CN103840472A - 电弧炉无功波动抑制装置 - Google Patents

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张洁
郑常桂
尤海榕
杜新华
王伟明
谢德华
李�昊
周筠
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Abstract

本发明涉及一种电弧炉无功波动抑制装置，它包括第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上缠绕第一交流工作绕组和第一直流绕组，第二铁芯上缠绕第二交流工作绕组和第二直流绕组；第一交流工作绕组和第二交流工作绕组串联后串接入电弧炉供电回路中，第一直流绕组和第二直流绕组串联后串接直流电源。本发明不需要额外的检测和控制环节，因此结构简单、响应速度快，且实现简单、可靠性高、成本低；同时，能保证电网的电能质量和其它用电设备的安全运行，在冶金电弧炉领域具有很高的应用价值。

Description

电弧炉无功波动抑制装置
技术领域
本发明涉及一种电弧炉无功波动抑制装置。
背景技术
电弧炉在冶炼过程中无功功率波动剧烈，特别是在起弧、穿孔、塌料等阶段，常常交替出现三相电极开路和短路状态，这时无功功率波动有时会达到电弧炉变压器容量的两倍。随着近年来钢铁企业规模不断扩大，电弧炉电容量越来越大，随之带来的无功波动问题已严重影响到电网的电能质量和其它用电设备的安全运行。
为了降低电弧炉无功波动引起的电压波动和闪变，目前通常在炉变供电母线上装设动态无功补偿装置，用来实时补偿电弧炉所需的无功，无功补偿装置主要有如下两种：
（1）TCR型动态无功补偿装置（SVC）。该装置由固定补偿的电容器组和由晶闸管控制的电抗器组成，通过控制晶闸管的导通角来控制电抗器电流，从而达到调节输出无功的目的。由于晶闸管开断时间和检测控制时间的限值，装置响应时间在20ms以上，对电弧炉引起的电压波动和闪变的改善率很低。
（2）无功发生器（SVG）。该装置是将电压型逆变器经串联电抗与系统相连，逆变桥由全控型半导体器件IGBT组成。通过调节IGBT器件的开关，可以控制逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，从而快速发出大小相等、相位相反的无功。装置响应时间为5～10ms，对电弧炉引起的电压波动和闪变的抑制效果较好，但由于电弧炉变压器通常由35kV系统供电，且容量很大，制作高电压大容量的SVG需要多个半导体器件进行串并联，运行可靠性低且造价昂贵。
因此，我们迫切需要一种对电弧炉引起的电压波动和闪变的抑制效果好、运行可靠性高、成本低廉的电弧炉无功波动抑制装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种响应迅速、结构简单、成本低、运行可靠性高的电弧炉无功波动抑制装置。
本发明所采用的技术方案是：一种电弧炉无功波动抑制装置，它包括第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上缠绕第一交流工作绕组和第一直流绕组，第二铁芯上缠绕第二交流工作绕组和第二直流绕组；第一交流工作绕组和第二交流工作绕组串联后串接入电弧炉供电回路中，第一直流绕组和第二直流绕组串联后串接直流电源。
更进一步的方案是，所述的第一交流工作绕组和第二交流工作绕组具有相同的匝数，且第一交流工作绕组的同名端与第二交流工作绕组的同名端相接。
更进一步的方案是，第一直流绕组和第二直流绕组具有相同的匝数，且第一直流绕组的异名端与第二直流绕组的同名端相接。
更进一步的方案是，第一交流工作绕组的异名端与电弧炉供电开关连接，第二交流工作绕组的异名端与电弧炉变压器连接。
更进一步的方案是，所述的直流电源包括整流变压器和整流桥，整流变压器一次侧接电弧炉供电开关，整流变压器二次侧输出的交流电流经过整流桥将交流电流整流成直流电流；整流变压器二次侧与整流桥、第一直流绕组和第二直流绕组构成直流回路。
更进一步的方案是，所述的2个铁芯均为口字型结构，且截面相同。
本发明中，第一交流工作绕组和第二交流工作绕组串联后，串接在电弧炉供电回路中，流过交流负载电流。第一直流绕组和第二直流绕组串联后，与直流电源串接，流过直流电流。
第一铁芯和第二铁芯受到交直流同时激磁，直流绕组始终产生较强的直流磁场，该磁场能使铁芯达到深度饱和状态。当电弧炉运行在额定状态下时，交流工作绕组流过电弧炉额定电流，这时交流工作绕组产生的磁场不足以使铁芯退出饱和，因此此时第一交流工作绕组和第二交流工作绕组的电抗值非常小，不会影响电弧炉的正常运行。
在起弧、穿孔、塌料等阶段，当电弧炉电极发生短路时，交流工作绕组流过的电流显著增大，此时交流工作绕组产生足够大的磁通，当该磁通方向与直流绕组产生的磁通方向相反时，会抵消直流磁通，使铁芯退出饱和状态。由于第一铁芯上的第一交流工作绕组和第一直流绕组的同名端不在同侧，而第二铁芯上的第二交流工作绕组和第二直流绕组的同名端在同侧，因此在一个交流周期内，随着交流电流方向的变化，第一铁芯和第二铁芯会相继出现非饱和状态，相当于在交流回路中串入大的电抗，使交流负载电流受到限制。
本发明利用磁饱和原理，由交流工作绕组电流的变化自动控制铁芯的饱和度，从而改变两个交流工作绕组电抗的大小，等效于在电弧炉正常工作时，在回路中串入小电抗，而在电弧炉发生电极短路无功功率剧烈增大时，在回路中串入大电抗来抑制无功波动。
本发明不需要额外的检测和控制环节，因此结构简单、响应速度快，且实现简单、可靠性高、成本低；同时，能保证电网的电能质量和其它用电设备的安全运行，在冶金电弧炉领域具有很高的应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明一个实施例的具体实施示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
参见图1-图2，一种电弧炉无功波动抑制装置，它包括第一铁芯C 1 和第二铁芯C 2 ，该第一铁芯C1和第二铁芯C2为口字型结构且截面相同。第一铁芯C1上缠绕第一交流工作绕组WA1和第一直流绕组WD1，第二铁芯C2上缠绕第二交流工作绕组WA2和第二直流绕组WD2；第一交流工作绕组WA1和第二交流工作绕组WA2串联后，串接在电弧炉供电回路中，流过交流负载电流；第一直流绕组WD1和第二直流绕组WD2串联后串接直流电源UDC。
本实施例中，第一交流工作绕组WA1和第二交流工作绕组WA2具有相同的匝数，且第一交流工作绕组WA1的同名端与第二交流工作绕组WA2的同名端相接，第一交流工作绕组WA1的异名端接到电弧炉供电开关QF的下端，第二交流工作绕组WA2的异名端接到电弧炉变压器TF的上端。供电系统S、电弧炉供电开关QF、第一交流工作绕组WA1、第二交流工作绕组WA2、电弧炉变压器TF和电弧炉EAF构成交流工作回路。
本实施例中，第一直流绕组WD1和第二直流绕组WD2具有相同的匝数，且第一直流绕组WD1的异名端与第二直流绕组WD2的同名端相接；直流绕组WD1的同名端和直流绕组WD2的异名端接至直流电源UDC两侧。所述的直流电源UDC包括整流变压器TR和整流桥1。整流变压器TR一次侧接电弧炉供电开关QF的下端，整流变压器TR二次侧输出大小合适的交流电流，再经过整流桥1将交流电流整流成直流电流。整流变压器TR二次侧与整流桥1、第一直流绕组WD1、第二直流绕组WD2构成直流回路。
第一交流工作绕组WA1 在第一铁芯C1中产生的交变磁通会在第一直流绕组WD1上感应交流电压，第二交流工作绕组WA2 在第二铁芯C2中产生的交变磁通也会在第二直流绕组WD2上感应交流电压，由于第一铁芯C1上的第一交流工作绕组WA1和第一直流绕组WD1的同名端不在同侧，而第二铁芯C2上的第二交流工作绕组WA2和第二直流绕组WD2的同名端在同侧，且第一直流绕组WD1和第二直流绕组WD2匝数相同，因此两个感应交流电压相互抵消，交流工作电流不会对直流回路产生影响。
在起弧、穿孔、塌料等阶段，当电弧炉电极发生短路时，交流工作绕组流过的电流显著增大，此时交流工作绕组产生足够大的磁通，当该磁通方向与直流绕组产生的磁通方向相反时，会抵消直流磁通，使铁芯退出饱和状态。由于第一铁芯C1上的第一交流工作绕组WA1和第一直流绕组WD1的同名端不在同侧，而第二铁芯C2上的第二交流工作绕组WA2和第二直流绕组WD2的同名端在同侧，因此在一个交流周期内，随着交流电流方向的变化，第一铁芯C1和第二铁芯C2会相继出现非饱和状态，相当于在交流回路中串入大的电抗，使交流负载电流受到限制。
本发明利用磁饱和原理，当电弧炉正常运行时，装置处于低阻抗状态，损耗小，不会影响电弧炉正常运行；当电弧炉电极短路而发生无功功率波动时，装置随着电弧炉电流的增大而呈现高阻抗，可以有效限制电弧炉电流，从而抑制电弧炉无功波动。本发明结构简单，易于实现，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种电弧炉无功波动抑制装置，其特征在于：它包括2个铁芯，所述的2个铁芯上分别缠绕交流工作绕组和直流绕组，2个铁芯上的交流工作绕组串联后串接入电弧炉供电回路中，2个铁芯上的直流绕组串联后串接直流电源。
2.如权利要求1所述的电弧炉无功波动抑制装置，其特征在于：2个铁芯上的交流工作绕组具有相同的匝数，且第一铁芯上的交流工作绕组的同名端与第二铁芯上的交流工作绕组的同名端相接。
3.如权利要求1所述的电弧炉无功波动抑制装置，其特征在于：2个铁芯上的直流绕组具有相同的匝数，且第一铁芯上的直流绕组的异名端与第二铁芯上的直流绕组的同名端相接。
4.如权利要求2所述的电弧炉无功波动抑制装置，其特征在于：第一铁芯上的交流工作绕组的异名端与电弧炉供电开关连接，第二铁芯上的交流工作绕组的异名端与电弧炉变压器连接。
5.如权利要求1所述的电弧炉无功波动抑制装置，其特征在于：所述的直流电源包括整流变压器和整流桥，整流变压器一次侧接电弧炉供电开关，整流变压器二次侧输出的交流电流经过整流桥将交流电流整流成直流电流；整流变压器二次侧与整流桥、2个铁芯的直流绕组构成直流回路。
6.如权利要求1-3任一所述的电弧炉无功波动抑制装置，其特征在于：所述的2个铁芯均为口字型结构，且截面相同。
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