводятся и подключаются только к трем электродам по схеме треугольника. Три электрода образуют при этом с ванной расплава нагрузку в форме звезды, причем ванна расплава образует нейтральную точку при соединении по схеме звезды. За счет компенсирующей магнитное поле конфигурации проводников сети низкого напряжения электродуговой печи снижается реактивность печи. За счет этого можно, по отношению к трансформаторной мощности, ввести в печь более высокую фазовую мощность, в результате чего достигается лучший коэффициент мощности cos ср. При этом могут применяться, соответственно, однофазный управляемый выпрямитель переменного тока в соединении с однофазными печными трансформаторами или трехфазный управляемый выпрямитель в соединении с трехфазными печными трансформаторами. Силовая часть выпрямителей переменно -го тока для регулирования тока реализуется на каждую фазу, соответственно, двумя антипараллельно включенными силовыми электронными выключателями. В качестве полупроводниковых компонентов, ввиду высоких мощностей порядка нескольких MBA, предпочтительно используются тиристоры. Однако также возможно использование управляемых мощных транзисторов. Показанная на фиг. 3 и 4 Knappsack-схема имеет преимущество, заключающееся в соединении с низкой реактивностью проводников сети низкого напряжения электродуговой печи за счет эффекта компенсации электрических полей. За счет этого может быть снижена вырабатываемая составляющая реактивной мощности восстановительной печи. Однако также возможна схема, при которой вторичные обмотки трансформатора включены по схеме треугольника, с тремя выводами вторичной цепи, выведенными к сети низкого напряжения электродуговой печи, которые через электродные фазы и ванну электролизера включаются по схеме звезды, как, например, это обычно имеет место в электродуговых печах для производства стали. Наряду с вышеописанной основной задачей настоящего изобретения, дополнительно достигаются другие, описанные ниже преимущества. 1. Ограничение отдельных токов электродов для спекания самообжигающихся электродов. При пуске печи или после поломки электродов важно ограничить электродный ток IE в зависимости от развития спекания и во избежание повреждений. С помощью выпрямителя переменного тока соответственно оптимальный электродный ток IE согласно заданной программе спекания может проводиться через электрод 14 и может предотвращаться повреждение электрода 14 токами перегрузки. Для того чтобы избежать разлома подлежащего спеканию самообжигающегося электрода, может устанавливаться механическое перемещение электрода 14. 2. Ограничение трансформаторных токов во избежание повреждений за счет токов перегрузки специально в диапазоне напряжений ниже критической точки мощности. Трансформаторы 11 защищаются с помощью реле защиты от тока перегрузки, которые размыкают печной выключатель 8 при токах перегрузки и прерывают производственный процесс. Соответственно конкретной ступени напряжения, посредством заявленной системы 1 регулирования может ограничиваться соответствующий максимальный трансформаторный ток с помощью программного обеспечения и, таким образом, предотвращаться отключение трансформатора током перегрузки. Показанный на фиг. 5 прямой участок 20 графика показывает ограничение тока в зависимости от напряжения вторичной цепи. На фиг. 5 показано семейство кривых, которое иллюстрирует зависимость напряжения вторичной цепи и тока вторичной цепи друг от друга. 3. Ограничение мощности трансформатора для предотвращения повышенных температур и, тем самым, повышение срока службы трансформаторов, в частности, в диапазоне напряжений выше критической точки тока. Обусловленное низкими сопротивлениями ванны электролита превышение максимально допустимой полной мощности может приводить к повреждению печных трансформаторов 11 из-за повышенных температур или сокращать срок службы печных трансформаторов 11. С помощью выпрямителей пере - 5 - 009868 менного тока полная мощность печных трансформаторов 11 может ограничиваться на максимальном значении с помощью задатчиков переменного тока. Это достигается посредством ограничения тока в зависимости от соответствующей ступени напряжения, как это можно видеть, например, на втором участке 21 графика на фиг. 5. 4. Ограничение реактивной мощности для поддержания гарантированного значения для коэффициента мощности. Часто должны поддерживаться граничные значения для коэффициента мощности cos ср, согласованные по договоренности между поставщиком и потребителем энергии. За счет системы регулирования снижения ниже граничного значения могут предотвращаться посредством простого снижения мощности печи. 5. Предотвращение и ограничение несимметричных нагрузок питающей сети низкого напряжения электродуговой печи, обусловленных конструкцией печи и условиями процесса. Из-за геометрии печи, как, например, в печи прямоугольного профиля, и/или размещения электродов 14 в ряд, и/или из-за применения трехфазных трансформаторов или трех однофазных трансформаторов с расположением в ряд возникает вынужденным образом асимметрия при прокладке линии сети низкого напряжения электродуговой печи, что приводит к различающимся сопротивлениям потерь и реактивным сопротивлениям. Несимметричные нагрузки возникают из-за обусловленных процессом различных отношений сопротивлений ванны в восстановительной печи. Эти нежелательные несимметричные сетевые нагрузки могут эффективно корректироваться с помощью системы 1 регулирования. 6. Повышение срока службы силовых выключателей и ступенчатых переключателей нагрузки за счет переключения, по существу, в обесточенном состоянии. Из-за переключения под нагрузкой печного выключателя 8 и ступенчатых переключателей нагрузки обычно срок службы электрических средств производства сокращается. Также в малонагруженных сетях могут возникать явления мерцания в сети ввиду высоких мощностей переключения. Посредством заявленной системы 1 регулирования мощные полупроводниковые элементы 13 могут запираться перед переключением печного выключателя 8 или ступенчатых переключателей нагрузки, так что силовые переключатели могут эксплуатироваться почти в обесточенном состоянии. Коммутироваться должен только ток холостого хода трансформаторов 11. Кроме того, на основе улучшенного режима регулирования и возможности ограничивать электродный ток при пуске печи 15, может быть сокращено обычно большое количество ступеней напряжения. Соответствующее изобретению устройство управления обеспечивает возможность работы печи переменного тока с тремя или шестью электродами без необходимости в донном или подовом электроде. Блоки тиристоров включаются антипараллельно, причем трехфазный переменный ток остается в им-пульсно-фазовой форме. Лежащее в основе заявленного изобретения устройство регулирования специально согласовано с требованиями процесса для восстановительных электропечей, в которых в максимально возможной степени можно отказаться от перемещения электродов, так как они оказывают мешающее воздействие на металлургические процессы плавки и восстановления. Гидравлическое перемещение электродов практически должно компенсировать только угар электродов и реагировать только на большие отклонения напряжения. Так как ток вторичной цепи в печах по Knappsack-схеме не одинаков с токами электродных фаз, требуется особый способ регулирования, который обеспечивается в соответствующей системе 1 регулирования по изобретению. Перечень обозначений ссылочных позиций Система регулирования Контроль Регулирование тока Импульсно-фазовое управление Регулирование напряжения Персональный компьютер Линия включения Печной выключатель Мотор Питающее напряжение Печной трансформатор Установочное устройство Силовой полупроводниковый элемент Электрод Печь Линия возбуждения дуги Гидравлическая система - 6 - 009868 18 Устройство измерения положения электродов 19 Устройства измерения и контроля электрических параметров 20 Контроль заземления 21 Прямолинейный участок графика 22 Второй участок графика ZT Импеданс трансформатора ZH Импеданс ZE Импеданс электродов ZB Импеданс ванны PC Персональный компьютер PLS Система управления процессом SPS Управление на программируемой памяти А Ампер/размерность AC Переменный ток En Точка измерения f Сетевая частота I Ток IEn Ток Ipri Ток первичной цепи Isec Ток вторичной цепи I+/-n Ток фазы электродуговой печи m 10-3 (милли)/числовой коэффициент k 103 (кило)/ числовой коэффициент M 106 (Мега)/ числовой коэффициент M Обозначение мотора/символ Л Порядковое число P Полезная (активная) мощность Q Реактивная мощность S Кажущаяся (полная) мощность SN Номинальная полная мощность Ssc Кажущаяся (полная) мощность tap Время U Напряжение Uk Напряжение короткого замыкания UN Сетевое напряжение Upri Напряжение первичной цепи Usec Напряжение вторичной цепи U,V,W Фазы электрической системы VA Вольт-ампер/размерность V Вольт/размерность Var Вольт-ампер реактивное/размерность W Электрическая работа W Ватт/размерность Wh Ватт-час/размерность ZBn Импеданс, относительная величина ZEn Импеданс ZH+/-n Импеданс ZTn Импеданс а Угол управления, угол фазово-импульсного управления cos р Коэффициент мощности ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство управления для восстановительных печей (15) переменного тока с электродами (14), которое содержит трансформатор (11) и систему (1) регулирования для регулирования подачи энергии в восстановительные печи (15) переменного тока, которая управляет механизмом (17) перемещения для электродов (14), отличающееся тем, что устройство управления дополнительно содержит управляемые силовые электронные переключатели (13) переменного тока, которые включены во вторичной цепи в линии сети низкого напряжения электродуговой печи и через линию (16) зажигания связаны с системой (1) регулирования для подачи управляющих импульсов поджига, причем устройство управления выполнено таким образом, что кратковременные колебания электрических параметров компенсируются только посредством переключателей переменного тока. - 7 - 009868 2. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что система (1) регулирования содержит средство (4) импульсно-фазового управления силовыми переключателями (13), которое регулирует бесступенчатым образом эффективные значения токов (Isec) вторичной цепи. 3. Устройство управления по п.1 или 2, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что она регулирует токи (Isec) вторичной цепи в восстановительных печах с подключением по Knappsack-схеме. 4. Устройство управления по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что силовые переключатели (13) содержат антипараллельно включенные блоки тиристоров. 5. Устройство управления по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что средство (4) импульсно-фазового управления силовыми переключателями (13) быстро реагирует на изменения электрических параметров процессов печи и стабилизирует мощность печи (15). 6. Устройство управления по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что механизм (16) перемещения электродов (14) выполнен с возможностью выравнивания соотношений напряжений для напряжений ванны при грубых отклонениях от номинального значения и обгорании электродов. 7. Устройство управления по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что регулирование тока (3) и регулирование напряжения (5) в значительной степени независимы одно от другого. 8. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) включены попарно по схеме звезды. 9. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) соединены с трехфазным трансформатором или с тремя однофазными трансформаторами (11) по Knappsack-схеме. 10. Устройство управления по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что электроды (14) сети низкого напряжения электродуговой восстановительной печи (15) соединены по схеме треугольника. 11. Устройство управления по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что отдельные токи (IE) электродов ограничиваются для обеспечения спекания самообжигающихся электродов. 12. Устройство управления по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что трансформаторные токи могут ограничиваться для исключения повреждений, обусловленных токами перегрузки, особенно в диапазоне напряжений ниже критической точки мощности. 13. Устройство управления по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что трансформаторная мощность может ограничиваться во избежание температур перегрева трансформаторов (11), особенно в диапазоне напряжений выше критической точки тока. 14. Устройство управления по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что реактивная мощность может ограничиваться для поддержания гарантированных значений для коэффициента мощности (cos р ). 15. Устройство управления по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что силовые выключатели (8) и ступенчатые переключатели нагрузки могут переключаться, по существу, в обесточенном состоянии. 16. Устройство управления по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что система (1) регулирования выполнена таким образом, что предусмотрены дополнительно реализуемые времена запаздывания и/или гистерезисы при перемещении электродов (14). - 8 - 009868 - 10 - 009868 Фиг. 4 20 21 Напряжение вторичной цепи TJ IV ] Фиг. 5 Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6 - 11 - 
|
