SU1121791A1

SU1121791A1 - Method and device for supplying power to a.c. arc

Info

Publication number: SU1121791A1
Application number: SU823504494A
Authority: SU
Inventors: Олег Александрович Бадажков; Юрий Николаевич Култыгин; Роберт Викторович Минеев; Иван Андреевич Игнатов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7845
Priority date: 1982-10-25
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1984-10-30

Abstract

1. Способ питани дуги переменного тока, при котором измер ют напv Фи р жение на дуге и ток дуги и повышают напр жение дуги в момент уменьшени тока дуги до нул , отличающийс тем, что, с целью снижени потерь мощности путеТ устранени несинусоидальности тока и напр жени , в цепь дуги ввод т корректирующую ЭДС, величина которой равна разности заданного синусоидального напр жени и напр жени дуги, причем заданное синусоидальное напр жение выбирают из услови превышени на 3-5% напр жени дуги в момент равенства тока дуги нулю и равенства площадей, описываемых кривыми напр жени дуги и заданного синусоидального напр жени .1. A method of supplying an alternating current arc, at which the arc voltage and arc current is measured and the arc voltage is increased at the time of the arc current decreasing to zero, characterized in that, in order to reduce the power losses, the current and voltage are minimized A correction voltage is applied to the arc circuit, the magnitude of which is equal to the difference between the specified sinusoidal voltage and arc voltage, and the specified sinusoidal voltage is chosen from the condition that the arc voltage is equal to 3-5% when the arc current is equal to zero the areas described by arc voltage curves and a given sinusoidal voltage.

Description

2. Устройство дл питани дуги переменного тока, содержащее электроды , подключенные к выводам источника переменного тока, трансформатор тока дуги, датчик напр жени дуги и блок сравнени , отличаюЕ еес тем, что оно снабжено установленным на одном из электродов ферромагнитным кольцом с двум обмотками, задатчиком синусоидального напр жени , усилительно-преобразующим блоком и усмли17912. A device for supplying an AC arc containing electrodes connected to the terminals of an AC source, an arc current transformer, an arc voltage sensor and a comparison unit, characterized in that it is equipped with a two-winding ferromagnetic ring mounted on one of the electrodes, the unit sinusoidal voltage, amplifying and converting unit and us1717

телем, одна из обмоток ферромагнитного кольца через указанный усилительно-преобразующий- блок св зана с выходом блока сравнени , соединенного одним из входов с датчиком напр жени дуги, вторым входом - с задатчиком синусоидального напр жени , а втора обмотка ферромагнитного кольца через усилитель св зана с трансформатором тока.one of the windings of the ferromagnetic ring through the specified amplifier-transforming unit is connected to the output of the comparison unit connected to one of the inputs with the arc voltage sensor, the second input is connected to the sinusoidal voltage setting device, and the second winding of the ferromagnetic ring is connected through the amplifier current transformer.

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к способам и уст-г ройствам подавлени несинусоидальности токов и напр жений в цепи с нелинейными нагрузками, и может быть использовано при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах; Известен способ питани дуги переменного тока, при котором осуществл ют снижение несинусоидальности тока и напр жени посредством технологических меропри тий, а именно: правильной подготовки и завалки щихты; использовани вместо железного скрапа предварительно обогащенной и частично восстановленной железной руды в виде металлизованных.; окатышей, обеспечивающего горение дуги на жидкий шлак; введени ионизирующих добавок в зону горени дуги и т.д. Однако этот способ не обеспечивает линеаризацию вольт-амперной характеристики дуги. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ питани дуги переменного тока, при котором измер ют напр жение и ток дуги и повышают напр жейие дуги в момент уменьшени тока дуги, до нул L2 Известно также устройство дл питани дуги переменного тока, содержащее электроды, подключенные к выводам источника переменного тока, трансформатор тока дуги, датчик напр жени и-блок сравнени t2 . Недостатком- известных способа пита ни дуги и устройства вл етс невозможность подавлени нелинейности вольт-амперной характеристики участка электрической цепи с дугой переменного тока в течение всего периода изменени приложенного к этой цепи переменного напр жени , что приводит л ростом мощности дуги к ее отрицательному вли нию на системы электроснабжени и через них на другие потребители , вызыва колебани напр жени в системе, перегрузки ее высшими гармониками токов и напр жений. Цель изобретени - снижение потерь мощности путем устранени несинусоидальности .тока и напр жени в цепи с дугой. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу питани дуги переменного тока, при котором измер ют напр жение дуги и ток и повышают нап) жение дуги в момент уменьшени тока дуги до нул , в цепь дуги ввод т, корректирующую ЭДС, величина которой равна разности заданного синусоидального напр жени и напр жени дуги, причем заданное синусоидальное напр жение выбирают из услови превьш1ени на 3-5-% напр жени дуги в. момент равенства тока дуги Hyjno и равенства площадей, описываемых кривыми напр жени дуги и заданного синусоидального напр жени . Устройство дл реализации способа питани дуги, содержащее электроды, подключенные к выводам источника питани переменного тока, трансформатор тока, датчик напр жени дуги и ок сравнени , снабжено установленньЫ на одном из электродов ферромагнитным кольцом с двум обмотками, задатчиком синусоидального напр жени , ре3 версивиым тиристорным преобразователем тока высокой частоты и усио.лтелем , одна из обмоток ферромагннтногс кольца через указанный преобразователь св зана с выходом, блста сравнени , соединенного одним из входов с датчиком напр жени дуги, вторым входом - с задатчиком синусоидального напр жени , а втора обмотка ферромагнитного кольца через усилитель св зана с трансформатором тока При введении в цепь питани дуги корректирующей ЭДС, величина которой равна разности синусоидального напр жени , и падени напр жени на дугеj происходит активное формирование линеййой вольт-амперной характеристики на участке электрической цепи, содержащей последовательно включеннвш нелинейное сопротивление дуги и корректирующую ЭДС. Заданное синусоидальное напр жени выбрано с учетом следующих требований: 1.Включение корректирующей ЭДС с учетом физических процессов зажигани дуги переменного тока обеспечи вает гарантированное зажигание дуги в Момент перекода тока дуги через нуль, что необходимо дл выполнени услови непрерывности тока дуги. В противном случае ток дуги будет содержать высшие гармоники. Наилучш услови дл зажигани дуги в момент перехода тока дуги через нулевое состо ние обеспечиваетс повышением напр жени на дуговом промежутке, чт эквивалентно повьпиению степени ионизации газов дугового промежутка. 2.Включение корректирующей ЭДС в электрическую цепь с дугой переменно го тока св зано с затратами энергии на ее формирование таким образом, чт при увеличении ЭДС затраты энергии увеличиваютс в степени, приближающейс к квадратной. Приведенные тр,ебовани в процессе экспериментов удалось выполнить. При этом оказалось, что дл обеспечени непрерывности тока дуги достаточно увеличить напр жение на дуговом Промежутке в момент уменьшени тока дуги до нул на 3-5% напр жени на дуг в этот момент, т.е. корректируиица . ЭДС составл ла 3-5 напр жени на дуге.Из приведенных выше рассуждений видно, что заданное синусоидальное напр жение в любой момент времени равно сумме падени напр жени на 914 дуге и корректирутощей ЭДС, т.е. в момент перехода тока дуги через нуль заданное синусоидальное напр жение превышает напр жение на дуге на 3-5%. Наименьшие энергетические затраты на генерирование корректирующей .ЭДС имеют место при минимальной абсолютной разнице площадей, описываемой кривой заданного синусоидального напр жени и кривой падени напр жени на дуге, последнее означает, что корректирующа ЭДС измен етс на небольшую величину, но измен етс по направлению. На практике это происходит относительно медленно, без бросков. Этим объ сн етс , что энерги , затрачиваема в этом случае, всегда меньше, чем в другом случае. Исход из знани трех факторов: 1)заданное синусоидальное напр жение превьшает по условию обеспечени непрерывности тока дуги в момент равенства его нулю напр жение на дуге на 3-5%; 2)площади, описываемые кривыми заданного синусоидального напр жени и кривой падени напр жени на дуге, равны; 3)частоты заданного синусоидального напр жени и ЭДС, приложенной к участку цепи с дугой, равны, оказалось возможным определить такие параметры заданного синусоидального напр жени , как амплитуда и фаза. В самом деле: ( ) Ял иВ(wtlldurt. оо де wt т - угол при котором ток дуги равен нулю. Решением системы уравнений вл тс выражени : ft 2{l,03;5 f b5}LICo)-Sitiwt Uii(t«t) f arctg cosUi (w)i) „0 )t|jdu t msыA 2 cos 4; Ha фиг. 1 представлены кривые изенени тока и напр жений дуги А, заданного синусоидального напр жени В, тока дуги G и вольт-амперна характеристика дуги D; на фиг. 2 блок-схема устройства дл реализации способа питани дуги. Вольт-амперна характеристика Сформированного синусоидального напр жени на участке цепи с дугой тмее в этом случае вид овала, что соответ ствует вольт-амперной характеристике участка цепи с последовательно включенными лине14ными индуктивностью и активным сопротивлением. Устройство дл питани дуги содер жит источник переменного тока - тран сформатор 1, вторична обмотка которого подключена к выводам электродов 2 и 3, между которыми горит дуга 4. Вокруг электрода 2 установлено ферромагнитное кольцо 5,перва обмотка 6 которого соединена с выходом усилительно-преобразующего блока 7. Вход блока 7 соединен с выходом блока 8 сравнени , один вход которого соединен с датчиком 9 напр жени дуги, а второй вход - с задатчиком синусоидального напр жени (задающим генера тором) 10. Втора обмотка 11 кольца соединена через усилитель 12 с транс форматором тока дуги 13. Устройство работает следующим образом. При горе«ии дуг-и 4 ток, протекающий по участку электрододержатель 14 - электрод 2 - дуга 4, создает на нем несинусоидальное падение напр жени в силу нелинейности вольт-амперной характеристики дуги 4. Это напр жение, измеренное и уменьшенное датчиком 9, подаетс на вход блока 8 сравнени , в котором оно вычитаетс от заданного синусоидального напр жени , поданного на второй вход блока 8 сравнени от задающего генератора 10. На выходе блока 8 снимаетс напр жение, равное алгебраической разнице измеренного и заданного напр жений, которое используетс в качестве сигнала управлени блоком 7, измен ющим величину и скорость изменени тока в первой обмотке 6, намотанной на ферромагнитном кольце 5. Измен ющийс по величине с различной скоростью ток в первой катушке 6 наводит в ферромагнитном кольце 5 переменный магнитный поток, Пересе- кающий замкнутый виток электрической трансформатора 1, при этом на участке цепи с дугой 4, а именно в электроде 2, будет наводитьс ЭДС, а напр жение на участке электрододержатель 14 - электрод 3 будет равно алгебраической сумме падени напр жени от тока дуги и ЭДС. Дл устранени вли ни магнитного потока в ферромагнитном сердечнике 5j возбуждаемого током, протекающим по электроду 2i на кольцо наматываетс втора обмотка 11, током которой управл ет усилитель 12, коэффициент усилени которого выбран в соответстВИИ с геометрическим размерами ферформагнитного кольца 5 и диаметром электрода 2. В качестве сигнала управлени усилителем 12 используетс ток трансформатора 13. В качестве задающего генератора 10 принимаетс автотрансформатор с фазосдвигающей цепочкой, а блок 7 вл етс управ-г л емым реверсивным тиристбрным преобразователем тока повьш1енной частоты ( 3-5 кГц). Применение предлагаемого способа и устройства, реализующего его, позвол ет устранить несинусоидальность тока дуги и напр жени на участке цепи с дугой, что уменьшает потери в ферромагнитных материалах от токов высших гармоник и позвол ет использовать без дополнительных фильтров конденсаторные батареи дл компёнсации реактивной мощности электрического , электротермического и сварочного оборудовани .The invention relates to electrical engineering, in particular to methods and devices for suppressing the non-sinusoidality of currents and voltages in a circuit with non-linear loads, and can be used in steelmaking in arc steelmaking furnaces; There is a known method of feeding an alternating current arc, in which the non-sinusoidal current and voltage are reduced by means of technological measures, namely: proper preparation and filling; use instead of iron scrap pre-enriched and partially reduced iron ore in the form of metallized .; pellets, providing arc burning on liquid slag; the introduction of ionizing additives into the arc burning zone, etc. However, this method does not provide linearization of the current-voltage characteristic of the arc. The closest in technical essence to the present invention is a method for supplying an alternating current arc, at which voltage and current of an arc are measured and increasing the arc voltage at the time of decreasing the arc current, to zero L2. A device for supplying an alternating current arc containing electrodes, connected to the terminals of an alternating current source, an arc current transformer, a voltage sensor, and a comparison unit t2. A disadvantage of the known method of supplying an arc and a device is the impossibility of suppressing the nonlinearity of the current-voltage characteristic of a section of an electrical circuit with an alternating current arc during the entire period of variation of the alternating voltage applied to this circuit, which leads to an increase in arc power to its negative effect power supply systems and through them to other consumers, causing voltage fluctuations in the system, overloading it with higher harmonics of currents and voltages. The purpose of the invention is to reduce power losses by eliminating non-sinusoidal currents and voltages in an arc circuit. This goal is achieved by the fact that, according to the AC arc feeding method, at which the arc voltage and current are measured and the arc voltage increases at the moment the arc current decreases to zero, a correction voltage is applied to the arc circuit, the value of which is equal to the difference sinusoidal voltage and arc voltage, and the specified sinusoidal voltage is chosen from the conditions of 3-5% arc voltage c. the moment of equality of the current of the Hyjno arc and the equality of the areas described by the curves of the arc voltage and the specified sinusoidal voltage. An apparatus for implementing an arc powering method comprising electrodes connected to the AC power supply terminals, a current transformer, an arc voltage sensor and a comparison, is fitted on one of the electrodes with a ferromagnetic two-winding ring, a sinusoidal voltage generator, a reed converter with a thyristor converter current of high frequency and usio.ltel, one of the windings of the ferromagnetic ring through the specified converter is connected to the output of the comparison circuit, connected by one of the inputs from The arc voltage is the same, the second input is connected to a sinusoidal voltage adjuster, and the second winding of the ferromagnetic ring is connected via an amplifier to a current transformer. When a corrective EMF is introduced into the arc supply circuit, the value of which is the difference of the sinusoidal voltage and the arc voltage drop active formation of a linear current-voltage characteristic on a section of an electrical circuit containing a series-connected nonlinear arc resistance and a corrective EMF. The specified sinusoidal voltage is selected taking into account the following requirements: 1. The inclusion of a corrective EMF taking into account the physical processes of ignition of an AC arc ensures that the arc is ignited at the Moment of zero arc current conversion, which is necessary to fulfill the condition of arc current continuity. Otherwise, the arc current will contain higher harmonics. The best conditions for ignition of the arc at the moment of transition of the arc current through the zero state are provided by increasing the voltage across the arc gap, which is equivalent to increasing the degree of ionization of the arc gap gases. 2. The inclusion of a corrective emf in an electrical circuit with an alternating current arc is associated with the energy expended on its formation in such a way that, with an increase in emf, the expenditure of energy increases to the degree approaching a square one. The resulted tr, fucking in the course of experiments managed to be executed. It turned out that in order to ensure the continuity of the arc current, it is sufficient to increase the voltage across the arc Gap at the moment when the arc current decreases to zero by 3-5% voltage per arc at that moment, i.e. corrector The emf was 3-5 voltages across the arc. From the above reasoning, it can be seen that the given sinusoidal voltage at any time is equal to the sum of the voltage drop across the 914 arc and the corrective emf, i.e. when the arc current passes through zero, the specified sinusoidal voltage exceeds the arc voltage by 3-5%. The lowest energy costs for generating a correction. EMF occur with a minimum absolute difference of areas, described by a curve of a given sinusoidal voltage and a curve of voltage drop across the arc, the latter means that the correction EMF changes by a small amount, but changes in direction. In practice, this happens relatively slowly, without throws. This explains that the energy expended in this case is always less than in the other case. Based on the knowledge of three factors: 1) the specified sinusoidal voltage exceeds the condition of ensuring the continuity of the arc current at the moment of its equality to zero voltage on the arc by 3-5%; 2) the areas described by the curves of the given sinusoidal voltage and the curve of the voltage drop across the arc are equal; 3) the frequencies of a given sinusoidal voltage and the EMF applied to the circuit with an arc are equal, it was possible to determine such parameters of a given sinusoidal voltage as amplitude and phase. Actually: () Yal and B (wtlldurt. Oo de wt t is the angle at which the arc current is zero. The solution of the system of equations is: ft 2 {l, 03; 5 f b5} LICo) -Sitiwt Uii (t " t) f arctg cosUi (w) i) „0) t | jdu t msyA 2 cos 4; Ha FIG. Figure 1 shows the variation of current and voltage of arc A, given a sinusoidal voltage B, arc current G, and the current-voltage characteristic of arc D; in fig. 2 is a block diagram of an apparatus for implementing an arc feeding method. Volt-ampere characteristic The formed sinusoidal voltage on a section of a circuit with an arc, in this case, is an oval shape, which corresponds to the current-voltage characteristic of a section of a circuit with series-connected linear inductance and active resistance. The device for powering the arc contains an alternating current source - transformer 1, the secondary winding of which is connected to the terminals of electrodes 2 and 3, between which arc 4 burns. A ferromagnetic ring 5 is installed around electrode 2, the first winding 6 of which is connected to the output of the amplifier-converting unit 7. The input of block 7 is connected to the output of comparator block 8, one input of which is connected to the arc voltage sensor 9, and the second input to the sinusoidal voltage master (master oscillator) 10. The second coil 11 of the ring is connected via y ilitel 12 with the transformer 13. The arc current device operates as follows. When an arc-and-4 mount fails, the current flowing through the electrode holder 14 — electrode 2 — arc 4 section creates a non-sinusoidal voltage drop due to the non-linearity of the current-voltage characteristic of arc 4. This voltage, measured and reduced by sensor 9, is supplied to the input of comparison unit 8, in which it is subtracted from a given sinusoidal voltage applied to the second input of comparison unit 8 from a master oscillator 10. At the output of block 8, a voltage equal to the algebraic difference of the measured and specified voltages is removed, which is used As a control signal of unit 7, it changes in the magnitude and rate of current change in the first winding 6 wound on the ferromagnetic ring 5. The current varying in magnitude at different speeds in the first coil 6 induces in the ferromagnetic ring 5 alternating magnetic flux Intersecting a closed coil of an electric transformer 1, while an electromotive voltage is induced in a section of a circuit with arc 4, namely in electrode 2, and the voltage on the section electrode holder 14 — electrode 3 will be equal to the algebraic sum of the voltage drop from the current gi and emf. To eliminate the influence of the magnetic flux in the ferromagnetic core 5j excited by the current flowing through the electrode 2i, the second winding 11 winds up on the ring, the current of which is controlled by the amplifier 12, the gain factor of which is chosen according to the geometrical dimensions of the ferromagnetic ring 5 and the diameter of electrode 2. As the control signal of the amplifier 12 uses the current of the transformer 13. As the master oscillator 10, an autotransformer with a phase-shifting chain is taken, and block 7 is a controlled reversible th tiristbrnym povsh1ennoy frequency current converter (3-5 kHz). The application of the proposed method and device realizing it allows eliminating the non-sinusoidal arc current and voltage across the circuit with an arc, which reduces losses in ferromagnetic materials from high-harmonic currents and allows using capacitor banks without additional filters to compensate for reactive power of electrical, electrothermal and welding equipment.

/J/ J

ww

фиг. ZFIG. Z

Claims

AC POWER METHOD AND DEVICE FOR ITS ACCESSORIES arc voltage and arc current increase the arc voltage at the moment of decreasing the arc current to zero, characterized in that, in order to reduce power losses of ways to eliminate current and voltage non-sinusoidality, a corrective circuit is introduced into the arc circuit EMF, the value of which is equal to the difference between a given sinusoidal voltage and arc voltage, and a given sinusoidal voltage is selected from the condition that the arc voltage is exceeded by 3-5Z at the moment of equal arc current to zero and equality pl despite conformal opiLENIYa.

(57) 1. A method of supplying an alternating current arc, in which the arc voltage and the predetermined sinusoidal voltage are measured by the curves deposited.

. „1121791

2. A device for powering an AC arc, containing electrodes connected to the terminals of an AC source, a current transformer, arcs, an arc voltage sensor and a comparison unit, characterized in that it is equipped with a ferromagnetic ring with two windings mounted on one of the electrodes, with a sinusoidal generator voltage, amplifier-converting unit and force by the body, one of the windings of the ferromagnetic ring through the specified amplifier-converting unit is connected to the output of the comparison unit connected to one of the inputs with an arc voltage sensor, ”the second input - with a sinusoidal voltage adjuster, and the second winding of the ferromagnetic ring through the amplifier is connected to the current transformer.