регулируемый источник питания

Формула изобретения

1. Регулируемый источник питания для технологических процессов с использованием электрической дуги, содержащий преобразователь переменного тока в постоянный, состоящий из по меньшей мере одного согласующего трансформатора и выпрямителя, выполненного на вентилях в виде мостовой схемы и связанного с по меньшей мере одним согласующим трансформатором, при этом выход выпрямителя подключен к электродам, между которыми образуется электрическая дуга, и схему регулирования напряжения на электродах, имеющую узел сравнения действительного выпрямленного напряжения с заданной величиной напряжения и устройство регулирования положения электрода, вход которого подсоединен к узлу сравнения, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один однофазный преобразователь 2 переменного тока в постоянный, имеющий последовательно соединенные между собой две фазосдвигающие цепи 22, 23, каждая из которых связана с по меньшей мере одним согласующим трансформатором 13, при этом одна из фазосодержащих цепей содержит дроссель 28, а вторая - конденсатор 29, каждая фазосдвигающая цепь 22, 23 подсоединена к соответствующему входу выпрямителя 17, дополнительные вентили 24, 25, имеющие общую точку 26, связанную с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей 22, 23, и подсоединенные к выходу выпрямителя 17 в одинаковой полярности с вентилями 18 - 21 выпрямителя 17.

2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что вентили 18, 19 мостовой схемы, соединенные с первой фазосдвигающей цепью 22, содержащей дроссель 28, выполнены управляемыми.

3. Источник питания по п.1 или 2, отличающийся тем, что согласующий трансформатор 13 имеет две вторичные обмотки 15, 16, при этом первая фазосдвигающая цепь 22 образована первой вторичной обмоткой 15 согласующего трансформатора 13 и дросселем 28, а вторая фазосдвигающая цепь 23 образована второй вторичной обмоткой 16 согласующего трансформатора 13, включенной согласно с первой вторичной обмоткой 15, и конденсатором 29, при этом общая точка соединения фазосдвигающих цепей 22, 23 соединена с общей точкой 26 дополнительных вентилей 24, 25.

4. Источник питания по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что преобразователь 2 переменного тока в постоянный имеет второй согласующий трансформатор 30, вторичная обмотка 32 которого соединена последовательно с первой фазосдвигающей цепью 22 и включена согласно с вторичной обмоткой 15 первого согласующего трансформатора 13, при этом первая фазосдвигающая цепь 22 включает вторичную обмотку 15 первого согласующего трансформатора 13 и дроссель 28, а вторая фазосдвигающая цепь 23 включает второй согласующий трансформатор 30 и конденсатор 29, соединенный последовательно с первичной обмоткой 31 второго согласующего трансформатора 30.

5. Источник питания по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что преобразователь 2 переменного тока в постоянный имеет второй согласующий трансформатор 30, вторичная обмотка 32 которого соединена последовательно и согласно с второй вторичной обмоткой 16 первого согласующего трансформатора 13, при этом первая фазосдвигающая цепь 22 включает первую вторичную обмотку 15 первого согласующего трансформатора 13 и дроссель 28, а вторая фазосдвигающая цепь 23 включает вторую вторичную обмотку 16 первого согласующего трансформатора 13, второй согласующий трансформатор 30 и конденсатор 29, соединенный последовательно с первичной обмоткой 31 второго согласующего трансформатора 30.

6. Источник питания по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что преобразователь 2 переменного тока в постоянный имеет второй согласующий трансформатор 30, вторичная обмотка 32 которого соединена согласно и последовательно с вторичной обмоткой 15 первого согласующего трансформатора 13, при этом первая фазосдвигающая цепь 23 включает первый согласующий трансформатор 13 и дроссель 28, соединенный последовательно с первичной 14 обмоткой первого согласующего трансформатора 13, а вторая фазосдвигающая цепь 23 включает второй согласующий трансформатор 30 и конденсатор 29, соединенный последовательно с первичной обмоткой 31 второго согласующего трансформатора 30.

7. Источник питания по п.3, отличающийся тем, что он содержит согласующий трансформатор 13, имеющий по меньшей мере еще одну дополнительную вторичную обмотку, при этом преобразователь 2 переменного тока в постоянный содержит дополнительные фазосдвигающие цепи 34 в количестве, соответствующем числу дополнительных вторичных обмоток 33 согласующего трансформатора 13, причем каждая из фазосдвигающих цепей включает соответствующую вторичную обмотку 33 согласующего трансформатора 13 и дроссель 35 или конденсатор 29, дополнительные вентили 36, 37, при этом каждой дополнительной фазосдвигающей цепи 34 соответствует одна пара дополнительных вентилей 36, 37, подключенных в одинаковой полярности со всеми дополнительными вентилями 24, 25.

8. Источник питания по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что общая точка дополнительных вентилей 24, 25 соединена с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей 22, 23 через схему 40 уменьшения скорости нарастания тока.

9. Источник питания по п.8, отличающийся тем, что схема 40 уменьшения скорости нарастания тока содержит дроссель 41.

10. Источник питания по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что вторая фазосдвигающая цепь 23 имеет по меньшей мере еще один конденсатор 47, соединенный одним выводом с выпрямителем 17 через два собственных вентиля 49, 50, имеющих общую точку 48 и подсоединенных к выходу выпрямителя в одинаковой полярности с вентилями 18 - 21 мостовой схемы, а другие выводы всех конденсаторов 29, 47 объединены.

11. Источник питания по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что он выполнен трехфазным и содержит в каждой фазе по меньшей мере один однофазный преобразователь 58 - 60 переменного тока в постоянный, и все однофазные преобразователи 58 - 60 соединены на стороне постоянного тока параллельно и подключены к электродам 4, 5.

12. Источник питания по п.11, отличающийся тем, что между каждым электродом 4, 5 и соответствующим выводом дополнительных вентилей 24, 25 однофазного преобразователя 58 - 60 каждой фазы подключен дополнительный дроссель 64, 65.

13. Источник питания по пп.11 и 12, отличающийся тем, что в преобразователе 2 переменного тока в постоянный каждой фазы фазосдвигающая цепь 22 с конденсатором 29 образована двумя обмотками 66, 67 согласующего трансформатора 13, расположенными в разных фазах и соединенными последовательно одна с другой и с конденсатором 29 соответствующей фазосдвигающей цепи 23.

14. Источник питания по любому из пп.11 - 13, отличающийся тем, что последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 всех фаз включены по схеме треугольника, а в выпрямителе 71 все пары вентилей, соединенные параллельно и содержащие вентили разных фаз, объединены в один вентиль 72, 73.

15. Источник питания по любому из пп.11 - 13, отличающийся тем, что последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 всех фаз включены по схеме звезды, а в выпрямителе 71 все группы из параллельно соединенных вентилей, содержащие вентили всех фаз, объединены в один вентиль 76, 77.

16. Источник питания по любому из пп.11 - 13, отличающийся тем, что последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 всех фаз включены по схеме скользящего треугольника, все пары вентилей, соединенные параллельно и содержащие вентили выпрямителя 82 и дополнительные вентили 24, 25 смежной фазы, объединены в один дополнительный вентиль 80, 81.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам для электрического нагрева электрическими разрядами, а более точно касается регулируемых источников питания.

Известны два направления построения электрической схемы источников питания электродуговых печей. Согласно одному направлению в источнике использован неуправляемый или управляемый реактор, соединенный последовательно с первичной обмоткой регулировочного трансформатора. Вторичная обмотка того же трансформатора связана с диодным выпрямителем, подключенным к электродам печи.

Решение по схеме с использованием диодного выпрямителя с неуправляемым реактором имеет низкий коэффициент мощности, значительные колебания напряжения сети.

Регуляторы положения электрода построены для поддержания длины дуги на одном уровне, и для регулирования мощности в технологических целях применяется большое число ступеней трансформатора.

Для устранения отрицательного влияния на другие потребители в сетях малой и средней мощности дополнительно устанавливают динамические компенсаторы реактивной мощности. Это приводит к значительному увеличению массогабаритных показателей всего источника в целом.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный с неуправляемыми вентилями, соединенными по мостовой схеме [1], содержащей согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет ответвление, это ответвление подключено непосредственно к одному из входов выпрямительного моста, а конец и начало вторичной обмотки соединены с остальными входами выпрямительного моста через конденсатор и через дроссель соответственно. Этот преобразователь предложен для питания электрической дуги и позволяет улучшить коэффициент мощности и снизить колебания напряжения сети.

Однако применение этого преобразователя с известными регуляторами положения электрода для источников дуги, в которых управляемые элементы отсутствуют (например, для дуговых печей с диодным выпрямителем или для печей переменного тока), требуется также применение переключателя и трансформатора с большим числом ступеней регулирования. Это снижает надежность работы источника, ухудшает его весогабаритные показатели, а плавное регулирование мощности отсутствует, что желательно в технологических целях.

Кроме того, возникающие при выпрямлении высшие гармоники тока не позволяют этот преобразователь использовать в сетях средней и малой мощности. Построение этого преобразователя для использования его в печах с большой мощностью, а также на малое напряжение дуги затруднено.

Решение по схеме с использованием управляемого реактора позволяет уменьшить число ступеней регулирования трансформатора, так как имеется возможность регулировать величину индуктивного сопротивления реактора. Однако это достигается существенным усложнением конструкции реактора и введением сложной системы управления реактором. Из-за относительно большого времени перемагничивания стержней реактора в данном решении недостаточна степень компенсации быстрых изменений тока дуговой печи и не достигается существенное уменьшение колебаний напряжения сети. Кроме того, у такого источника низкий коэффициент мощности и большой уровень высших гармоник потребляемого тока.

Поэтому указанные решения широкого практического использования не нашли.

Известен регулируемый источник питания электродуговой печи с использованием тиристорного выпрямителя. Источник содержит управляемый преобразователь переменного тока в постоянный и устройство регулирования дуги печи. Преобразователь содержит ступенчато регулируемый трансформатор, вторичная обмотка трансформатора подключена к тиристорному мосту, который питает постоянным током через мощный сглаживающий дроссель электроды печи.

Устройство регулирования дуги печи имеет контур регулирования тока дуги с регулятором тока, на вход которого подается разность между заданным значениям и измеренным действительным значением постоянного тока дуги. Выходной сигнал регулятора тока суммируется с измеренным действительным значением напряжения дуги, которое используется в качестве предварительного задания по току, и подается на управляемый тиристорный выпрямитель. Также устройство регулирования дуги имеет контур регулирования напряжения с устройством регулирования положения электрода для установки промежутка между электродом и плавильной ванной и регулятор напряжения, на вход которого подается разность между заданным значением напряжения дуги и измеренным значением. Выходной сигнал регулятора напряжения подается на вход устройства регулирования положения электрода. Контуры регулирования тока и напряжения и формирователь импульсов управления тиристорами моста образуют в источнике сложную систему управления. В целом такой источник сложен из-за использования специальной системы управления тиристорами, имеет высокие массогабаритные показатели и большую установленную мощность силового оборудования [2].

С помощью тиристорного выпрямителя в источнике осуществляют плавное регулирование выпрямленного тока, что необходимо, с одной стороны, для изменения мощности на дуге согласно требованиям технологии и, с другой стороны, для ограничения колебаний тока дуги, в том числе тока эксплуатационного короткого замыкания. Однако из-за недостаточного быстродействия тиристорный выпрямитель не может изменять выходное напряжение согласно быстрым изменениям дуги, и поэтому последовательно с дугой необходимо включить еще мощный дроссель. С целью недопускания частых обрывов дуги номинальное напряжение дуги должно быть по крайней мере на 20 - 25% ниже напряжения холостого хода управляемого выпрямителя. Это обстоятельство вызывает соответствующее увеличение установленной мощности трансформатора и снижение номинального коэффициента мощности до 0,7 - 0,8.

Тиристорный выпрямитель искажает форму потребляемого из сети тока, что приводит к недопустимым искажениям кривой напряжения сети и к нарушениям работы других потребителей электроэнергии в случае недостаточной мощности короткого замыкания питающей сети.

Для компенсации высших гармоник тока и реактивной мощности используют фильтро-компенcационную установку, а в тех случаях, когда управляемый выпрямитель не позволяет в достаточной для данной сети мере подавать колебания напряжения, необходимо выполнить динамическую компенсацию реактивной составляющей тока, что усложняет схему выполнения источника.

Известен источник питания для одноэлектродной плавильной печи, выполненный трехфазным и содержащий трансформатор, подсоединенный к сети первичными обмотками, тиристорный управляемый преобразователь, подсоединенный к вторичным обмоткам трансформатора и выполненный в виде мостовой схемы, и реактор в цепи постоянного тока, соединенный с одним выходом тиристорного преобразователя. Электрод плавильной печи подсоединен к другому выходу тиристорного выпрямителя (проспект фирмы KRUPP "SE Furnace Single Electrode DC Arc Furnace, Jointly developed by ASEA and KRUPP).

Из-за относительно большой реактивной составляющей в потребляемом от сети токе, величина которого изменяется согласно колебаниям напряжения дуги, не достигается достаточного уменьшения колебаний напряжения сети.

В основу изобретения положена задача создать регулируемый источник питания, использование которого позволило бы снизить уровень колебаний напряжения сети и высших гармоник в потребляемом от сети токе достаточно простыми средствами за счет изменения электрической схемы источника.

Эта задача решается тем, что в регулируемом источнике питания для технологических процессов, использующих электрическую дугу, содержащем преобразователь переменного тока в постоянный, имеющий согласующий трансформатор и выпрямитель, который выполнен на вентилях в виде мостовой схемы и связан с согласующим трансформатором и в диагональ постоянного тока которого, являющейся выходом выпрямителя, включены электроды, между которыми образуется электрическая дуга, и схему регулирования напряжения на электродах, имеющую узел сравнения действительного выпрямленного напряжения с заданной величиной напряжения и устройство регулирования положения электрода, вход которого подсоединен к узлу сравнения и которое изменяет положение электродов одного относительно другого, согласно изобретению использован однофазный преобразователь переменного тока в постоянный, имеющий последовательно соединенные между собой две фазосдвигающие цепи, которые взаимосвязаны с согласующим трансформатором, одна из которых содержит дроссель, а вторая - конденсатор, и каждая фазосдвигающая цепь подсоединена к соответствующему входу выпрямителя, и дополнительные вентили, имеющие общую точку, связанную с общей точкой фазосдвигающих цепей, и подсоединенные к выходу выпрямителя в одинаковой полярности с вентилями выпрямителя, подсоединенными к электродам.

Вентили мостовой схемы, соединенные с первой фазосдвигающей цепью, содержащей дроссель, могут быть выполнены управляемыми.

Целесообразно, чтобы согласующий трансформатор имел две вторичные обмотки и первая фазосдвигающая цепь была бы образована первой вторичной обмоткой согласующего трансформатора и дросселем, а вторая фазосдвигающая цепь была бы образована второй вторичной обмоткой согласующего трансформатора, включенной согласно с первой вторичной обмоткой, и конденсатором, при этом общая точка соединения фазосдвигающих цепей непосредственно соединена с общей точкой дополнительных вентилей.

Также целесообразно, чтобы преобразователь переменного тока в постоянный имел второй согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена последовательно с первой фазосдвигающей цепью и включена согласно с вторичной обмоткой первого согласующего трансформатора, первая фазосдвигающая цепь включала бы вторичную обмотку первого согласующего трансформатора и дроссель, вторая фазосдвигающая цепь включала бы второй согласующий трансформатор и конденсатор, соединенный последовательно с первичной обмоткой второго согласующего трансформатора.

Кроме того, оказалось целесообразно, чтобы преобразователь переменного тока в постоянный имел второй согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена последовательно и согласно с второй вторичной обмоткой первого согласующего трансформатора, первая фазосдвигающая цепь включала бы первую вторичную обмотку первого согласующего трансформатора и дроссель, вторая фазосдвигающая цепь включала бы вторую вторичную обмотку первого согласующего трансформатора, второй согласующий трансформатор и конденсатор, соединенный последовательно с первичной обмоткой второго согласующего трансформатора.

Оказалось также выгодно, чтобы преобразователь переменного тока в постоянный имел второй согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена согласно и последовательно с вторичной обмоткой первого согласующего трансформатора, первая фазосдвигающая цепь включала первый согласующий трансформатор и дроссель, соединенный последовательно с первичной обмоткой первого согласующего трансформатора, а вторая фазосдвигающая цепь включала второй согласующий трансформатор и конденсатор, соединенный последовательно с первичной обмоткой второго согласующего трансформатора.

При применении согласующего трансформатора, имеющего еще по меньшей мере одну дополнительную вторичную обмотку, преобразователь переменного тока в постоянный может также содержать дополнительные фазосдвигающие цепи в количестве, соответствующем числу дополнительных вторичных обмоток согласующего трансформатора, каждая из которых включает соответствующую вторичную обмотку согласующего трансформатора и дроссель или конденсатор, и дополнительные вентили, при этом каждой фазосдвигающей цепи соответствует одна пара дополнительных вентилей, подключенных в одинаковой полярности со всеми дополнительными вентилями.

Связь общей точки дополнительных вентилей с общей точкой фазосдвигающих цепей может быть осуществлена через схему уменьшения скорости нарастания тока, которая содержит дроссель.

Оказалось также целесообразно, чтобы вторая фазосдвигающая цепь имела еще по меньшей мере один конденсатор, соединенный одним выводом с выпрямителем через два собственных вентиля, имеющих общую точку и подсоединенных к выходу выпрямителя в одинаковой полярности с вентилями мостовой схемы, а другие выводы всех конденсаторов были объединены.

Преобразователь переменного тока в постоянный может иметь по меньшей мере одну дополнительную мостовую схему, и первая фазосдвигающая цепь может содержать дополнительные конденсаторы, число которых соответствует числу дополнительных мостовых схем, один вывод каждого из которых объединен с выводом основного конденсатора, а второй вывод каждого конденсатора соединен с диагональю переменного тока соответствующей дополнительной мостовой схемы, первая фазосдвигающая цепь может содержать дополнительные дроссели, число которых соответствует числу дополнительных мостовых схем, каждый из которых включен в диагональ переменного тока соответствующей дополнительной мостовой схемы, при этом каждая дополнительная мостовая схема может быть выполнена на вентилях, которые соединены в одинаковой полярности с вентилями основной мостовой схемой, и подключена к электродам.

Если регулируемый источник питания выполнен трехфазным, то целесообразно, чтобы он содержал в каждой фазе по меньшей мерее один однофазный преобразователь переменного тока в постоянный, а все однофазные преобразователи были бы соединены на стороне постоянного тока параллельно и подключены к электродам.

Между каждым электродом и соответствующим ему выводом дополнительных вентилей однофазного преобразователя каждой фазы может быть подключен дополнительный дроссель.

Целесообразно, чтобы в преобразователе переменного тока в постоянный каждой фазы фазосдвигающая цепь с конденсатором содержала две обмотки, расположенные в разных фазах согласующего трансформатора и соединенные одна с другой и с конденсатором соответствующей цепи.

Последовательно соединенные фазосдвигающие цепи всех фаз могут быть включены по схеме треугольника, а в выпрямителе все пары вентилей, соединенные параллельно и состоящие из вентилей разных фаз, объединены в один вентиль, или последовательно соединенные фазосдвигающие цепи всех фаз включены по схеме звезды, а в выпрямителе все группы из параллельно соединенных вентилей, содержащие вентили всех фаз, объединены в один вентиль, или последовательно соединенные фазосдвигающие цепи всех фаз включены по схеме скользящего треугольника, а все пары вентилей, соединенные параллельно и содержащие вентили выпрямителя и дополнительные вентили смежной фазы, объединены в один дополнительный вентиль.

В каждой фазе преобразователя конец фазосдвигающей цепи, содержащий конденсатор, или конец фазосдвигающей цепи, содержащий дроссель, подсоединены к общей точке дополнительных вентилей и схемы уменьшения скорости нарастания тока смежной фазы, и все пары вентилей, соединенные параллельно и содержащие вентили выпрямителя и дополнительные вентили смежной фазы, объединены в один дополнительный вентиль.

Рассматриваемое решение позволяет создать простой регулируемый источник питания, например, для электродуговой печи, который при наименьших массогабаритных показателях имеет простую конструкцию, высокий коэффициент мощности, малое содержание высших гармоник в потребляемом токе и малый уровень создаваемых колебаний напряжения сети.

На фиг. 1 изображена электрическая схема регулируемого источника питания согласно изобретению; на фиг. 2 a, b, c - преобразователь переменного тока в постоянный, используемый в источнике согласно изобретению, и варианты соединения фазосдвигающих цепей между собой; на фиг. 3 - тот же преобразователь с конденсатором в цепи первичной обмотки; на фиг. 4 - тот же преобразователь с конденсатором и дросселем в цепи первичной обмотки; на фиг. 5 - тот же преобразователь, в котором конденсаторная фазосдвигающая цепь выполнена с обмотками на отдельных трансформаторах; на фиг. 6 - другой вариант выполнения преобразователя переменного тока в постоянный, имеющий более двух фазосдвигающих цепей; на фиг. 7 - тот же преобразователь, имеющий схему уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 8 - еще один вариант выполнения преобразователя переменного тока в постоянный, имеющий несколько схем уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 9 - преобразователь согласно изобретению, в котором фазосдвигающая цепь имеет дополнительные конденсаторы; на фиг. 10 - вариант выполнения преобразователя, имеющий параллельно работающие элементы; на фиг. 11 - трехфазный регулируемый источник питания согласно изобретению; на фиг. 12 - вариант выполнения трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный, использованный в источнике согласно изобретению, имеющий схемы уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 13 - трехфазный регулируемый источник питания согласно изобретению, имеющий дополнительные дроссели в цепи постоянного тока; на фиг. 14 - трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный, использованный в источнике согласно изобретению, в котором конденсаторные фазосдвигающие цепи выполнены с двумя обмотками, расположенными на отдельных фазах трансформатора; на фиг. 15 - тот же преобразователь, в котором конденсаторные фазосдвигающие цепи выполнены с двумя обмотками, расположенными на отдельных фазах трансформатора, и в котором имеются схемы уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 16 - тот же преобразователь, имеющий соединение фазосдвигающих цепей в треугольник; на фиг. 17 - тот же преобразователь, имеющий соединение фазосдвигающих цепей в треугольник и схемы уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 18 - тот же преобразователь, имеющий соединение фазосдвигающих цепей в звезду и схемы уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 19 - тот же преобразователь, имеющий соединение фазосдвигающих цепей в скользящий треугольник и схемы уменьшения скорости нарастания тока; на фиг. 20 - тот же преобразователь, имеющий соединение фазосдвигающей цепи одной фазы с дополнительными вентилями другой фазы; на фиг. 21 - тот же преобразователь, имеющий переключатели для соединения фазосдвигающих цепей в звезду; на фиг. 22 - диаграмму распределения режимов работы преобразователя в зависимости от напряжения дуги на электродах; на фиг. 23 - векторную диаграмму работы однофазного источника; на фиг. 24 - векторную диаграмму работы однофазного источника, выполненного со схемой уменьшения скорости нарастания тока.

Лучший вариант осуществления изобретения.

Регулируемый источник питания для технологических процессов, использующих электрическую дугу, рассматривается на примере источника питания для электродуговой печи 1 (фиг. 1).

Источник питания содержит преобразователь 2 переменного тока в постоянный и схему 3 регулирования напряжения на электродах 4, 5, между которыми образуется электрическая дуга. Схема 3 имеет узел 6 сравнения действительного напряжения, поступающего на отрицательный вход 7, с заданной величиной напряжения, поступающего на положительный вход 8. К выходу узла 6 сравнения подключено устройство регулирования положения электрода 4, содержащее соответственно регулятор 9 и исполнительный орган 10, изменяющий положение электрода 4 через кронштейн 11, на котором электрод 4 установлен. Вход 7 узла 6 сравнения подсоединен к выходу преобразователя 2 через измерительный преобразователь 12.

Преобразователь 2 выполнен однофазным и содержит согласующий трансформатор 13, имеющий первичную обмотку 14 и две вторичных обмотки 15 и 16, включенные согласно, и связанный с трансформатором 13 выпрямитель 17, выполненный на вентилях 18, 19, 20 и 21, соединенных в мостовую схему. Диагональ постоянного тока выпрямителя 17 является выходом преобразователя 2, и к ней подсоединены электроды 4 и 5 электродуговой печи 1 и измерительный преобразователь 12.

Преобразователь 2 имеет также последовательно соединенные между собой две фазосдвигающие цепи 22 и 23 и два дополнительных вентиля 24 и 25, имеющие общую точку 26, связанную с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей. Вентили 24 и 25 подсоединены также к выходу выпрямителя 17 в одинаковой полярности с вентилями 20, 21, подсоединенными к электродам 4, 5.

Как показано на фиг. 1, первая фазосдвигающая цепь 22 содержит одну вторичную обмотку 15 и подсоединенный к ней дроссель 28, а вторая фазосдвигающая цепь 23 содержит другую вторичную обмотку 16 и подсоединенный к ней конденсатор 29, а общая точка 27 соединения фазосдвигающих цепей непосредственно подсоединена к общей точке 26 дополнительных вентилей 24 и 25. Дроссель 28 и конденсатор 29 еще одними собственными выводами подсоединены к диагонали переменного тока выпрямителя 17.

На фиг. 2 представлены возможные варианты образования фазосдвигающих цепей 22 и 23 и их общей точки 27, которая может являться точкой 27" (фиг. 2a) соединения выводов дросселя 28 и конденсатора 29 или точкой 27"" (фиг. 2b) соединения выводов вторичной обмотки 15 цепи 22 и конденсатора 29, или точкой 27""" (фиг. 2c) соединения выводов дросселя 28 и вторичной обмотки 16 цепи 23.

Вентили 18, 19 мостовой схемы, которые подключены к фазосдвигающей цепи 22, могут быть выполнены управляемыми (фиг. 2a). Это позволяет регулировать коэффициент мощности источника и может быть применено во всех вариантах однофазного и трехфазного источника.

Ниже рассмотрены другие варианты образования фазосдвигающих цепей 22 и 23.

При малых напряжениях конденсатор 29 (фиг. 1) нецелесообразно включать в цепь вторичной обмотки 16 трансформатора 13. Емкость этого конденсатора 29 имеет обратно пропорциональную зависимость от квадрата напряжения. Поэтому низкое напряжение вызывает увеличение емкости, габаритов и стоимости конденсатора 29. Этого можно избежать, если конденсатор 29 включен на первичную сторону согласующего трансформатора 13.

На фиг. 3 преобразователь 2 имеет второй согласующий трансформатор 30, образующий с конденсатором 29 фазосдвигающую цепь 23, при этом конденсатор 29 подсоединен последовательно к первичной обмотке 31 трансформатора 30 и эта последовательная цепь включена параллельно с первичной обмоткой 14 трансформатора 13, а вторичная обмотка 32 трансформатора 30, включенная согласно с вторичной обмоткой 15 трансформатора 13, одним выводом подсоединена к общей точке 27 соединения цепей 22 и 23, а другим выводом - в диагональ переменного тока выпрямителя 17.

Дроссель 28 также может быть подключен к первичной обмотке 14 трансформатора 13, как представлено на фиг. 4, а вторичная обмотка 15 итого же трансформатора 13 одним выводом подсоединена к общей точке 27 цепей 22 и 23, а другим выводом - к выпрямителю 17.

Такая конструкция преобразователя 2 позволяет уменьшить ток через дроссель 28, что упрощает его конструкцию при больших токах и малых напряжениях дуги.

Вторая вторичная обмотка 16 трансформатора 13 может быть соединена последовательно и согласно с вторичной обмоткой 32 (фиг. 5) другого трансформатора 30. При этом общая точка 27 фазосдвигающих цепей 22 и 23" является точкой соединения обмоток 15 и 16 трансформатора 13. Конденсатор 29 подсоединен последовательно к первичной обмотке 31 трансформатора 30, и эта последовательная цепь подключена параллельно с первичной обмоткой 14 трансформатора 13 к напряжению сети. При этом фазосдвигающая цепь 23" образована вторичной обмоткой 16 трансформатора 13 и вторым трансформатором 30 с конденсатором 29, соединенным с первичной обмоткой 31 трансформатора 30.

Такая конструкция преобразователя 2 позволяет иметь напряжение на конденсаторе 29 примерно в два раза выше, чем питающее напряжение.

Для устранения опасности возникновения феррорезонанса в схемах с конденсатором 29 в первичной цепи (фиг. 3, 4, 5) необходимо параллельно к конденсатору 29 или к вторичной обмотке 32 трансформатора 30 включать цепи, которые обеспечивают разряд конденсатора 29 при резких спадах тока дуги.

В преобразователе 2 можно использовать согласующий трансформатор 13" (фиг. 6), имеющий несколько вторичных обмоток 15, 16 и 33. Такой преобразователь 2 имеет столько фазосдвигающих цепей 22, 23 и 34, сколько в нем вторичных обмоток 15, 16, 33. Для упрощения на фиг. 6 показаны три фазосдвигающих цепи 22, 23 и 34, из которых обязательно по меньшей мере одна цепь, например 23, содержит конденсатор 29, другая цепь (22) - дроссель 28 и остальные (34) - конденсатор или дроссель (на фиг. 6 приведен вариант с дросселем 35 в цепи 34).

Каждой фазосдвигающей цепи 34 сверх двух соответствует два дополнительных вентиля 36 и 37, подсоединенных к вентилям 24 и 25 в одинаковой с ними полярности, общая точка 38 которых подсоединена к общей точке 39 фазосдвигающих цепей 23 и 34.

Общая точка 27 соединения фазосдвигающих цепей подсоединяется к общей точке 26 дополнительных вентилей 24 и 25 не только непосредственно, как было представлено на фиг. 1 - 6. При недостаточной мощности короткого замыкания питающей сети это соединение выгодно осуществить через схему 40 (фиг. 7) уменьшения скорости нарастания тока, которая чаще всего содержит дроссель 41. При этом такая схема 40 может быть применена в любом из ранее рассмотренных вариантов выполнения фазосдвигающих цепей 22 и 23 согласно фиг. 1 - 6. Например, преобразователь может содержать по меньшей мере одну схему 42 (фиг. 8) уменьшения скорости нарастания тока, которая необходима в том случае, когда преобразователь 2 имеет более чем одну фазосдвигающую цепь (23 и 43), содержащую конденсатор 44, соединенный с вторичной обмоткой 45 трансформатора 13.

Каждая дополнительная схема 42 содержит собственный дроссель 46, и соответственно преобразователь 2 содержит дополнительные вентили 36, 37 для каждой дополнительной фазосдвигающей цепи 43.

При достаточно большой мощности источника конденсатор 29 (фиг. 1) может быть выполнен в виде батарей из нескольких параллельно включенных конденсаторов. Однако и число непосредственно параллельно включенных конденсаторов ограничено по соображениям безопасности. При таких обстоятельствах оказалось удобно, чтобы фазосдвигающая цепь 23 содержала несколько конденсаторов 29, 47 (фиг. 9), при этом каждый дополнительный конденсатор 47 одним выводом соединялся с общей точкой 48 дополнительных вентилей 49 и 50, которые подсоединены к выходу выпрямителя 17 в одинаковой полярности с вентилями 24 и 25. Другой вывод конденсатора 47 объединен с соответствующим выводом основного конденсатора 29.

На фиг. 10 представлен еще один вариант выполнения преобразователя 2, в котором первая фазосдвигающая цепь 22 содержит дополнительный дроссель 51, а вторая фазосдвигающая цепь 23 содержит дополнительный конденсатор 47, при этом количество дополнительных дросселей 51 и конденсаторов 47 определяется так же, как в варианте, приведенном на фиг. 9.

В представленном варианте преобразователь 2 собран из относительно маломощных, по существу параллельно работающих элементов (дросселей 28, 51, конденсаторов 29, 47, выпрямителей 17, 53), что выгодно при больших мощностях.

В этом варианте преобразователь 2 содержит также вторую мостовую схему 53, в диагональ переменного тока которой включены дополнительные дроссель 51 и конденсатор 47. Мостовая схема 53 образована вентилями 54, 55, 56 и 57, которые соединены в одинаковой полярности с вентилями 18 - 21 основной мостовой схемы. Мостовая схема 53 подсоединена к выходу преобразователя 2.

Если регулируемый источник питания выполняется трехфазным, то в каждой фазе он содержит по меньшей мере один однофазный преобразователь 58 (фиг. 11), 59 и 60 переменного тока в постоянный, при этом все преобразователи 58 - 60 соединены параллельно на стороне постоянного тока и подключены к электродам 4, 5.

Согласующий трансформатор 13 выполнен трехфазным с первичными обмотками 61, 62 и 63 в каждой фазе соответственно. Однако возможно и применение отдельных трансформаторов в каждой фазе, обмотки которых соединяются таким же образом, как фазные обмотки трехфазного трансформатора.

Выпрямители 17 (фиг. 1) всех однофазных преобразователей 58 - 60 (фиг. 11) объединены в один выпрямитель 17", который выполнен на вентилях 18 - 21 соответственно для каждой фазы в виде общей мостовой схемы.

Трехфазный преобразователь 2", образованный вышеизложенным образом, имеет также в каждой фазе по две фазосдвигающих цепи 22 и 23 и соответствующие каждой цепи 22 и 23 два дополнительных вентиля 24 и 25, при этом вентили 24 и 25 всех фаз соединены в одинаковой полярности с вентилями 18 - 21 общей мостовой схемы и подключены к выходу выпрямителя 17". Общая точка 26 пары вентилей 24 и 25 соединена с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей 22 и 23 соответствующих цепей 22 и 23 соответствующей фазы.

На фиг. 12 показаны однофазные преобразователи, которые образуют трехфазный преобразователь 2", каждый из которых имеет схему 40 уменьшения скорости нарастания тока в контуре, охватывающем фазосдвигающую цепь 23, имеющую конденсатор 29.

Возможен также вариант выполнения, когда между каждым электродом 4 (фиг. 13) и 5 и одноименным выводом дополнительных вентилей 24 и 25 подключен дополнительный дроссель 64 и 65 соответственно, что позволяет также уменьшить скорость нарастания тока в контурах всех трах фаз, которые охватывают фазосдвигающие цепи 23, имеющие конденсатор 29. При этом требуется только два дросселя 64 и 65.

Каждый трехфазный преобразователь по фиг. 11 - 13 может быть образован вышеизложенным образом из любых однофазных преобразователей по фиг. 1 - 10. Каждая фаза этих трехфазных преобразователей может быть также образована из нескольких, на стороне постоянного тока параллельно включенных, однофазных преобразователей. При этом возможно параллельное включение в одну фазу любых однофазных преобразователей по фиг. 1 - 10.

В трехфазном источнике можно фазосдвигающие цепи 23, содержащие конденсатор 29, выполнить с двумя обмотками 66 (фиг. 14) и 67 трансформатора 13, которые расположены в разных фазах этого трансформатора 13. Обмотки 66, 67 и конденсатор 29 соединены последовательно и образуют фазосдвигающую цепь 23". Расположение обмоток 66 и 67 в разных фазах обеспечивает распределение коммутационного броска тока через фазосдвигающую цепь 23" между двумя фазами трансформатора 13, что уменьшает амплитуду высших гармоник в первичных обмотках 61 - 63 и в потребляемом от сети токе.

В этом же трехфазном источнике дополнительные дроссели 64 и 65 подключаются так же, как показано на фиг. 13, для уменьшения скорости нарастания тока.

Трехфазный преобразователь 2" для регулируемого источника, имеющий фазосдвигающие цепи 23" с конденсатором 29 и с двумя обмотками 66 и 67 в разных фазах согласно вышеизложенному, может также иметь схемы 40 (фиг.15) уменьшения скорости нарастания тока, которые соединяют общую точку 27 фазосдвигающих цепей 22 и 23 с общей точкой 26 дополнительных вентилей 24, 25 во всех трех фазах. Каждая схема 40 содержит дроссель 41.

Последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 всех фаз включены по схеме треугольника, как показано на фиг. 16. при этом вывод фазосдвигающей цепи 23 первой фазы, содержащей конденсатор 29, соединен с выводом фазосдвигающей цепи 22" второй фазы, содержащей дроссель 28, или с выводом фазосдвигающей цепи 22"" третьей фазы, содержащей дроссель 28, а выводы фазосдвигающих цепей 23" и 23"" второй и третьей фаз соединены аналогично соединению цепи 23 и первой фазе. Таким путем образованные точки 68, 69, 70 соединения фазосдвигающих цепей разных фаз являются "вершинами" треугольника, и эти соединения создают пути для тока от одной фазы преобразователя в другую, что вызывает изменение его внешней характеристики.

Выпрямители 17 всех однофазных преобразователей могут быть в неизменном виде согласно фиг.11 или объединены в общий выпрямитель, который выполнен в виде одной мостовой схемы 71 на вентилях 72 и 73, и точки 68, 69, 70 соединения фазосдвигающих цепей 22, 23 разных фаз подключены к соответствующему входу общей мостовой схемы 71, которым является ее диагональ переменного тока.

При этом вентили 18, 19 первой фазы (фиг.11) и с ним параллельно включенные вентили 20, 21 второй фазы (или вентили 20, 21 третьей фазы) объединены в одну пару вентилей 72 и 73 (фиг.16) и вентили 18, 19 и 20, 21 остальных фаз объединены аналогичном образом. Параллельное соединение вентилей 18, 19 с вентилями 20, 21 возникает при соединении фазосдвигающих цепей в преобразователе 2"(фиг.11) в треугольник.

Трехфазный преобразователь 2" (фиг.17) с соединением последовательно соединенных фазосдвигающих цепей (22, 23) в треугольник согласно вышеизложенному может также иметь схемы 40 уменьшения скорости нарастания тока.

На фиг. 18 показано, что последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 всех фаз включены по схеме звезды, при этом возникает увеличение напряжения холостого хода преобразователя в раза, а его ток короткого замыкания изменяется незначительно. Выводы фазосдвигающих цепей 22, содержащих дроссель 28, всех трех фаз (или выводы фазосдвигающих цепей 23, содержащих конденсатор 29 всех трех фаз) соединены вместе и образуют общую точку 74 звезды. Это соединение вызывает повышение напряжения холостого хода источника. При этом выпрямители 17 всех однофазных преобразователей могут быть соединены параллельно на стороне постоянного тока согласно фиг. 11 или конструктивно объединены в общий выпрямитель (фиг.18) который выполнен в виде мостовой схемы 71 на вентилях 20, 21 (или 18, 19) и 75, 76, при этом свободные концы фазосдвигающих цепей 23 (или 22) всех трех фаз подключены к соответствующим вентилям 20, 21 (или 18, 19) и общая точка 74 соединенных фазосдвигающих цепей 22 (или 23) всех фаз подключена к вентилям 75, 76.

На фиг. 14 показан преобразователь 2 с тремя последовательно соединенными фазосдвигающими цепями 22, 23, 23" в каждой фазе, которые соединены в точке 74 в звезду.

Последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 всех фаз соединяются также по схеме скользящего треугольника (фиг.19), в которой во всех фазах конец 78 фазосдвигающей цепи 23 (или конец 79 цепи 22) одной фазы соединен с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей другой фазы. При этом возникает повышение напряжения холостого хода и изменение внешней характеристики источника.

В этой схеме вывод 78 фазосдвигающей цепи 23 первой фазы, содержащей конденсатор 29 (или вывод 79 фазосдвигающей цепи 22 первой фазы, содержащей дроссель 28) соединен с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей 22, 23 второй фазы (или с общей точкой 27 фазосдвигающих цепей 22, 23 третьей фазы), а выводы 78 фазосдвигающих цепей 23 (или выводы 79 цепей 22) во второй и в третьей фазах соединены с общими точками 27 фазосдвигающих цепей аналогично соединению в первой фазе.

Выпрямители 71 всех трех фаз соединены параллельно на стороне постоянного тока согласно фиг. 11 или во всех трех фазах вентили (фиг.19) 21 (или 18,19) выпрямителей 17 одной фазы конструктивно объединены с дополнительными вентилями 24, 25 второй или третьей фазы в одну пару дополнительных вентилей 80, 81, вентиль 18, 19 (или 20, 21) всех трех фаз образуют одну общую мостовую схему 82, и выводы 79 фазосдвигающих цепей 22 (или выводы 78 фазосдвигающих цепей 23) всех трех фаз подключены к соответствующим входам общей мостовой схемы 82, которыми являются его диагонали постоянного тока.

Трехфазные преобразователи 2", в которых последовательно соединенные фазосдвигающие цепи 22, 23 трех фаз соединены в звезду или в скользящий треугольник, имеют в каждой фазе схему 40 уменьшения скорости нарастания тока, которая соединяет точку 27 соединения фазосдвигающих цепей одной фазы 22, 23 с соответствующей общей точкой 26 дополнительных вентилей 24, 25 (фиг.18) или соответствующей общей точкой 83 дополнительных вентилей 80, 81 (фиг.19).

Каждая схема 40 содержит дроссель 41.

Трехфазный преобразователь 2" (фиг. 20) имеет в каждой фазе схему 40 уменьшения скорости нарастания тока, и у этого преобразователя в каждой фазе конец 78 фазосдвигающей цепи 23, содержащей конденсатор 29, или конец 79 фазосдвигающей цепи 22, содержащей дроссель 28, соединен с общей точкой 83 дополнительных вентилей 80, 81 и схемы 40 уменьшения скорости нарастания тока другой фазы. Такое соединение уменьшает нагрузку на схему 40 уменьшения скорости нарастания тока (по сравнению с соединением на фиг.19).

Соединение фазосдвигающих цепей разных фаз в треугольник, в звезду и в скользящий треугольник можно осуществить во всех трехфазных преобразователях, которые составлены из однофазные преобразователей по фиг.1-8 и по фиг. 10, путем соединения их параллельно на стороне постоянного тока, согласно вышеизложенному.

Соединения между фазосдвигающими цепями разных фаз выполняются стационарно (фиг. 16-20) или посредством выключателей 84 (фиг.21). Выключатели 84 позволяют ступенчато изменить выходную характеристику и напряжение холостого хода преобразователя 2.

Регулируемый источник питания электродуговой печи работает следующим образом.

Перед началом работы на узел 6 сравнения подается заданное значение выпрямительного напряжения U₈, которое несколько выше напряжения U_do холостого хода преобразователя. На выходе узла 6 сравнения имеется тогда положительный сигнал и электрод 4 печи 1 поднят до крайнего верхнего положения. В это же время от сети переменного напряжения подается питание на трансформатор 13 преобразователя 2. Из-за поднятого электрода 4 печи 1 нагрузка преобразователя 2 отсутствует и на реактивных элементах, которыми являются дроссель 28 и конденсатор 29, падений напряжения не возникает. На выходе выпрямителя 17 возникает напряжение U_do холостого хода, которое получается выпрямлением суммы напряжений обеих вторичных обмоток 15 и 16 трансформатора 13.

Для запуска источника в работу на узел 6 сравнения подается заданное значение выпрямленного напряжения U₈, значение которого ниже напряжения U_do холостого хода преобразователя 2. На выходе узла 6 сравнения возникает отрицательный сигнал, что вызывает движение электрода 4 вниз, которое продолжается до возникновения короткого замыкания в печи 1. При этом выходное напряжение преобразователя 2 снизится почти до нуля, что вызывает появление положительного сигнала на выходе узла 6 сравнения, и электрод 4 начинает подниматься. При этом в печи 1 между электродом 4 и шихтой возникает электрическая дуга, длина которой начинает увеличиваться. У мощной дуги (в диапазоне больших токов) напряжение приблизительно прямо пропорционально зависит от длины дуги и относительно мало зависит от тока I_d, который подается от источника питания. При движении электрода 4 вверх длина дуги и напряжения U₁ на дуге одновременно увеличиваются. Преобразователь 2 реагируют на изменение нагрузки, которое выражается изменением напряжения дуги, параметрическим путем, то есть без управляющего воздействия, вставлением новых значений тока и напряжения. Необходимое для длины дуги напряжение U₁ получается автоматически за счет изменения падений напряжения и фаз тока на дросселе 28 и конденсаторе 29, которые включены последовательно с другой. Подъем электрода 4 и увеличение длины дуги происходит до тех пор, пока на узле 6 сравнения измеренное значение выпрямленного напряжения U_d становится равным заданным значениям выпрямленного напряжения U₈. Тогда сигнал на выходе регулятора 9 напряжения будет равен нулю и электрод 4 останавливается. Далее происходит автоматическая коррекция положения электрода 4 по мере расплавления шихты. При изменении заданного значения выпрямленного напряжения U₈ изменяется снова длина дуги до получения этого нового напряжения.

Регулирование приведенным образом возможно благодаря сочетанию свойств дуги, контура регулирования положения электрода и преобразователя с реактивными элементами в силовых цепях. Регулирование электрической величины, которой является напряжение на дуге и одновременно на выходе преобразователя, осуществляется здесь механическим путем, то есть перемещением электрода 4. Управляемые вентили в преобразователе 2 не нужны.

Поскольку напряжение U₁ дуги может изменяться от нуля в режиме эксплуатационного короткого замыкания до напряжения U_do холостого хода преобразователя 2, в пределах этого диапазона можно различить три отдельных режима работы преобразователя 2. Первый режим соответствует работе при больших токах нагрузки и при коротком замыкании, второй режим - работе в номинальном режиме и около него и третий режим - работе на малых токах нагрузки около холостого хода. Для однофазного источника питания в соответствии со схемой на фиг. 1 распределение I_d=f(U_d) этих режимов приведено на фиг. 22. Эти три режима отличаются составом, очередностью и длительностью возникающих через преобразователь 2 контуров тока, которых возникает шесть (фиг. 1).

Первый контур: обмотка 15 - дроссель 28 - вентиль 18 - печь 1 - вентиль 25 - обмотка 15; второй контур: обмотка 16 - конденсатор 29 - вентиль 20 - печь 1 - вентиль 25 - обмотка 16; третий контур: обмотка 16 - конденсатор 29 - вентиль 20 - печь 1 - вентиль 19 - дроссель 28 - обмотка 15 - обмотка 16; четвертый контур: дроссель 28 - обмотка 15 - вентиль 24 - печь 1 - вентиль 19 - дроссель 28; пятый контур: конденсатор 29 - обмотка 16 - вентиль 24 - печь 1 - вентиль 21 - конденсатор 29; шестой контур: обмотка 15 - дроссель 28 - вентиль 18 - печь 1 - вентиль 21 - конденсатор 29 - обмотка 16 - обмотка 15.

В первом и четвертом контурах печь получает питание от индуктивной фазосдвигающей цепи 22, во втором и пятом - от фазосдвигающей цепи 23. При этом напряжение питания в этих контурах равно напряжению одной вторичной обмотки 15 или 16. В третьем и шестом контурах печь получает питание от последовательно соединенных фазосдвигающих цепей 22 и 23, и напряжение питания в этих контурах равно сумме напряжений обеих вторичных обмоток 15 и 16. В этих трех парах контуров один контур, например первый, существует в одном полупериоде, а второй, например четвертый, - во втором полупериоде.

Работа преобразователя 2 в режиме I (фиг. 22) происходит следующим образом.

При работе в режиме I в одном полупериоде формируются первый и второй контуры тока и во втором полупериоде - четвертый и пятый контуры тока. Третий и шестой контуры практически не образуются. Токи и напряжения в схеме до выпрямителя 17 в первом режиме имеют приблизительно синусоидальную форму. Благодаря этому здесь можно пользоваться векторной диаграммой, которая приведена для малого напряжения дуги (фиг. 23). Индексы векторов токов, напряжений и ЭДС на фиг. 23 соответствуют обозначениям элементов на фиг. 1. Напряжения на входе выпрямителя обозначены . Падение напряжения на сопротивлении эквивалентной индуктивности рассеяния обмотки 15 обозначено , на сопротивлении эквивалентной индуктивности обмотки 16 - . Векторная диаграмма (фиг. 23) построена относительно точки 27 соединения фазосдвигающих цепей 22 и 23. В этом случае при переходе от вторичной цепи трансформатора 13 к первичной векторы тока и напряжение одной обмотки 16 изменяют свое направление на противоположное и векторы тока и напряжения другой обмотки (15) не изменяют своего направления. Токи вторичной обмотки , отнесенные к первичной обмотке, обозначены . Эти токи являются равными по абсолютной величине и сдвинутыми на одинаковый угол в разные стороны относительно векторов ЭДС Е₁₅ и Е₁₆ вторичных обмоток 15 и 16. Это достигнуто, например, тем, что напряжения вторичных обмоток 15 и 16 выбраны равными, а сопротивления реактивных элементов (дросселя 28 и конденсатора 29) в фазосдвигающих цепях 22, 23 выбраны при соблюдении условия

x_L = x_C - x_S,

где

x_L - индуктивное сопротивление дросселя 28;

x_C - емкостное сопротивление конденсатора 29;

x_S - сопротивление индуктивности рассеяния трансформатора 13.

Геометрическая сумма токов является потребляемым током , который находится в фазе с питающим напряжением. Таким путем осуществляется компенсация реактивной составляющей потребляемого тока в первом режиме. От точки 27 соединения обеих фазосдвигающих цепей 22 и 23 идет к дополнительным вентилям 24 и 25 ток , который является геометрической суммой токов , и его величина в первом режиме значительно больше токов ветвей .

Частным случаем режима I является режим короткого замыкания. Тогда напряжение как на выходе выпрямителя 17, так и на его входе приблизительно равно нулю. Это эквивалентно тому, что дроссель 28 обоими выводами подключен к обмотке 16 (начало и конец каждой фазосдвигающей цепи 22 и 23 замкнуты между собой). Напряжение обмоток 15 и 16 трансформатора 13 уравновешены падениями напряжения на реактивных элементах (28 и 29), которые осуществляют ограничение тока. Токи цепей 22 и 23 находятся в этом случае относительно точки 27 соединения этих ветвей практически в фазе. Сумма этих токов (ток ) идет от этой точки 27 соединения цепей 22 и 23 к дополнительным вентилям 24 и 25, на которых выпрямляется, и дальше проходит к короткозамкнутым электродам 4, 5 печи 1. Таким образом, ток короткого замыкания печи 1 ограничен на уровне суммы токов обеих фазосдвигающих цепей 22 и 23. Эти же токи цепей 22 и 23 суммируются в первичной обмотке 14 почти в противофазе, и от сети переменного напряжения потребляется только небольшой ток для покрытия потерь энергии. Дроссель 28 и конденсатор 29 образуют в режиме короткого замыкания параллельный LC-контур, в котором энергообмен между реактивными элементами (28, 29) осуществляется через вторичные обмотки 15, 16 трансформатора 13.

Работа преобразователя 2 в режиме III (фиг. 22) осуществляется следующим образом.

При работе в режиме III в одном полупериоде имеется третий контур тока и во втором полупериоде - шестой контур тока. То от общей точки 27 фазосдвигающих цепей 22 и 23 к дополнительным вентилям 24 и 25 отсутствует. Дроссель 28 и конденсатор 29 соединены последовательно, а их сопротивления выбраны по условию (1). Поэтому образуется последовательный LC-контур и падения напряжения на реактивных элементах (28, 29) для первой гармонии взаимно компенсируются. В печь 1 подается через выпрямитель 17 приблизительно арифметическая сумма напряжений на обмотках 15 и 16. Ток в этом режиме имеет прерывистый характер и возникает в каждом полупериоде тогда, когда мгновенное значение напряжения на последовательно соединенных обмотках 15 и 16 превышает напряжение дуги. В связи с этим в токе возникают высшие гармоники и некоторая индуктивная составляющая. Доля высших гармоник относительно небольшая, так как последовательный LC-контур оказывает подавляющее воздействие на высшие гармоники.

Эффект стабилизации мощности дуги в номинальном режиме 85 (фиг. 22) происходит следующим образом.

При переключении токоограничивающих цепей 22 и 23 и вместе с ними вторичных обмоток 15 и 16 трансформатора 13 с параллельного соединения в последовательное и наоборот происходит изменение коэффициента трансформации трансформатора 13. При переходе с режима II, в котором обмотки 15 и 16 соединены последовательно, к режиму короткого замыкания, в котором эти обмотки 15 и 16 соединены параллельно, коэффициент трансформации увеличивается почти в два раза.

В режиме II в каждом полупериоде питающего напряжения фазосдвигающие цепи 22 и 23 переключаются из параллельного соединения в последовательное и обратно и отношение длительности существования параллельного соединения к длительности существования последовательного соединения плавно меняется в зависимости от напряжения дуги. Это эквивалентно плавному изменению коэффициента трансформации трансформатора 13.

В номинальном режиме, который определяется максимумом потребляемого переменного тока I₁₄ (фиг. 22), ток I₁ печи 1 будет несколько выше тока одной вторичной обмотки 15 (16), напряжение печи 1 несколько ниже суммы напряжений обеих вторичных обмоток 15, 16, а мощность в печи 1 (без учета активных потерь) составляет 95-97% мощности трансформатора 13 в этом режиме. При небольшом отклонении напряжения дуги относительно номинального значения U_dn потребляемый ток I₁₄ (фиг. 22) и вместе с ним мощность печи 1 мало изменяются. Это связано с тем, что при снижении напряжения возникает такой рост тока дуги, что умножение тока и напряжения мало изменяется. Колебания напряжения дуги, которые естественно возникают в процессе работы, не вызывают существенного изменения мощности, и в печь 1 подается практически стабильно максимальная мощность.

Источник питания позволяет осуществлять регулирование мощности дуги.

Если напряжение дуги значительно уменьшается относительно номинального напряжения, то потребляемый переменный ток I₁₄ (фиг. 22) и мощность в печи 1 начинают уменьшаться. Это позволяет путем изменения положения электрода 4 регулировать мощность дуги в печи 1. Например, при опускании электрода 4 длина и напряжение дуги уменьшаются, а преобразователь 2 реагирует на это выставлением новых значений тока и напряжения. Произведение новых значений тока и напряжения меньше, чем старых значений, и тем самым мощность в новой точке работы меньше. При таком регулировании в пределах от 100 до 60% от номинальной мощности 86 (фиг. 22), КПД существенно не снижается. При дальнейшем увеличении диапазона регулирования КПД начинает снижаться больше и дальнейшее регулирование становится неразумным. Коэффициент мощности остается высоким во всем диапазоне регулирования, а высшие гармоники потребляемого переменного тока сперва увеличиваются примерно на 30% по сравнению с номинальным режимом, а затем начинают уменьшаться.

В процессе регулирования мощности осуществляют укорачивание дуги.

В конце диапазона регулирования напряжение будет в 2-3 раза ниже номинального, а ток на 30-50% выше номинального, то есть уменьшение мощности сопровождается увеличением тока дуги. Поэтому длина дуги уменьшается не пропорционально уменьшению мощности, а в более высокой степени. Таким образом, уменьшение мощности сопровождается переходом на укороченную дугу. Работа на укороченной дуге может быть в некоторой стадии процесса плавления выгодна для уменьшения разрушительного воздействия дуги на футеровку печи 1.

Степень укорочения дуги может быть при желании увеличена. Это достигается увеличением числа токоограничивающих цепей 22, 23, 34 преобразователя 2, как показано на фиг. 6. В общем случае можно добавить как индуктивные (34), так и емкостные цепи. Параметры цепей 22, 23, 34 выбирают такими, чтобы, во-первых, в режиме короткого замыкания сумма реактивных мощностей Q_C конденсаторов 29 была равна сумме реактивных мощностей Q_L дросселей 28, 35 и индуктивностей Q_SL рассеяния трансформатора 13, то есть

Q_I = Q_L+Q_SL. (2) .

Во-вторых, суммарное реактивное сопротивление всех последовательно соединенных фазосдвигающих цепей 22, 23, 34 должно быть близко к нулю. Увеличение количества цепей не вызывает особых качественных изменений в работе источника. Однако с ростом их количества увеличиваются напряжение холостого хода и/или ток короткого замыкания преобразователя 2. Например, для ветвей с одинаковым напряжением и сопротивлением реактивных элементов (28, 29, 35) напряжение U_do холостого хода источника

U_do = bU_br,

ток короткого замыкания

I_ds = nI_sbr,

суммарная полная мощность S_dr фазосдвигающих цепей

S_br=nI_SbrU_br (5)

и соотношение

U_doI_dS/ S_br n, (6) ,

где

n - число фазосдвигающих цепей 22, 23, 34;

U_do - напряжение холостого хода источника;

I_ds - ток короткого замыкания источника;

U_br - номинальное напряжение одной фазосдвигающей цепи 22 (или 23, или 34);

I_sbr - ток короткого замыкания одной фазосдвигающей цепи 22 (или 23, или 34);

S_br - полная мощность одной фазосдвигающей цепи 22 (или 23, или 34).

Из выражения (6) видно, что умножение напряжения холостого хода на ток короткого замыкания растет приблизительно прямо пропорционально числу цепей 22, 23, 34. Объясняется этот эффект тем, что при увеличении числа вторичных обмоток 15, 16, 33 трансформатора 13 увеличивается диапазон изменения коэффициента трансформации, и обмотки переключаются с параллельного соединения на последовательное.

Аналогично работает трехфазный источник питания, имеющий преобразователь переменного тока в постоянный с тремя фазосдвигающими цепями в одной фазе (фиг. 14).

Основная работа преобразователя происходит во-втором режиме, когда в каждом полупериоде четыре раза переключаются контуры тока. Переключение контуров тока вызывает на элементах источника скачкообразное изменение напряжения, что в свою очередь искажает синусоидальную форму тока, который проходит через эти элементы. По этой причине несинусоидальную форму имеет также потребляемый в сети ток, а коэффициент гармоник этого тока в номинальном режиме составляет примерно 15-20%.

Скачки напряжения искажают ток тем больше, чем меньше индуктивность в этом контуре тока. Наименьшую индуктивность имеют второй и пятый контуры тока, которые проходят через конденсатор 29.

Поэтому преобразователь 2 согласно фиг. 7 имеет схему 40 уменьшения скорости нарастания тока, выполненную в виде дросселя 41, который является одним из элементов образующихся второго и пятого контуров, увеличивающих общую их индуктивность, что позволяет снизить уровень высших гармоник в потребляемом из сети токе более двух раз. В первом и во втором режимах возникает на дополнительном дросселе 1 падение напряжения от тока первой гармоники. Вектор этого напряжения (фиг. 24) имеет приблизительно такую же фазу, что и напряжение обмотки 15 трансформатора 13. Напряжение V₄₁ оказывает на входе выпрямителя 17 примерно такое же воздействие, как уменьшение напряжения обмотки 15 и одновременно такое же увеличение напряжения обмотки 16. Поэтому использование дополнительного дросселя 41 меняет соотношение реактивных мощностей на реактивных элементах: дросселях 28, 41 и конденсаторе 29. Для сохранения компенсации реактивных составляющих потребляемого тока параметры трансформатора 13, дросселей 28, 41 и конденсатора 29 выбраны с соблюдением баланса реактивных мощностей в режиме короткого замыкания, то есть реактивная мощность конденсатора 29 равна сумме реактивных мощностей дросселей 28 и 41 и полей рассеяния трансформатора 13. Этим обеспечивается компенсация реактивной мощности. В номинальном режиме ток через дополнительный дроссель 41 примерно в два раза меньше, чем ток через конденсатор 29 и дроссель 28 (фиг. 22). Поэтому подключение дополнительного дросселя 41 к общей точке 27 соединения цепи 23, содержащей конденсатор 29, и цепи 22 с дросселем 28 к электродам печи 4 и 5 через дополнительные вентили 24 и 25 более выгодно, чем включение дополнительного дросселя последовательно с конденсатором 29 в фазосдвигающей цепи 23.

Дополнительный дроссель 41 находится в цепи переменного тока преобразователя 2 (фиг. 7 и 8) или дросселя 64 (65) находится в цепи постоянного тока преобразователя 2" (фиг. 14). Применение дополнительного дросселя 64 (65) в цепи постоянного тока преобразователя 2" дает конструктивное преимущество в трехфазных источниках, где имеется возможность объединения дросселей всех трех фаз в один дроссель 64 или 65. Однако подавление высших гармоник в схеме с дополнительными дросселями 64, 65 в цепях постоянного тока несколько хуже, чем при аналогичном варианте с дополнительными дросселями 41 в цепях переменного тока преобразователя 2 (фиг. 7, 8).

Кроме известных способов увеличения числа фаз, уровень высших гармоник в трехфазных источниках можно снизить применением в фазосдвигающих цепях 23 двух обмоток 66 и 67, которые размещены в разных фазах трансформатора 13 (фиг. 14, 15). Этим изменяется фаза питающего напряжения в фазосдвигающей цепи 23, содержащей конденсатор 29, относительно питающего напряжения в другой фазосдвигающей цепи 22 примерно фазосдвигающих цепей 23 вместо одной обмотки 16 имеет две обмотки 66, 67. Коммутационный бросок тока через одну фазосдвигающую цепь 23 распределяется тогда между двумя фазами трансформатора 13, что уменьшает амплитуду высших гармоник в потребляемом от сети токе.

В тех режимах работы печи 1, в которых от источника питания не требуется максимальная мощность, возможно применение источника для генерирования реактивной мощности в питающую сеть. Для этого вентили 18 (фиг. 2a) и 19 в цепи фазосдвигающей цепи 22, содержащей дроссель 28, выполнены управляющими, например, вентили 18 и 19 служат тиристоры. При отсутствии управляющих импульсов на тиристорах ток через фазосдвигающую цепь 22 не проходит и печь питается только через фазосдвигающую цепь 23. Конденсатор 29 в этой цепи 23 вызывает опережающий сдвиг фазы тока обмотки 16 трансформатора 13 относительно фазы напряжения этой обмотки 16. При этом через обмотку 14 трансформатора 13 генерируется в сеть реактивная мощность, максимальное значение которой составляет примерно 30% от номинальной мощности источника. Регулированием угла отпирания вентилей 18 и 19 плавно снижают генерируемую мощность практически до нуля. В таком режиме генерирование реактивной мощности зависит также от длины дуги в печи 1 и увеличение длины дуги уменьшает генерирование реактивной мощности.

С другой стороны, уменьшение тока через фазосдвигающую цепь 22 уменьшает подаваемую в печь 1 активную мощность. Поэтому генерирование реактивной мощности при максимальной активности, то есть в номинальном режиме, невозможно.

Управляемые вентили 18 и 19 кроме регулирования реактивной мощности расширяют диапазон плавного регулирования активной мощности. При полностью закрытых вентилях 18 и 19 и при незначительном уменьшении КПД регулированием положения электрода снижает активную мощность примерно до 15-20% от номинальной. Но при этом происходит обязательное генерирование реактивной мощности в сеть.

В трехфазном источнике, имеющем в каждой фазе один однофазный преобразователь 58-60, эти однофазные преобразователи 58-60 соединены на стороне постоянного тока параллельно. Выходное напряжение параллельно включенных однофазных преобразователей 58-60 приблизительно такое же, как при работе этих однофазных преобразователей 58-60 отдельно, а выходной ток приблизительно в три раза больше, чем ток одного любого преобразователя 58 (59,60). Процесс работы однофазных преобразователей 58-60 в составе этого источника мало отличается от работы этих преобразователей 58-60 отдельно.

Если трехфазный источник имеет в каждой фазе один однофазный преобразователь 58-60 с дополнительным дросселем 64, 65 в цепи постоянного тока, то возникающее на дросселях 64 и 65 напряжение передается на дополнительные вентили 24 и 25 всех трех фаз. Поэтому изменение тока через дополнительные вентили 24 (или 25) в одной фазе изменяет условия коммутации дополнительных вентилей 24 (или 25) в остальных фазах. Это вызывает некоторые отличия работы однофазных преобразователей 58-60 в составе трехфазного источника по сравнению с работой этих однофазных преобразователей 2 (фиг. 1) отдельно. В частности, дополнительные дроссели 64 и 65 практически не оказывают влияния на баланс реактивных мощностей в режиме короткого замыкания.

Если в трехфазном источнике с преобразователем 2" (фиг. 11), формально имеющем в каждой фазе один однофазный преобразователь 58-60, последовательные цепи из фазосдвигающих цепей 22, 23 преобразователей 58-60 разных фаз соединены по схеме треугольника (фиг. 16, 17) или по схеме звезды (фиг. 18), или по схеме скользящего треугольника (фиг. 19), то, например, в режиме холостого хода на реактивных элементах цепей 22, 23 падение напряжения отсутствует. Напряжение холостого хода преобразователя 2" будет таким же, как и при отсутствии в схеме реактивных элементов, то есть оно соответствует соединению обмоток 15, 16 трансформатора 13 в треугольник, в звезду или в скользящий треугольник. В режиме короткого замыкания начало и конец каждой фазосдвигающей цепи 22, 23 любой фазы замкнуты между собой через выпрямитель 17 и короткозамкнутые электроды 4, 5 печи 1. Поэтому условия компенсации реактивной мощности в режиме короткого замыкания будут практически такими же, как и при отсутствии соединения между фазосдвигающими цепями 22, 23 разных фаз. Однако ток через короткозамкнутые электроды 4, 5 печи 1 будет несколько меньше, чем сумма токов фазосдвигающих цепей 22, 23 всех фаз. Это вызвано тем, что в точках 68, 69, 70 (фиг. 16) или 74 (фиг. 18), или 27 (фиг. 19) соединения фазосдвигающих цепей 22, 23 разных фаз только одна часть тока цепи 22 (23) проходит через вентили 18-21 и электроды 4, 5 печи 1, а другая часть этого тока идет прямо в фазосдвигающую цепь 22 (23). Наиболее ярко выражается это в схеме треугольника (фиг. 16), где ток короткого замыкания печи превышает номинальный ток только на 20-30%.

В номинальном режиме и в диапазоне регулирования мощности также возникают токи из одной фазы преобразователя в другую через точки 68, 69, 70 (фиг. 16) или 74 (фиг. 18), или 27 (фиг. 19) соединения цепей 22, 23 разных фаз. Величина этих междуфазных токов зависит, в частности, от сдвига фаз токов в соединенных цепях 22, 23. Эти углы сдвига зависят от конкретной схемы соединения цепей и согласно соединению по фиг. 16, 17, по фиг. 18 и по фиг. 19 эти углы разные.

В тех случаях, когда соединяется фазосдвигающая цепь 22 одной фазы, содержащая конденсатор 29 другой фазы (фиг. 16, 17 и фиг. 19), сдвиг по фазе между токами этих цепей 22, 23 изменяется в зависимости от нагрузки, то есть от длины дуги в печи 1. Отметим, что в обычных трехфазных выпрямителях сдвиг фаз между точками в обмотках 15, 16 разных фаз трансформатора 13 является практически постоянным при любой нагрузке. Различия в междуфазных связях приведет к тому, что выходные характеристики источников с преобразователями по фиг. 16, 18 и 19 отличаются как между собой, так и по сравнению с источником с параллельной работой преобразователей 58-60 всех фаз. Выходная характеристика источника, изображенного на фиг. 16, 17, в большой степени зависит еще от последовательности фаз питающего трехфазного напряжения. Изменение последовательности фаз изменяет номинальную мощность более чем в два раза и номинальное напряжение почти в два раза. Такой эффект позволяет получить весьма просто одну ступень регулирования.

Возникновение этого эффекта объясняется тем, что изменение последовательности фаз изменяет условия суммирования постоянного фазового сдвига трехфазной системы напряжения (120^o) и переменного фазового сдвига от напряжения реактивных элементов. Если фазосдвигающая цепь 23 с конденсатором 29 находится в первой фазе и соединенная с ним фазосдвигающая цепь 22 с дросселем 28-во второй фазе, то переменный фазовый сдвиг реактивных элементов (28, 29) уменьшает постоянный фазовый сдвиг трехфазного источника. Этим уменьшается междуфазный ток и увеличивается ток через вентили 72, 73 в печь 1. Если же наоборот, фазосдвигающая цепь 22 с дросселем 28 находится в первой фазе и соединенная с ним фазосдвигающая цепь 23 с конденсатором 29 находится во второй фазе, то переменный фазовый сдвиг увеличивает постоянный фазовый сдвиг. Этим увеличивается междуфазный ток, так как при суммарном сдвиге 180^o этот ток максимален, уменьшается ток через вентили 72, 73.

Для более мощных источников часто бывает трудно реализовать элементы на большие токи и мощности, например число непосредственно параллельно включенных конденсаторов ограничено по соображениям безопасности, отсутствуют вентили на очень большие токи и так далее. В таких случаях источник питания собирают из относительно маломощных, параллельно работающих узлов, которые состоят из реактивных элементов (конденсаторов и дросселей), как показано на фиг. 8 и 9, на которых представлено уменьшение числа непосредственно параллельно работающих конденсаторов и уменьшение номинального тока вентилей, реакторов и конденсаторных батарей.

Составление преобразователя 2 из относительно маломощных, параллельно работающих элементов (фиг. 9, 10) не вызывает существенных отличий в работе источника. Токи между отдельными конденсаторными батареями 29, 47 распределяются пропорционально емкости этих батарей, а токи между отдельными дросселями 28, 51 распределяются обратно пропорционально индуктивности этих дросселей.

В ряде случаев, например для электросварки, требуется напряжение источника питания менее 100 B. Конденсатор 29, который находится в таком источнике во вторичной цепи согласующего трансформатора 13, имеет малое рабочее напряжение. Емкость этого конденсатора 29 имеет обратно пропорциональную зависимость от квадрата напряжения. Поэтому низкое напряжение вызывает увеличение емкости, габаритов и стоимости конденсатора 29. Этого можно избежать, если конденсатор 29 включать в цепь первичной обмотки 14 согласующего трансформатора 13 по схеме фиг. 3 или фиг. 4. В первом случае рабочее напряжение конденсатора 29 приблизительно равно питающему напряжению, а во втором случае примерно в два раза выше этого напряжения.

Варианты источников с преобразователями по фиг. 3, 4, 5, где конденсатор 29 или дроссель 28 находится в первичной цепи трансформаторов 13 и 30, имеют почти такие же выходные характеристики, как и варианты с конденсатором 29 и дросселем 28 во вторичных цепях трансформатора 13 (фиг. 1, 2).

В связи с этим изменений в режиме работы дуги между электродами 4 и 5 практически нет. Отличия между этими вариантами практически отсутствуют и в работе выпрямителей 17 и дополнительных вентилей 24, 25.

Трансформатор 30 (фиг. 3) имеет в цепи первичной обмотки 31 конденсатор 29, что вызывает изменение напряжения на обмотке 31, если через конденсатор 29 протекает ток. В режиме холостого хода источника протекает через конденсатор 29 небольшой ток намагничивания трансформатора 30, что вызывает некоторое повышение напряжения на обмотке 31 сверх сетевого напряжения. В режиме короткого замыкания источника будут напряжения на обеих обмотках трансформатора 30 близки к нулю. Таким образом, напряжение на трансформаторе 30 и индукция в его магнитопроводе изменяются в зависимости от тока дуги в пределах от нуля до номинального.

Работа варианта источника по фиг. 5, где фазосдвигающая цепь 23 содержит последовательно и согласно соединенные вторичную обмотку 32 трансформатора 30 и вторичную обмотку 16 трансформатора 13, отличается от варианта по фиг. 3 в основном тем, что в режиме короткого замыкания обмотка 32 трансформатора 30 соединяется через выпрямитель 17, дополнительные вентили 24, 25 и короткозамкнутые электроды 4, 5 параллельно с обмоткой 16 трансформатора 13. При этом в трансформаторе 30 обмотка 32 играет роль первичной обмотки и обмотка 31 - роль вторичной обмотки. Фаза напряжения на обмотке 31 отличается в этом случае примерно на 180^o от фазы напряжения сети. На конденсатор 29 прикладывается приблизительно арифметическая сумма напряжения обмотки 31 и сетевого напряжения. При изменениях напряжения дуги амплитуда напряжения на трансформаторе 30 изменяется в относительно небольших пределах, а фаза этого напряжения изменяется приблизительно в диапазоне 180^o.

Постоянная составляющая напряжения конденсатора 29, которая возникает при резких спадах тока дуги через электроды 4, 5, вызывает в преобразователях по фиг. 3, 4, 5 насыщение магнитопровода трансформатора 30, что приведет к возникновению феррорезонансных колебаний между конденсатором 29 и трансформатором 30. Для предотвращения этого нежелательного явления необходимо параллельно конденсатору 29 и/или параллельно обмотке 32 трансформатора 30 включать цепи, которые пи резком снижении тока дуги обеспечивают разряд конденсатора 29 и гашение энергии заряда, который накоплен в электрическом поле этого конденсатора. Такую цепь можно осуществить, например, из последовательно соединенных насыщающегося реактора и резистора или из последовательно соединенных управляемого вентиля и резистора.

Включение дросселя 28 в первичную цепь трансформатора 13 (фиг. 4) вызывает также изменения напряжения на трансформаторе 13 примерно в диапазоне от нуля до напряжения сети, но опасность феррорезонанса там отсутствует.

Рассматриваемый регулируемый источник питания, как было показано выше, позволяет снизить уровень высших гармоник в потребляемом от сети токе достаточно простыми средствами. Это уменьшает отрицательное влияние источника на сеть питания.

Уменьшение высших гармоник в потребляемом токе достигается, во-первых, тем, что источник не содержит элементов с фазным управлением, например управляемого реактора или тиристоров. Известно, что при фазном управлении в начале полупериода ток из сети отсутствует, а в какой-то момент времени, например в середине полупериода, происходит насыщение стали сердечника реактора током управления или подается управляющий импульс тиристору и после этого сетевой ток круто нарастает до значения, которое определяется сопротивлением нагрузки. Таким образом происходит искажение синусоидального тока. Из-за отсутствия управляемых элементов такого рода искажения в предлагаемом источнике не возникают. С другой стороны, искажения синусоидальности тока возникают и в неуправляемой вентильной мостовой схеме, где происходит естественный процесс закрывания одних и открывания других вентилей и вместе с этим переключение контуров тока. Процесс переключения вызывает на элементах схемы скачкообразное изменение напряжения, что искажает синусоидальность тока, который проходит через эти элементы. Скачки напряжения искажают ток тем больше, чем меньше индуктивность в этом контуре тока. Наименьшую индуктивность имеют контуры тока, которые проходят через конденсаторную батарею и ответвление вторичной обмотки трансформатора. Дополнительный дроссель в цепи ответвления вторичной обмотки трансформатора позволяет увеличивать индуктивность этих контуров и тем самым снизить уровень высших гармоник в потребляемом токе. Достигаемый уровень высших гармоник в потребляемом токе во всех режимах не превышает 6-8% от номинального тока без увеличения числа фаз преобразователя и 2-3% при увеличении числа фаз до двенадцати, в то время как уровень гармоник в тиристорном выпрямителе составляет 20-25% и 10-15% соответственно.

Уменьшение колебаний напряжения сети и высших гармоник потребляемого тока позволяет предлагаемому источнику работать без дорогостоящего динамического компенсатора и фильтров в сетях, в которых мощность короткого замыкания сети превышает мощность источника только в 12-15 раз. Снижение требуемой мощности короткого замыкания сети в 3-4 раза существенно увеличивает количество тех сетей, где можно работать без динамической компенсации. Стоимость известного тиристорного источника с динамическим компенсатором будет примерно на 50-60% больше, чем без этого компенсатора. Если вместо известного тиристорного источника с динамическим компенсатором использовать предлагаемый источник, то предполагаемое уменьшение стоимости оборудования будет примерно в 2,2 раза.

Уменьшение отрицательного влияния на сеть выражается также в уменьшении колебаний напряжения сети, которое достигается тем, что из-за взаимокомпенсации реактивных составляющих токов конденсаторной батареи и реакторов реактивная составляющая потребляемого тока предлагаемого источника во всем диапазоне работы от холостого хода до короткого замыкания относительно мала. Максимальные значения реактивной составляющей составляют 20-40% от активной составляющей номинального режима. В известном выпрямителе в области короткого замыкания реактивная составляющая практически равна полному току и составляет 100-120% от активной составляющей номинального режима. Поэтому колебания напряжения сети в предлагаемом источнике уменьшается приблизительно в 3-4 раза.

Предлагаемый источник имеет более высокий КПД, чем известный тиристорный источник. КПД увеличивается за счет уменьшения мощности потерь в трансформаторе, в реакторах и за счет замены тиристоров на диоды.

КПД трансформаторов в известном тиристорном источнике и в предлагаемом источнике примерно одинаковые. Но в предлагаемом источнике как мощность трансформатора, так и мощность потерь в трансформаторе примерно на 50% меньше.

Из-за большей установленной мощности реакторов в предлагаемом источнике суммарная мощность потерь в этих реакторах примерно во столько же меньше.

В известном тиристорном источнике ток нагрузки проходит через два последовательно включенных тиристора выпрямительного моста, а в предлагаемом источнике - через два последовательно включенных диода. Так как падение напряжения на тиристоре примерно в 2 раза больше, чем у диода, то мощность потерь в тиристорном выпрямительном мосте также примерно в 2 раза больше, чем в диодном.

В итоге потери в предлагаемом источнике составляют примерно 60% от потерь в известном тиристорном источнике.

КПД предлагаемого источника будет при мощности 70 МВт примерно 0,98, что на 1,5-2% больше, чем у известного тиристорного источника.

В предлагаемом источнике повышается стабильность дуги, так как напряжение холостого ход превышает номинальное напряжение на 30-40%. Это в 1,5-2 раза больше, чем в известном тиристорном источнике. Увеличение запаса по напряжению уменьшает число обрывов дуги.

Кроме того, предлагаемый источник позволяет без применения управляемых вентилей и без переключения ступеней напряжения трансформатора плавно регулировать подаваемую в печь мощность примерно в пределах 65-100% от номинальной мощности. При этом регулирование практически не вызывает ухудшения коэффициента мощности, увеличения уровня высших гармоник и снижения КПД.

В случае применения в предлагаемом источнике управляемых вентилей снижается нижний предел бесступенчатого регулирования мощности до 15-20% от номинальной. В этом случае регулирование не вызывает потребления реактивной мощности от сети, а наоборот, возникает некоторое генерирование реактивной мощности в сеть. Увеличение высших гармоник и снижение КПД при регулировании будут значительно меньше, чем в известном источнике.

В случае применения источника, у которого фазосдвигающие цепи преобразователя соединены в треугольник, возможно путем изменения последовательности фаз питающего напряжения получить одну ступень регулирования мощности.

Работа преобразователя во втором режиме происходит следующим образом.

Во втором режиме каждый полупериод подразделяется на четыре интервала с разными контурами тока: в первом интервале формируется второй и первый или пятый и шестой контуры, во втором интервале - второй и третий или пятый и шестой контуры, в третьем интервале - третий или шестой контуры, в четвертом интервале - третий и четвертый или шестой и первый контуры для первого или второго полупериода соответственно. Первый интервал получается при переходе питающего напряжения через ноль. При таком порядке чередования контуров тока в одном полупериоде питающего напряжения фазосдвигающие цепи 22 и 23 переключаются из параллельного соединения в последовательное и обратно. При этом параллельное соединение существует в области перехода питающего напряжения через ноль, а последовательное существует в области максимума этого напряжения.

Входящие в состав цепей 22 и 23 конденсатор 29 и дроссель 28 также переключаются с параллельного соединения в последовательное и обратно. Для обоих вариантов включения реактивные мощности на конденсаторе 29 и дросселе 28 в основном взаимно компенсируются. Поэтому и во втором режиме реактивная составляющая в потребляемом переменном токе относительно мала.

Изобретение может применяться в электродуговых печах, в сварочном оборудовании, а также в других аналогичных устройствах, которым свойственен режим эксплуатационного короткого замыкания.