Система електропостачання шестиелектродної дугової електропечі з пасивним керованим фільтром струмів вищих гармонік

Реферат: Система електропостачання шестиелектродної дугової електропечі з пасивним керованим фільтром струмів вищих гармонік містить джерело трифазної напруги, до якого через послідовно з'єднані вимірювальні органи струму, пічний трансформатор та три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний приєднана шестиелектродна дугова електропіч імпульсного струму. Додатково містить перший та другий пасивні фільтри вищих гармонік, додаткову індуктивність, перший та другий головні вимикачі, перший та другий додаткові вимикачі, вимірювальний орган напруги, аналого-цифрові перетворювачі струму та напруги, аналізатори гармонік струму та напруги, блок виділення частоти струму з найбільшою амплітудою, блок обчислення коефіцієнта гармонік напруги, блок задавання коефіцієнта гармонік напруги, блок порівняння, блоки задавання інтервалу реєстрації напруги та струму, блок вибору комбінації вимикачів, блок керування вимикачами. UA 109823 U (54) СИСТЕМА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ШЕСТИЕЛЕКТРОДНОЇ ДУГОВОЇ ЕЛЕКТРОПЕЧІ З ПАСИВНИМ КЕРОВАНИМ ФІЛЬТРОМ СТРУМІВ ВИЩИХ ГАРМОНІК UA 109823 U UA 109823 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки і призначена для обмеження вищих гармонік струму в системах електропостачання дугових електропечей, приєднаних до електричних мереж загального користування. Відомий фільтро-компенсуючий пристрій, який призначений для компенсації реактивної потужності на основній частоті та поглинання. одночасно чотирьох гармонік струмів, генерованих споживачами з нелінійними вольт-амперними характеристиками. З метою запобігання появи ферорезонансних коливань між фільтром та системою електропостачання фільтр містить додаткові резистивні елементи.(1) Основним недоліком фільтро-компенсуючого пристрою є те, що у випадку зміни параметра хоча б одного з елементів фільтра, наприклад внаслідок його пошкодження, наступає режим погіршення якості фільтрації гармонік одночасно на всіх частотах, на які налаштований фільтр. Найближчим аналогом є система електропостачання дугової електропечі імпульсного струму, яка містить джерело трифазної напруги, до якої через вимірювальні органи струму, пічний трансформатор та три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний приєднано шестиелектродну дугову електропіч імпульсного струму, а паралельно до первинних обмоток пічного трансформатора увімкнено керований фільтр вищих гармонік струмів. Ця система достатньо ефективно обмежує проникнення широкого спектра частот струмів в мережу електроживлення електродугової печі, навіть не кратних до промислової частоти.(2) Основним недоліком даної системи електропостачання є те, що технічна реалізація зміни індуктивності керованого фільтра є досить складною. В основу корисної моделі поставлено задачу створити систему електропостачання, в якій за рахунок додаткової індуктивності та зміни структури з'єднання елементів двох некерованих пасивних фільтрів можна фільтрувати до восьми непромислових частот струмів. Поставлена задача вирішується тим, що система електропостачання дугової сталеварної печі з пасивним керованим фільтром струмів вищих гармонік, яка містить джерело трифазної напруги, до якого через послідовно з'єднані вимірювальні органи струму, пічний трансформатор та три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний приєднана шестиелектродна дугова електропіч імпульсного струму, згідно з корисною моделлю, додатково містить перший та другий пасивні фільтри вищих гармонік, додаткову індуктивність, перший та другий головні вимикачі, перший та другий додаткові вимикачі, вимірювальний орган напруги, аналого-цифрові перетворювачі струму та напруги, аналізатори гармонік струму та напруги, блок виділення частоти струму з найбільшою амплітудою, блок обчислення коефіцієнта гармонік напруги, блок задавання коефіцієнта гармонік напруги, блок порівняння, блоки задавання інтервалу реєстрації напруги та струму, блок вибору комбінації вимикачів, блок керування вимикачами, причому паралельно до первинних обмоток пічного трансформатора через перший головний вимикач приєднаний перший фільтр гармонік струму, а через другий головний вимикач приєднаний другий фільтр гармонік струму, точки з'єднань конденсаторів фільтрів та реакторів, з'єднані між собою першим додатковим вимикачем, паралельно до якого приєднано послідовно сполучені додаткову індуктивність та другий додатковий вимикач, до виводів вимірювальних органів струму приєднано вхід блока задавання інтервалу реєстрації струму, вихід якого приєднаний до входу аналого-цифрового перетворювача струму, вихід якого приєднаний до входу аналізатора гармонік струму, вихід аналізатора гармонік струму приєднані до входу блока визначення частоти струму з найбільшою амплітудою, вихід якого приєднаний до першого входу блока вибору комбінації вимикачів, до другого входу якого приєднаний перший вихід блока порівняння, до першого входу якого приєднаний вихід визначення коефіцієнта гармонік напруги, вхід якого з'єднаний з виходом аналізатора гармонік напруги, перший вхід якого з'єднаний з виходом аналого-цифрового перетворювача напруги, вхід якого приєднаний до виходу блока задавання інтервалу реєстрації напруги, вхід якого з'єднаний з виходом вимірювального органу напруги, другий вхід аналізатора гармонік напруги з'єднаний з другим виходом блока порівнювання, а вихід блока вибору комбінації вимикачів з'єднаний з входом блока керування вимикачами. Використання двох пасивних фільтрів вищих гармонік струмів, двох головних вимикачів, двох додаткових вимикачів, додаткової індуктивності, вимірювального органу напруги, аналогоцифрових перетворювачів струму та напруги, блоків аналізу гармонік струму та напруги, блока виділення частоти струму з найбільшою амплітудою, блока обчислення коефіцієнта гармонік напруги, блока задавання коефіцієнта гармонік напруги, блока порівняння, блоків задавання інтервалу реєстрації напруги та струму, блока вибору комбінації вимикачів, блока керування вимикачами дозволяє знизити коефіцієнт гармонік напруг до значення, яке не перевищує значення, допустимого державним стандартом на якість електричної енергії. 1 UA 109823 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де наведено схему системи електропостачання шестиелектродної дугової електропечі з пасивним керованим фільтром вищих гармонік. До виводів джерела трифазної напруги 1, через послідовно з'єднані вимірювальні органи струму 2, пічний трансформатор 3 та однофазні випрямлячі змінного струму в постійний 4 приєднана шестиелектродна дугова електропіч імпульсного струму 5. Через перший головний вимикач 6 приєднаний паралельно до первинної обмотки пічного трансформатора 3 перший фільтр вищих гармонік струму 7, а другий фільтр вищих гармонік струмів 8 приєднаний паралельно до першого фільтра 7 за допомогою другого головного вимикача 9. Точки сполучень конденсаторів та реакторів першого фільтра 7 і другого фільтра 8 з'єднані першим додатковим вимикачем 10, паралельно до якого увімкнені послідовно з'єднані другий додатковий вимикач 11 та додаткова індуктивність 12. До виводів вимірювальних органів струму 2 приєднані входи блока аналого-цифрового перетворювача струму 13, до виходу якого приєднаний вхід задавання інтервалу реєстрації струму 14, вихід якого з'єднаний із входом аналізатора гармонік струмів 15. Вихід аналізатора гармонік струмів 15 приєднаний до входу блока визначення частоти струму з максимальною амплітудою 16, вихід якого приєднаний до першого входу блока вибору комбінації вимикачів 17. Другий вхід блока вибору комбінації вимикачів 17 приєднаний до першого виходу блока порівняння 18 перший вхід якого з'єднаний з виходом блока визначення коефіцієнта гармонік напруги 19, а його вхід приєднаний до виходу аналізатора гармонік напруги 20. Перший вхід аналізатора гармонік напруги 20 з'єднаний з виходом блока задавання інтервалу реєстрації напруги 21, а його вхід приєднаний до виходу аналого-цифрового перетворювача 22 вхід якого приєднаний до виходу вимірювального органу напруги 23. Входи вимірювального органу напруги 23 приєднані паралельно до первинних обмоток пічного трансформатора 3. До другого входу блока порівнювання 18 приєднаний вихід блока задавання коефіцієнта гармонік напруги 24, а другий вихід блока порівняння 18 приєднаний до входу аналізатора гармонік напруги 20. Вихід блока вибору комбінації вимикачів 17 приєднаний до входу блока керування вимикачами 25, виходи якого приєднані до керуючих входів головних вимикачів 6 і 9 та додаткових вимикачів 10 і 11. Система електропостачання шестиелектродної дугової електропечі з пасивним керованим фільтром вищих гармонік працює наступним чином: від джерела трифазної напруги 1 через вимірювальний орган струму 2, пічний трансформатор 3 та три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний 4 подається напруга до шести електродів електродугової печі 5. На початковій стадії розтоплення металобрухту електричні дуги електропечі 5 горять не стабільно, а їх довжина швидко змінюється через обвали кусків металобрухту, що є причиною появи широкого спектра частот струму й напруги в мережі електроживлення. Амплітуди гармонік та інтергармонік струмів і напруги в мережі живлення досягають таких значень, що коефіцієнт несинусоїдальності напруги значно перевищує значення, які визначені державним стандартом на якість електричної енергії. Частота та амплітуда струмів і напруг неперервно змінюються в часі з певною швидкістю, тому інтервал контролю гармонійного складу напруги та струму задається блоками задавання інтервалу реєстрації струму 13 та напруги 22. Якщо коефіцієнт гармонік напруги перевищує допустимі значення то з виходів вимірювальних органів струму 2 надходить аналоговий сигнал, пропорційний до величини струму навантаження печі 5, на вхід аналого-цифрового перетворювача 13 де з певною дискретністю перетворюється у цифровий сигнал, котрий надходить на вхід блока задавання інтервалу реєстрації струму 14. Після перетворення заданої кількості періодів струму в цифровий код з блока 14 інформація надходить в аналізатор гармонік струму 15 з якого дані про амплітуди частот струму поступають у блок визначення частоти струму з максимальною амплітудою 16. Інформація про частоту з максимальною амплітудою надходить через перший вхід блока вибору комбінації вимикачів 17. Одночасно з вимірювального органу напруги 23 аналоговий сигнал надходить до аналого-цифрового перетворювача 22, де перетворюється у цифровий сигнал, котрий надходить у блок задавання інтервалу реєстрації напруги 21. Після закінчення накопичення дискретної інформації про напругу вона передається у аналізатор гармонік напруги 20 звідки надходить у блок визначення коефіцієнта гармонік напруги 19. Сигнал про поточне значення коефіцієнта гармонік із блока 19 надходить у блок порівнювання, де відбувається порівнювання поточного значення коефіцієнта гармонік напруги із заданим, яке надходить із блока 24. Якщо поточне значення коефіцієнта гармонік перевищує допустиме, то у блоці вибору комбінації вимикачів відбувається порівнювання поточного значення частоти струму з частотами, на які можуть бути настроєні фільтри шляхом відповідних положень головних та додаткових вимикачів. 2 UA 109823 U Якщо не основна частота струму з максимальною амплітудою відповідає частоті настроювання першого фільтра 7 з ємністю конденсатора C1 та індуктивністю реактора L1 , тобто f1  5 1 2 L1C1 , то з блока 17 надходить сигнал у блок 25 про необхідність вмикання першого головного вимикача 6, а решта вимикачів будуть вимкнені. Якщо не основна частота струму з найбільшою амплітудою буде відповідати частоті настроювання другого фільтра 8 з ємністю конденсатора C 2 та індуктивністю реактора L 2 ,тобто 1 , f2  2 L 2C2 10 то з блока 17 надійде сигнал на блок 25 про вмикання другого головного вимикача 9. Крім вказаних першої та другої частот настроювання фільтрів можна отримати наступні. Якщо замкнути обидва головні вимикачі 6 та 9 і додатковий 10, то частота настроювання фільтра дорівнює f3  15 1 L L C  C 2  2 1 2 1 L1  L 2 . Якщо замкнути перший головний вимикач 6 та перший додатковий 10, то утвориться фільтр з частотою поглинання 1 f4  2 L1L 2C1 L1  L 2 Якщо замкнути другий головний вимикач 9 та перший додатковий вимикач 10, то отримаємо фільтр на частоту 20 f5  1 . LL C 2 1 2 2 L1  L 2 Після розмикання першого додаткового вимикача 10 і замикання першого головного та другого додаткового вимикачів частота настроювання фільтра дорівнює f6  25 1 L L  L  C1 2 1 2 L1  L 2  L  .1 +L3амикання другого головного вимикача та другого додаткового за умови, що перший головний вимикач та перший додатковий розімкнений, дозволяє отримати фільтр з частотою настроювання f7  1 L L  L  C2 2 12 1 L1  L 2  L  . Якщо увімкнути обидва головні вимикачі, тобто 6 і 9 та другий додатковий 11, то отримаємо два паралельні фільтри, які настроєні на частоти 30 f8  1 2 L1 C1 та f2  1 2 L2C2 , де індуктивність L1 визначається за виразом L1L  L1  L 2  L  ,а індуктивність L2 - за виразом L 2L   L1  L 2  L  . L1  L 2 35 3 UA 109823 U 5 В запропонованій системі електропостачання обмеження проникання струмів непромислових частот в систему електропостачання здійснюється шляхом вибору фільтра на потрібну частоту шляхом комбінації вимикачів головних вимикачів 6 і 9 та додаткових вимикачів 10 і 11. Контроль за спектром частот струму та напруги в системі електропостачання електродугової печі здійснюється на інтервалі від однієї до 10 секунд, залежно від технологічної стадії топлення металу. Отримання необхідних частот фільтрів досягається шляхом добирання параметрів конденсаторів та індуктивностей на основі попереднього розрахунку частот за вище наведеними формулами. 10 Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво SU № 1050036 А, Н02J 3/18 від 23.10.1982, бюл. № 39. 2. Патент України на винахід № 101412 від 23-03-2913 p ΜΠΚ H02J 3/18, Н05В 7/144. 15 20 25 30 35 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Система електропостачання шестиелектродної дугової електропечі з пасивним керованим фільтром струмів вищих гармонік, яка містить джерело трифазної напруги, до якого через послідовно з'єднані вимірювальні органи струму, пічний трансформатор та три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний приєднана шестиелектродна дугова електропіч імпульсного струму, яка відрізняється тим, що додатково містить перший та другий пасивні фільтри вищих гармонік, додаткову індуктивність, перший та другий головні вимикачі, перший та другий додаткові вимикачі, вимірювальний орган напруги, аналого-цифрові перетворювачі струму та напруги, аналізатори гармонік струму та напруги, блок виділення частоти струму з найбільшою амплітудою, блок обчислення коефіцієнта гармонік напруги, блок задавання коефіцієнта гармонік напруги, блок порівняння, блоки задавання інтервалу реєстрації напруги та струму, блок вибору комбінації вимикачів, блок керування вимикачами, причому паралельно до первинних обмоток пічного трансформатора через перший головний вимикач приєднаний перший фільтр гармонік струму, а через другий головний вимикач приєднаний другий фільтр гармонік струму, точки з'єднань конденсаторів фільтрів та реакторів, з'єднані між собою першим додатковим вимикачем, паралельно до якого приєднано послідовно сполучені додаткову індуктивність та другий додатковий вимикач, до виводів вимірювальних органів струму приєднано вхід блока задавання інтервалу реєстрації струму, вихід якого приєднаний до входу аналого-цифрового перетворювача струму, вихід якого приєднаний до входу аналізатора гармонік струму, вихід аналізатора гармонік струму приєднано до входу блока визначення частоти струму з найбільшою амплітудою, вихід якого приєднаний до першого входу блока вибору комбінації вимикачів, до другого входу якого приєднаний перший вихід блока порівняння, до першого входу якого приєднаний вихід визначення коефіцієнта гармонік напруги, вхід якого з'єднаний з виходом аналізатора гармонік напруги, перший вхід якого з'єднаний з виходом аналого-цифрового перетворювача напруги, вхід якого приєднаний до виходу блока задавання інтервалу реєстрації напруги, вхід якого з'єднаний з виходом вимірювального органу напруги, другий вхід аналізатора гармонік напруги з'єднаний з другим виходом блока порівнювання, а вихід блока вибору комбінації вимикачів з'єднаний з входом блока керування вимикачами. 4 UA 109823 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5