電弧爐無功波動抑制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電弧爐無功波動抑制裝置，它包括第一鐵芯和第二鐵芯，第一鐵芯上纏繞第一交流工作繞組和第一直流繞組，第二鐵芯上纏繞第二交流工作繞組和第二直流繞組；第一交流工作繞組和第二交流工作繞組串聯(lián)后串接入電弧爐供電回路中，第一直流繞組和第二直流繞組串聯(lián)后串接直流電源。本實用新型不需要額外的檢測和控制環(huán)節(jié)，因此結(jié)構(gòu)簡單、響應速度快，且實現(xiàn)簡單、可靠性高、成本低；同時，能保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量和其它用電設(shè)備的安全運行，在冶金電弧爐領(lǐng)域具有很高的應用價值。
【專利說明】電弧爐無功波動抑制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種電弧爐無功波動抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電弧爐在冶煉過程中無功功率波動劇烈，特別是在起弧、穿孔、塌料等階段，常常交替出現(xiàn)三相電極開路和短路狀態(tài)，這時無功功率波動有時會達到電弧爐變壓器容量的兩倍。隨著近年來鋼鐵企業(yè)規(guī)模不斷擴大，電弧爐電容量越來越大，隨之帶來的無功波動問題已嚴重影響到電網(wǎng)的電能質(zhì)量和其它用電設(shè)備的安全運行。
[0003]為了降低電弧爐無功波動引起的電壓波動和閃變，目前通常在爐變供電母線上裝設(shè)動態(tài)無功補償裝置，用來實時補償電弧爐所需的無功，無功補償裝置主要有如下兩種:
[0004](I )TCR型動態(tài)無功補償裝置(SVC)。該裝置由固定補償?shù)碾娙萜鹘M和由晶閘管控制的電抗器組成，通過控制晶閘管的導通角來控制電抗器電流，從而達到調(diào)節(jié)輸出無功的目的。由于晶閘管開斷時間和檢測控制時間的限值，裝置響應時間在20ms以上，對電弧爐引起的電壓波動和閃變的改善率很低。
[0005](2)無功發(fā)生器(SVG)。該裝置是將電壓型逆變器經(jīng)串聯(lián)電抗與系統(tǒng)相連，逆變橋由全控型半導體器件IGBT組成。通過調(diào)節(jié)IGBT器件的開關(guān)，可以控制逆變器交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，從而快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功。裝置響應時間為5?10ms，對電弧爐引起的電壓波動和閃變的抑制效果較好，但由于電弧爐變壓器通常由35kV系統(tǒng)供電，且容量很大，制作高電壓大容量的SVG需要多個半導體器件進行串并聯(lián)，運行可靠性低且造價昂貴。
[0006]因此，我們迫切需要一種對電弧爐引起的電壓波動和閃變的抑制效果好、運行可靠性高、成本低廉的電弧爐無功波動抑制裝置。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種響應迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行可靠性高的電弧爐無功波動抑制裝置。
[0008]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種電弧爐無功波動抑制裝置，它包括第一鐵芯和第二鐵芯，第一鐵芯上纏繞第一交流工作繞組和第一直流繞組，第二鐵芯上纏繞第二交流工作繞組和第二直流繞組；第一交流工作繞組和第二交流工作繞組串聯(lián)后串接入電弧爐供電回路中，第一直流繞組和第二直流繞組串聯(lián)后串接直流電源。
[0009]更進一步的方案是，所述的第一交流工作繞組和第二交流工作繞組具有相同的匝數(shù)，且第一交流工作繞組的同名端與第二交流工作繞組的同名端相接。
[0010]更進一步的方案是，第一直流繞組和第二直流繞組具有相同的匝數(shù)，且第一直流繞組的異名端與第二直流繞組的同名端相接。
[0011]更進一步的方案是，第一交流工作繞組的異名端與電弧爐供電開關(guān)連接，第二交流工作繞組的異名端與電弧爐變壓器連接。[0012]更進一步的方案是，所述的直流電源包括整流變壓器和整流橋，整流變壓器一次側(cè)接電弧爐供電開關(guān)，整流變壓器二次側(cè)輸出的交流電流經(jīng)過整流橋?qū)⒔涣麟娏髡鞒芍绷麟娏?；整流變壓器二次?cè)與整流橋、第一直流繞組和第二直流繞組構(gòu)成直流回路。
[0013]更進一步的方案是，所述的2個鐵芯均為口字型結(jié)構(gòu)，且截面相同。
[0014]本實用新型中，第一交流工作繞組和第二交流工作繞組串聯(lián)后，串接在電弧爐供電回路中，流過交流負載電流。第一直流繞組和第二直流繞組串聯(lián)后，與直流電源串接，流過直流電流。
[0015]第一鐵芯和第二鐵芯受到交直流同時激磁，直流繞組始終產(chǎn)生較強的直流磁場，該磁場能使鐵芯達到深度飽和狀態(tài)。當電弧爐運行在額定狀態(tài)下時，交流工作繞組流過電弧爐額定電流，這時交流工作繞組產(chǎn)生的磁場不足以使鐵芯退出飽和，因此此時第一交流工作繞組和第二交流工作繞組的電抗值非常小，不會影響電弧爐的正常運行。
[0016]在起弧、穿孔、塌料等階段，當電弧爐電極發(fā)生短路時，交流工作繞組流過的電流顯著增大，此時交流工作繞組產(chǎn)生足夠大的磁通，當該磁通方向與直流繞組產(chǎn)生的磁通方向相反時，會抵消直流磁通，使鐵芯退出飽和狀態(tài)。由于第一鐵芯上的第一交流工作繞組和第一直流繞組的同名端不在同側(cè)，而第二鐵芯上的第二交流工作繞組和第二直流繞組的同名端在同側(cè)，因此在一個交流周期內(nèi)，隨著交流電流方向的變化，第一鐵芯和第二鐵芯會相繼出現(xiàn)非飽和狀態(tài)，相當于在交流回路中串入大的電抗，使交流負載電流受到限制。
[0017]本實用新型利用磁飽和原理，由交流工作繞組電流的變化自動控制鐵芯的飽和度，從而改變兩個交流工作繞組電抗的大小，等效于在電弧爐正常工作時，在回路中串入小電抗，而在電弧爐發(fā)生電極短路無功功率劇烈增大時，在回路中串入大電抗來抑制無功波動。
[0018]本實用新型不需要額外的檢測和控制環(huán)節(jié)，因此結(jié)構(gòu)簡單、響應速度快，且實現(xiàn)簡單、可靠性高、成本低；同時，能保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量和其它用電設(shè)備的安全運行，在冶金電弧爐領(lǐng)域具有很高的應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實用新型一個實施例的具體實施示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的實施例。
[0022]參見圖1-圖2，一種電弧爐無功波動抑制裝置，它包括第一鐵芯C1和第二鐵芯C2,該第一鐵芯C1和第二鐵芯C2為口字型結(jié)構(gòu)且截面相同。第一鐵芯C1上纏繞第一交流工作繞組Wai和第一直流繞組Wdi，第二鐵芯C2上纏繞第二交流工作繞組Wa2和第二直流繞組Wd2 ；第一交流工作繞組Wai和第二交流工作繞組Wa2串聯(lián)后，串接在電弧爐供電回路中，流過交流負載電流；第一直流繞組Wdi和第二直流繞組Wd2串聯(lián)后串接直流電源UDC。
[0023]本實施例中，第一交流工作繞組Wai和第二交流工作繞組Wa2具有相同的匝數(shù)，且第一交流工作繞組Wai的同名端與第二交流工作繞組Wa2的同名端相接，第一交流工作繞組Wai的異名端接到電弧爐供電開關(guān)QF的下端，第二交流工作繞組Wa2的異名端接到電弧爐變壓器Tf的上端。供電系統(tǒng)S、電弧爐供電開關(guān)QF、第一交流工作繞組Wa1、第二交流工作繞組WA2、電弧爐變壓器Tf和電弧爐EAF構(gòu)成交流工作回路。
[0024]本實施例中，第一直流繞組Wdi和第二直流繞組Wd2具有相同的匝數(shù)，且第一直流繞組Wdi的異名端與第二直流繞組Wd2的同名端相接；直流繞組Wdi的同名端和直流繞組Wd2的異名端接至直流電源Udc兩側(cè)。所述的直流電源Udc包括整流變壓器T1^P整流橋I。整流變壓器Tk 一次側(cè)接電弧爐供電開關(guān)QF的下端，整流變壓器Tk 二次側(cè)輸出大小合適的交流電流，再經(jīng)過整流橋I將交流電流整流成直流電流。整流變壓器Tk 二次側(cè)與整流橋1、第一直流繞組Wd1、第二直流繞組Wd2構(gòu)成直流回路。
[0025]第一交流工作繞組Wai在第一鐵芯C1中產(chǎn)生的交變磁通會在第一直流繞組Wdi上感應交流電壓，第二交流工作繞組Wa2在第二鐵芯C2中產(chǎn)生的交變磁通也會在第二直流繞組Wd2上感應交流電壓，由于第一鐵芯C1上的第一交流工作繞組Wai和第一直流繞組Wdi的同名端不在同側(cè)，而第二鐵芯C2上的第二交流工作繞組Wa2和第二直流繞組Wd2的同名端在同側(cè)，且第一直流繞組Wdi和第二直流繞組Wd2匝數(shù)相同，因此兩個感應交流電壓相互抵消，交流工作電流不會對直流回路產(chǎn)生影響。
[0026]在起弧、穿孔、塌料等階段，當電弧爐電極發(fā)生短路時，交流工作繞組流過的電流顯著增大，此時交流工作繞組產(chǎn)生足夠大的磁通，當該磁通方向與直流繞組產(chǎn)生的磁通方向相反時，會抵消直流磁通，使鐵芯退出飽和狀態(tài)。由于第一鐵芯C1上的第一交流工作繞組Wai和第一直流繞組Wdi的同名端不在同側(cè)，而第二鐵芯C2上的第二交流工作繞組Wa2和第二直流繞組Wd2的同名端在同側(cè)，因此在一個交流周期內(nèi)，隨著交流電流方向的變化，第一鐵芯C1和第二鐵芯C2會相繼出現(xiàn)非飽和狀態(tài)，相當于在交流回路中串入大的電抗，使交流負載電流受到限制。
[0027]本實用新型利用磁飽和原理，當電弧爐正常運行時，裝置處于低阻抗狀態(tài)，損耗小，不會影響電弧爐正常運行；當電弧爐電極短路而發(fā)生無功功率波動時，裝置隨著電弧爐電流的增大而呈現(xiàn)高阻 抗，可以有效限制電弧爐電流，從而抑制電弧爐無功波動。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，具有廣闊的應用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種電弧爐無功波動抑制裝置，其特征在于:它包括2個鐵芯，所述的2個鐵芯上分別纏繞交流工作繞組和直流繞組，2個鐵芯上的交流工作繞組串聯(lián)后串接入電弧爐供電回路中，2個鐵芯上的直流繞組串聯(lián)后串接直流電源。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧爐無功波動抑制裝置，其特征在于:2個鐵芯上的交流工作繞組具有相同的匝數(shù)，且第一鐵芯上的交流工作繞組的同名端與第二鐵芯上的交流工作繞組的同名端相接。
3.如權(quán)利要求1所述的電弧爐無功波動抑制裝置，其特征在于:2個鐵芯上的直流繞組具有相同的匝數(shù)，且第一鐵芯上的直流繞組的異名端與第二鐵芯上的直流繞組的同名端相接。
4.如權(quán)利要求2所述的電弧爐無功波動抑制裝置，其特征在于:第一鐵芯上的交流工作繞組的異名端與電弧爐供電開關(guān)連接，第二鐵芯上的交流工作繞組的異名端與電弧爐變壓器連接。
5.如權(quán)利要求1所述的電弧爐無功波動抑制裝置，其特征在于:所述的直流電源包括整流變壓器和整流橋，整流變壓器一次側(cè)接電弧爐供電開關(guān)，整流變壓器二次側(cè)輸出的交流電流經(jīng)過整流橋?qū)⒔涣麟娏髡鞒芍绷麟娏?；整流變壓器二次?cè)與整流橋、2個鐵芯的直流繞組構(gòu)成直流回路。
6.如權(quán)利要求1-3任一所述的電弧爐無功波動抑制裝置，其特征在于:所述的2個鐵芯均為口字型結(jié)構(gòu)，且截面相同。
【文檔編號】H02J3/18GK203761049SQ201420060829
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】張潔, 鄭常桂, 尤海榕, 杜新華, 王偉明, 謝德華, 李 昊, 周筠 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司