CS259425B1

CS259425B1 - Wiring for regulation, compensation and symmetrization of heating performance of electrothermal equipment

Info

Publication number: CS259425B1
Application number: CS867569A
Authority: CS
Inventors: Jiri Winkler; Ladislav Krivacek
Original assignee: Jiri Winkler; Ladislav Krivacek
Priority date: 1986-10-20
Filing date: 1986-10-20
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS756986A1

Abstract

Zapojení je určeno do zařízení pro konduktívní ohřev anebo pro indukční taviči pece. Umožňuje v těchto elektrotepelných zařízeních dosáhnout požadované regulace vykompenzovaného výkonu symetrického odběru .a vysokého účiníku. Zapojení sestává ze třech větví zapojených do trojúhelníku, vzhledem k napájecí soustavě napětí. První větev je tvořena sériovým spojením spotřebiče tvořeného transformátorem a prvního střídavého regulátoru, druhá větev je tvořena první tlumivkou a třetí větev tvoří kondenzátor, k němuž je paralelně zapojeno sériové spojení druhé tlumivky a druhého střídavého regulátoru. Alternativně je k první větvi trojúhelníka zapojen blok kompenzace jalového výkonu a ve druhé větvi trojúhelníka je do- série s první tlumivkou zapojen třetí střídavý regulátor.The connection is intended for conductive heating devices or induction melting furnaces. It allows these electrothermal devices to achieve the required regulation of the compensated power of symmetrical consumption and high power factor. The connection consists of three branches connected in a triangle, with respect to the voltage supply system. The first branch is formed by a series connection of the consumer formed by a transformer and the first AC regulator, the second branch is formed by the first choke and the third branch is formed by a capacitor, to which a series connection of the second choke and the second AC regulator is connected in parallel. Alternatively, a reactive power compensation block is connected to the first branch of the triangle and a third AC regulator is connected in series with the first choke in the second branch of the triangle.

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci, kompenzaci a symetrizaci topného výkonu elektrotepelných zařízení. V elektrotepelné technice se užívá pro přímotopný (konduktivní) ohřev a pro indukční tavení jednofázových výkonových transformátorů. Transformátor bývá připojen na sít nízkého i vysokého napětí podle výkonu a typu zakázky. Výkony jednofázových transformátorů mohou v praxi dosahovat až jednotek MVA. Tyto transformátory zatěžují napájecí sít nízkého napětí nebo vysokého napětí nesymetrickým odběrem elektrického proudu, a proto se musí symetrizovat. Nejčastějším symetrizačním členem je tlumivka a kondenzátory zapojené tak, že mezi první a třetí fází napájecí soustavy je zapojen vlastní spotřebič (transformátor], většinou doplněný kompenzační kondenzátorovou baterií; mezi druhou a třetí fází je zapojena tlumivka a mezi první a druhou fází je zapojena baterie kondenzátorů s možností jejich postupného odpojování. Symetrického odběru se dosáhne naladěním kondenzátorově baterie. V praxi je však možno kondenzátor měnit po stupních připojováním nebo odpojováním sekcí. Topný výkon transformátoru se mění (reguluje) velikostí napájecího napětí — nejčastěji autotransformátorem, indukčním regulátorem, přepínáním odboček topného transformátoru nebo transduktory. Nevýhody současně užívaného řešení regulace tepelného výkonu a symetrizace odběru jsou zejména tyto:The invention relates to a circuit for regulating, compensating and symmetrizing the heating power of electrothermal devices. In electrothermal technology it is used for direct heating (conductive) heating and for induction melting of single-phase power transformers. The transformer is connected to the low and high voltage network according to the power and type of order. The power of single-phase transformers can in practice reach up to MVA units. These transformers load a low voltage or high voltage supply network with asymmetric power consumption and must therefore be symmetrical. The most common symmetric element is a choke and capacitors connected in such a way that between the first and third phases of the power supply system is connected its own appliance (transformer), mostly supplemented by a compensating capacitor battery. Symmetrical consumption is achieved by tuning the capacitor battery, but in practice it is possible to change the capacitor step by step by connecting or disconnecting the sections. Disadvantages of the currently used solution of heat output regulation and symmetrization of consumption are mainly the following:

a) Regulace topného výkonu — v případě regulace vstupním autotransformátorem nutnost použít tento člen s nevýhodami, jako jsou změna napětí po, stupních, opalování kontaktů, zvýšená údržba a poruchovost. V případě indukčního regulátoru nutnost užít méně ekonomické zařízení s vysokou cenou a nutností údržby. V případě přepínání odboček vlastního topného, transformátoru na primárním vinutí dojde opět pouze k stupňovité regulaci s následným nevyužitím magnetického obvodu transformátoru a nutnost užití kontaktních spínacích přístrojů.a) Heating output regulation - in the case of input autotransformer regulation, it is necessary to use this member with disadvantages such as voltage change by steps, degrees of contact burning, increased maintenance and failure rate. In the case of an induction regulator, it is necessary to use less economical equipment with high cost and maintenance. In case of switching of the taps of the heating transformer on the primary winding, only stepwise regulation will occur again with consequent non-utilization of the magnetic circuit of the transformer and the necessity to use contact switching devices.

b) Symetrizace — současně užívané symetrizační členy neumožňují plynulou symetrizaci, pouze stupňovitou. Stykačové přepínání kondenzátorových sekcí vede k přechodovým rázovým stavům a nutnosti užít kontaktních spínacích přístrojů s vysokým opotřebením. V přechodových stavech odebíraného topného výkonu nelze stupňovitým způsobem symetrizaci zajistit. Dochází tedy k dynamické nesymetrii odběru s negativními vlivy na rozvodnou soustavu.b) Symmetrization - currently used symmetrization members do not allow continuous symmetrization, only stepwise. The contactor switching of the capacitor sections leads to transient surge conditions and the need to use contact wear devices with high wear. In the transition states of the consumed heating capacity, symmetrization cannot be ensured in a stepwise manner. Thus, there is a dynamic unbalance of consumption with negative effects on the distribution system.

Uvedené nevýhody při regulaci topného výkonu i při symetrizaci odběru odstraňuje zapojení pro regulaci, kompenzaci a symetrizaci topného výkonu elektrotepelných zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zapojení sestává ze třech větví, zapojených do trojúhelníka vzhledem k soustavě napájecího napětí. První větev je tvořena sériovým spojením spotřebiče, tvořeného transformátorem a prvního střídavého regulátoru, druhá větev je tvořena první tlumivkou a třetí větev tvoří kondenzátor, ke kterému je paralelně zapojeno sériové spojení druhé tlumivky a druhého střídavého regulátoru.The above mentioned disadvantages in the regulation of the heating power as well as in the demand symmetrization are eliminated by the circuitry for the regulation, compensation and symmetrization of the heating power of the electrothermal devices according to the invention, which consists in the circuitry consisting of three strands. The first branch is formed by a series connection of the transformer and the first AC controller, the second branch consists of the first choke and the third branch forms a capacitor to which the serial connection of the second choke and the second AC controller is connected in parallel.

Výhodné pro kompenzaci jalowěfeo výkonu je zapojení, ve kterém je paralelně k první větvi trojúhelníka zapojen blok kompenzace jalového výkonu. Ve druhé větvi trojúhelníka je do série s první tlumivkou zapojen třetí střídavý regulátor.Advantageous for power compensation is a circuit in which a reactive power compensation block is connected in parallel to the first branch of the triangle. In the second branch of the triangle, a third AC controller is connected in series with the first choke.

Blok kompenzace jalového výkonu je tvořen paralelním spojením kompenzačního kondenzátům a 'sériové spojení dalšího, střídavého regulátoru a tlumivky. Alternativně je blok kompenzace jalového výkonu tvořen paralelní soustavou filtrů, sestávajících z kondenzátorů zapojených v sérii s tlumivkami a další paralelní větví, sestávající ze sériového spojení tlumivky a dalšího střídavého regulátoru.The reactive power compensation block consists of a parallel connection of compensation condensates and a serial connection of another, AC controller and choke. Alternatively, the reactive power compensation block consists of a parallel set of filters consisting of capacitors connected in series with the chokes and another parallel branch, consisting of a series connection of the choke and another AC controller.

Princip regulace topného výkonu spočívá v plynulé změně primárního napájecího, napětí topného transformátoru střídavým tyristorovým regulátorem (antiparalelní spojení dvou tyristorů). Princip symetrizace spočívá v plynulé změně kapacity symetrizačního kondenzátorů, které se dosahuje tím, že paralelně ke kondenzátorů je zapojeno sériové spojeni tlumivky a střídavého tyristorového¹ regulátoru. Fázovým řízením antiparalelních tyristorů se dosahuje plynulé změny indukčnosti, a tím i plynulé změny kapacity kondenzátor®. Symetriz-ační tlumivka zapojená mezi druhou a třetí fází má buď feowsteiířní indukčnost, nebo je tvořena tlumivko® s rodbočfeaml, popřípadě je plynule nastavitelná střídavým regulátorem napětí zapojeným v 'sérii s touto tlumivkou.The principle of heating output regulation is based on a continuous change of the primary supply voltage of the heating transformer by an alternating thyristor regulator (antiparallel connection of two thyristors). The principle of symmetrization consists in the continuous change of capacitance of the symmetrization capacitors, which is achieved by the parallel connection of the capacitors connected in series by the choke and the alternating thyristor ¹ controller. Phase control of the antiparallel thyristors achieves a continuous change in inductance and thus a continuous change in capacitor® capacity. The symmetric choke connected between the second and third phases has either a phased inductance or consists of a choke with a parabolic choke, or is continuously adjustable by an AC voltage regulator connected in series with the choke.

Výhoda zapojení pro regulaci, kompenzaci a symetrizaci topného výkonu elektrotepelných zařízení podle vynálezu spočívá v dosažení požadované regulace vykompenzovaného tepelného výkonu, symetrického odběru a vysokého účiníku zařízení.The advantage of the circuitry for the regulation, compensation and symmetrization of the heating power of the electrothermal devices according to the invention lies in achieving the desired regulation of the compensated heat output, the symmetrical consumption and the high power factor of the device.

Čtyři příklady zapojení pno regulaci, kompenzaci a symetrizaci topného výkonu elektrotepelných zařízqní podle vynálezu jsou na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je schéma zapojení s plynulou regulací kapacity mezi první a druhou fází, raa obr. 2 je toto zapojení doplněno o regulaci indukčnosti mezi druhou a třetí fází, na obr. 3.1. je zapojení podle vynálezu ještě s plynulou kompenzací jalového výkonu spotřebiče, na obr. 3.2 a 3.3 jsou dvě alternativy řešení bloku kompenzace jalového výkonu a na obr. 4 je zapojení s regulovanou tlumivkou mezi druhou a třetí fází i s kompenzací jalového výkonu.Four examples of wiring for the regulation, compensation and symmetrization of the heating power of the electrothermal devices according to the invention are in the attached drawing, where Fig. 1 shows a circuit diagram with continuous capacity regulation between the first and second phases; second and third phases, in Fig. 3.1. Fig. 3.2 and 3.3 show two alternatives of the reactive power compensation block solution and Fig. 4 shows the connection with regulated choke between the second and third phases and with reactive power compensation.

Zapojení pro regulaci, kompenzaci a symetrizaci topného výkonu elektrotepelných zařízení podle vynálezu na obr. 1 sestává ze třech větví zapojených do trojúhelníka vzhledem k soustavě napájecího napětí ABC. První větev je tvořena sériovým spojením spotřebiče 1 a prvního střídavého regulátoru 2, druhá větev je tvořena první tlumivkou 3 a třetí větev tvoří kondenzátor 4, ke kterému je paralelně zapojeno sériové spojení druhé tlumivky 6 a druhého· střídavého regulátoru 5.The circuitry for regulating, compensating and symmetrizing the heating power of the electrothermal devices according to the invention in Fig. 1 consists of three branches connected in a triangle with respect to the supply voltage system ABC. The first branch consists of a series connection of the consumer 1 and the first AC controller 2, the second branch consists of the first choke 3 and the third branch forms the capacitor 4, to which the serial connection of the second choke 6 and the second AC controller 5 is connected in parallel.

Na obr. 2 je toto zapojení doplněno o druhý střídavý regulátor 7, zapojený do série s první tlumivkou 3. Na obr. 3.1 je zapojení podle vynálezu shodné s obr. 1, ale je doplněno o blok 8 kompenzace jalového výkonu, zapojený paralelně k první větvi trojúhelníka. Blok 8 kompenzace je tvořen paralelním spojením kompenzačního kondenzátoru 9 a sériového spojení dalšího střídavého regulátoru 10 a tlumivky 11. Alternativně je blok 8 kompenzace jalového výkonu tvořen paralelní soustavou filtrů, sestávajících z kondenzátorů 9.1 až 9.3, zapojených v· sérii s tlumivkami 12.1 až 12.3 a další paralelní větví, sestávající ze sériového spojení tlumivky 11 a dalšího· střídavého regulátoru 10.In Fig. 2, this circuit is complemented by a second AC controller 7, connected in series with the first choke 3. In Fig. 3.1, the circuit according to the invention is identical to Fig. 1, but is supplemented with a reactive power compensation block 8 connected in parallel to the first. branch of triangle. The compensation block 8 comprises a parallel connection of the compensation capacitor 9 and a serial connection of another AC controller 10 and a choke 11. Alternatively, the reactive power compensation block 8 consists of a parallel filter system consisting of capacitors 9.1 to 9.3 connected in series with chokes 12.1 to 12.3; a further parallel branch, consisting of a series connection of the choke 11 and another AC controller 10.

Na obr. 4 je alternativní zapojení v podstatě shodné se zapojením na obr. 3.1, ale navíc doplněné o druhý střídavý regulátor 7, zapojení do- série s první tlumivkou 3.In Fig. 4, the alternative circuit is substantially identical to that of Fig. 3.1, but additionally supplemented by a second AC controller 7, the circuit in series with the first choke 3.

Regulace topného výkonu spotřebiče 1 spočívá v plynulé změně primárního napájecího napětí prvním střídavým regulátorem 2. Symetrizace je dosaženo první tlumivkou 3 s konstantní indukčnosti a plynule laditelným kondenzátorem, tvořeným kondenzátorem 4 s konstantní kapacitou, druhou tlumivkou 6 s konstantní indukčnosti a druhým střídavým regulátorem 5.The regulation of the heating power of the appliance 1 consists in a continuous change of the primary supply voltage by the first AC controller 2. The symmetry is achieved by the first inductor 3 with constant inductance and a continuously tunable capacitor consisting of a constant capacitor 4, the second inductor 6 with constant inductance and the second AC regulator 5.

Toto zapojení je vhodné například pro kondukční ohřev. Fázovým řízením prvního a druhého· střídavého regulátoru 2 a 5 se ve všech provozních stavech dosáhne současně požadované regulace topného výkonu a velmi přesného symetrického odběru elektrického výkonu.This connection is suitable for example for conduction heating. The phase control of the first and second AC regulators 2 and 5 achieves simultaneously the required heating output control and very precise symmetrical power consumption in all operating states.

Funkce zapojení podle obr. 2 je v podstatě shodná s funkcí podle obr. 1, avšak zapojení umožňuje kromě plynulé regulace kondenzátoru i plynulou regulaci první tlumivky 3. Toto zapojení je vhodné kromě regulace topného výkonu a symetrlzace i k zvýšení účiníku celého zařízení.The wiring function of FIG. 2 is substantially the same as that of FIG. 1, but the wiring enables, in addition to the continuous control of the capacitor, a continuous control of the first choke 3. This wiring is suitable in addition to the heating output and symmetry control.

Zapojení na obr. 3.1 umožňuje plynulou kompenzaci jalového výkonu spotřebiče 1 s prvním střídavým regulátorem 2. Blok 8 kompenzace jalového· výkonu v zapojení na obr. 3.3 navíc současně filtruje vyšší harmonické. Toto zapojení je vhodné například pro indukční ohřev.The wiring in Fig. 3.1 allows the reactive power compensation of the appliance 1 with the first AC controller 2 to be continuously compensated. Moreover, the reactive power compensation block 8 in the wiring in Fig. 3.3 also filters higher harmonics. This circuit is suitable for induction heating.

Pro taviči indukční pece je vhodné zapojení podle obr. 4, které umožňuje plynulou regulaci první tlumivky 3.For melting induction furnaces, the connection according to FIG.

Střídavé regulátory 2, 5, 7 a 10 jsou ve všech zapojeních řízeny tak, aby bylo ve všech provozních stavech dosaženo požadovaného vykompenzovaného tepelného výkonu, symetrického odběru a vysokého účiníku zařízení.The AC controllers 2, 5, 7 and 10 are controlled in all wiring to achieve the required compensated heat output, symmetrical demand and high power factor in all operating states.

Claims

Wiring for regulating, compensating and symmetrical heating power of electrothermal devices, characterized in that it consists of three branches connected in a triangle with respect to the supply voltage system, the first branch being formed by the serial connection of the transformer consumer appliance (1) and the first AC controller ( 2), the second branch consists of a first choke (3) and a third branch forms a capacitor (4) to which a series connection of the second choke (6) and the second AC controller (5) is connected in parallel.

Wiring for regulating, compensating and symmetrical heating power of electrothermal devices according to claim 1, characterized in that a reactive power compensation block (8) is connected in parallel to the first branch of the triangle.

3. The circuit for regulating, compensating and symmetrizing the heating power of the electrothermal devices according to claims 1 and 2, characterized in that a third AC regulator (7) is connected in series with the first choke (3) in the second triangle branch.

4. The circuit for regulating, compensating and symmetrizing the heating power of the electrothermal devices according to claims 2 and 3, characterized in that the reactive power compensation block (8) comprises a parallel connection of the compensation capacitor (9) and a serial connection of another AC controller (10). chokes (11).

Wiring for regulating, compensating and symmetrical heating power of electrothermal devices according to items 2 and 3, characterized in that the reactive power compensation block (8) consists of a parallel set of filters consisting of capacitors (9.1) to (9.3) connected in series with chokes (12.1) to (12.3) and another parallel branch, consisting of a series connection of choke (11) and another AC controller (10).