Потребление реактивной мощности электропечами и сварочными установками

Электродуговые и руднотермические печи для выплавки черных и цветных металлов и для электрокрекинга (переработки химического сырья при высокой температуре) являются крупными потребителями РМ. Эта мощность необходима им как для обеспечения самого про­цесса плавки, так и для покрытия потерь РМ в элементах печной ус­тановки (рис.4.3).

Потребление РМ в электородуговых печах ЭДП обусловлено

необходимостью достаточно большого угласдвига по фазе тока и напряженияв цепи питания печи.

Если бы угол сдвига будет равен нулю, то дважды за один период переменного тока дуга прервется на времяв моменты од­новременного прохождения синусоид тока и напряжения через ноль и затем загорится вновь, и это приведет к существенному снижению температуры в межэлектродном пространстве, уменьшению произво­дительности печи и ухудшению качества металла.

 Для обеспечения непрерывного горения дуги в цепь аппаратов ЭДП включают последовательно индуктивность (дроссель), благода­ря чему горение дуги в момент прохождения напряжения через ноль поддерживается за счет энергии, накопленной в индуктивности.

Индуктивность подбирают так, чтобы обеспечить достаточный для непрерывного горения уголсдвига по фазе тока и напряжения,

Характеристики работы дуговой электропечной установки: измерение тока и напряжения до вклю­чения дросселя (а) и после (б); зависимость коэф­фициента мощности от мощности печи (в)

т.е. чтобы выполнялось условие , где - минималь-

ное необходимое напряжение для горения дуги; - амплитудное значение напряжения источника питания.

Тогда

Непрерывное горение дуги получается при угле, т.е.

при

РМ в ЭДП необходимо не только для заряда - разряда индуктив­ности при поддержании непрерывного горения дуги, но и покрытия потерь в печном трансформаторе и токопроводе. Поэтому минималь­но необходимое напряжениеи уголеще более возрастают, а снижается.

Нагрузку ЭДП регулируют изменением высоты электродов в широких пределах.

Во время расплава металла резко возрастает потребление РМ из-за ее потерь в трансформаторе пропорционально квадрату коэффици-

ента загрузки

Потребляемый ток в этот период возрастает до, а по-

этому растут потери РМ.

По мере роста объема печи и мощности печных трансформато­ров приходится увеличивать индуктивность, что приводит к сниже­ниюЭДП.

По этим причинам на предприятиях, где имеются ЭДП, про­блему компенсации РМ приходится решать на основе специальных мер.

В индукционных печах (ИП) нагрев основан на использовании сильных магнитных полей для расплавления металлов индукционны­ми токами. Для создания магнитных полей необходим большой рас­ход РМ.

Нагрев токами повышенной частотыпроизводят в

тиглях без стального сердечника. ИП преимущественно однофазные мощностью- для плавки цветных   металлов и до

1700 кВт - сталеплавильные. Напряжение питания ИП-и

Поскольку коэффициент мощности ИП очень низок: от 0,1 до 0,4 - 0,6 , то для компенсации РМ устанавливают конденсаторные ба-

тареи с нерегулируемыми секциями. При этом мощность конденса. торной батареи превышает активную мощность ИП иногда в 10 раз.

Характеристики электросварочных установок (контактных и ду, говых) как потребителей РМ близки к характеристикам электропеч-ных установок.

Эти установки однофазные и трехфазные с резкопеременной на­грузкой и низким коэффициентом мощности: при дуговой сварке 0,3 -0,35, а при контактной - 0,2 - 0,6.

Источниками питания сварочных установок являются тиристор, ные преобразователи, которые тоже потребляют РМ. Их нагрузка по РМ более стабильна, чем у сварочных трансформаторов переменного тока. Однако Эти преобразователи являются источниками высших гармоник тока и напряжения. Особенно высокий уровень высших гармоник имеет место при подключении сварочных преобразователей к сети 380-660 В с малой мощностью КЗ.

5.2. Батареи конденсаторов в сетях с высшими гармониками

Нелинейные нагрузки (ПП, дуговые печи и др.) работают с низ ким коэффициентом мощности, а поэтому возника

ет необходимость компенсации реактивной мощности. Наиболее эко номичными являются батареи конденсаторов, хотя при их примене­нии возникает ряд трудностей. Основная из них состоит в возможно сти появления резонансных явлений в связи с наличием в сети выс­ших гармоник, что ведет к отказам БК (вздутию и взрывам банок, пробоям изоляции).

Сущность явления удобно рассмотреть на примере простой схе­мы с мощным ВП. Это может быть экскаватор, печь для выплавки алюминия и др.

На схеме рис.5.5 показаны три элемента, участвующие в резо­нансном процессе: ВП - источник высших гармоник тока и напряже­нияпитающая сеть со смешанным индуктивно-активным

сопротивлениемии БК с емкостью С и сопротивлением.

При отключенной БК частотные характеристики индуктивных сопротивлений питающей сети в точках А и В (рис.5.5)ли-

нейны (прямые 1 на рис.5.5 и 5.6); активными сопротивлениями в этом случае можно пренебречь ввиду их малости. Следовательно, глубина коммутационных искажений и величина напряжения отдель­ных гармоник уменьшаются линейно по мере удаления от точки ком­мутации (точка В на рис.5.5), глубина коммутационных искажений пропорциональна отношению, где - эквива-

лентное индуктивное сопротивление сети, т.е. сопротивление от ус­ловной точки питания бесконечной мощности до исследуемой точки питающей сети;- индуктивное сопротивление цепи преобразова-

ченной БК при различных добротностях контура

теля, т.е. сопротивление от точки коммутации до исследуемой точки сети.

На рис.5.6 приведены частотные характеристики питающей сети в точке С при наличии сопротивлений Х_пр и г_пр преобразователя (схе­ма замещения показана в правом верхнем углу рисунка).

Рис.5.6. Частотные характеристики элементов питающей сети: 1 - в точке С при включенной батарее конденсаторов; 2 - в точке С при отключенной батарее конденсаторов; 3 - сопротивление цепи преобразователя; 4 - частотная характеристика ёмкостного сопротивления сети

Эти характеристики имеют место при условии, что угол комму­тацииостается неизменным. Включение батареи конденсаторов резко изменяет линейный характер частотной характеристики пи­тающей сети как в точке А, так и в точке В (см.рис.5.5 и 5.6). Нели­нейность частотной характеристики в значительной мере зависит от добротности контура элементов питающей сети, т.е. отношения реак­тивного сопротивления к активному. На рис.5.5 видно, что с

увеличениемна определенной частоте, соответствующей резонанс­ной(это соответствует резонансной гармонике), резко рас­тет относительное сопротивление - полное сопро­тивление на основной гармонике.

Нелинейность частотной характеристики питающей сети в точке 1 объясняется тем, что при включении БК образуется параллельный - контур, состоящий из индуктивного сопротивления питающей

сети и емкостного сопротивления конденсатора. На рис.5.5,в и 5.6 эти контуры показаны справа.

Модуль комплексного сопротивления v-й гармоники резонанс­ного LC- контура в точке А определяют по формуле

где■ индуктивное сопротивление на основной частоте;- номи­нальное емкостное сопротивление- суммарное активное со­противление элементов сети; - номинальное активное сопротивле­ние- эквивалентное индуктивное со-

противление питающей сети длягармоники;- емкостное со­противлениедлягармоники.

При любой емкостивсегда найдется такая группа гармоник (ее называют резонансной группой гармоник), при которыхвсту­пает в резонанс токов (или близко к нему) с индуктивностью сети.

Сопротивление параллельного контура в области резонанса, как видно из рис.5.5, резко увеличивается.

При этом токи резонансной группы гармоник, генерируемые в сеть, значительно уменьшаются, и можно говорить о том, что на­пряжения гармоник резонансной группы(точка С на рис.5.6) при­ложены кнепосредственно за вычетом малого падения напряже­ния в преобразовательном трансформаторе. Следовательно, напряже­ния гармоник резонансной группы в точке А значительно увеличива­ются. В то же время емкостное сопротивлениеуменьшается с уве­личением номера гармоникиЭто приводит к тому, что черезпротекают значительные токи резонирующих гармоник, соизмеримые, а иногда и значительно превосходящие ток первой гармоники. Перегрузкатоками высших гармоник может достигать на практике значительной величинычто приво­дит к выходу ее из строя.

Из этого следует, что непосредственное применение БК в целях компенсации РМ в сетях с вентильными нагрузками сопряжено с ря­дом трудностей.

В каждом конкретном случае необходим расчет токовой пере­грузки БК резонансной группой гармоник. В некоторых случаях та­кие расчеты необходимо производить до гармоник достаточно высо­кого порядка (выше резонансной гармоники), особенно при малых мощностях (емкостях) БК.

Ввиду большого объема и трудоемкости таких расчетов их не­обходимо проводить с помощью ЭВМ.

В начало